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SISTEMAS DE REFUERZO DE FORJADOS
CATÁLOGO HERMS 2015
SISTEMAS DE REPARACIÓN Y
REFUERZO DE FORJADOS
JOSEP Mª BOTELLA I SERRANO
Ingeniero Industrial
OLGA CLIMENT I GIMÉNEZ
Arquitecto Técnico
ANTONI HERMS I FONTQUERNI
Ingeniero Técnico
ANNA HERMS I FONTQUERNI
Ingeniero Industrial
ASESORÍA TEÓRICA
AGUSTÍ OBIOL
Doctor Arquitecto
Catedrático de Estructuras de la Escuela Técnica
Superior de Arquitectura de Barcelona (E.T.S.A.B.)
O.M.A., S.L.
Estudio de Arquitectura
ARMADURAS PREFABRICADAS PARA LA CONSTRUCCIÓN - SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS
C/Fisas,1 08028
Barcelona 934 313 500 www.herms.es
mail: [email protected]
INDICE
1
REPARACIÓN DE FORJADOS ........................................................................................................... 5
1.1.
1.2.
2
2.1
2.2
2.3
3
3.1
3.2
3.3
3.4
4
EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS FORJADOS UNIDIRECCIONALES ................................................................... 5
REQUISITOS DE LOS SISTEMAS DE REPARACIÓN ...................................................................................... 6
POSTENSIÓN .................................................................................................................................. 7
CONCEPTO DE POSTENSIÓN ............................................................................................................... 7
SOPORTE UNIVERSAL DE POSTENSIÓN ................................................................................................ 11
SOPORTE DE POSTENSIÓN SOLDABLE .................................................................................................. 17
SISTEMAS DE REFUERZO DE FORJADOS ........................................................................................ 19
REFUERZO CON BARRAS SUSTITUTIVAS ............................................................................................... 19
REFUERZO CON PERFIL METÁLICO COMPLEMENTARIO............................................................................. 21
REFUERZO CON PERFIL METÁLICO SUSTITUTIVO..................................................................................... 23
REFUERZO CON PERFIL METÁLICO MIXTO ............................................................................................. 25
SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS DE VIGUETAS DE HORMIGÓN ............................. 28
4.1 PATOLOGÍAS DEL HORMIGÓN ........................................................................................................... 28
4.2 REFUERZO ÓPTIMO: REFUERZO MIXTO ACTIVO ..................................................................................... 31
4.2.1 SISTEMA HERMS D.I.T 289/R13 ......................................................................................................... 33
4.2.1.1 Descripción del sistema ............................................................................................................... 33
4.2.1.2 Componentes del sistema ........................................................................................................... 35
4.2.1.3 Montaje de sistema HERMS D.I.T 289/R13 ................................................................................. 41
4.2.1.4 Vigas en voladizo.......................................................................................................................... 45
4.2.2 SISTEMA DE REFUERZO TUBO CR D.I.T. 289/R13 .................................................................................... 53
4.2.2.1 Descripción del sistema ............................................................................................................... 53
4.2.2.2 Componentes del sistema ........................................................................................................... 55
4.2.2.3 MONTAJE DEL SISTEMA HERMS TUBO CR D.I.T. 289/R13 ........................................................... 58
4.2.3 SISTEMA PERFIL METÁLICO+CONECTORES ....................................................................................... 61
4.2.3.1 Descripción del sistema ............................................................................................................... 61
4.2.3.2 Ejemplo de cálculo ....................................................................................................................... 62
4.2.3.3 Montaje del sistema .................................................................................................................... 64
5
REFUERZO DE FORJADOS DE VIGAS METÁLICAS ........................................................................... 66
5.1 SUSTITUCIÓN FUNCIONAL: IPE EXTENSIBLE....................................................................................... 66
5.1.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA .................................................................................................................... 66
5.1.2 COMPONENTES DEL SISTEMA ................................................................................................................. 67
5.1.3 MONTAJE DE SISTEMA DE REFUERZO IPE EXTENSIBLE.................................................................... 69
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3
6
SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS CERÁMICOS ........................................................ 70
6.1 REFUERZO MEDIANTE LA FORMACIÓN DE SECCIÓN MIXTA ....................................................................... 70
6.1.1 SISTEMA HERMS D.I.T. NÚM. 289/R13 .............................................................................................. 70
6.2 SUSTITUCIÓN FUNCIONAL: IPE EXTENSIBLE....................................................................................... 83
7
SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS DE MADERA........................................................ 84
7.1 PATOLOGÍAS ............................................................................................................................. 84
7.2 SUSTITUCIÓN FUNCIONAL: REFUERZO IPE 2T .................................................................................... 85
7.2.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA IPE-2T ......................................................................................................... 86
7.2.2 MONTAJE DEL SISTEMA IPE 2T PARA SUSTITUCIÓN FUNCIONAL DE VIGAS DE MADERA ..................................... 90
7.3 REFUERZO DE CABEZAS DE VIGA DE MADERA............................................................................. 91
7.3.1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA .................................................................................................................... 91
7.3.2 COMPONENTES DEL REFUERZO............................................................................................................... 92
7.4 REFUERZO DE VIGAS DE MADERA MEDIANTE KIT TENSOR .......................................................... 94
7.4.1 DESCRIPCIÓN DEL REFUERZO.................................................................................................................. 94
7.4.2 COMPONENTES DEL SISTEMA ................................................................................................................. 95
7.4.3 REQUISITOS PARA LA UTILIZACIÓN DEL SISTEMA ........................................................................................ 97
7.4.4 MONTAJE DEL KIT TENSOR PARA VIGAS DE MADERA ............................................................................... 98
7.4.5 ENSAYO ........................................................................................................................................... 100
8
ANEJOS ...................................................................................................................................... 102
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4
1 REPARACIÓN DE FORJADOS
El hundimiento parcial de unos techos en el Turó de la Peira sacó a la actualidad la problemática del
cemento aluminoso. A partir de este hecho, se desencadenó un proceso de preocupación generalizada
por el estado de los forjados.
Se han efectuado numerosos análisis del parque de viviendas para poder cuantificar el alcance del
problema, obteniendo resultados que apuntan a que a medio y corto plazo se tendrán que efectuar
numerosas reparaciones estructurales.
Ante esta situación, HERMS, S.A. ha diseñado un conjunto de soluciones que abarcan la reparación y
refuerzo de todas las tipologías de forjados unidireccionales y otros.
1.1.
Evolución histórica de los forjados unidireccionales
El primer material utilizado para la fabricación de forjados unidireccionales fue la madera, capaz de
absorber los esfuerzos de compresión y de tracción en una misma sección.
Más adelante se empezaron a sustituir las vigas de madera por las de acero, con prestaciones muy
superiores y más resistentes a los ataques exteriores.
La posterior aparición del hormigón armado optimiza en una sección mixta la capacidad resistente a
compresión del hormigón y la del acero a tracción.
A partir de los años cuarenta se empiezan a utilizar las viguetas de hormigón armado, pero los
materiales empleados para la fabricación de las mismas eran de mala calidad o reciclados. Debido a las
necesidades de la época y para rentabilizar la producción, se aceleraba su endurecimiento mediante la
utilización de cemento aluminoso o cemento Portland con aditivos.
Para reducir más el empleo de acero, en los años cincuenta aparecen las viguetas autoportantes de
hormigón precomprimido. Con la precompresión se consigue limitar la fisuración del hormigón en estado
de servicio y reducir las deformaciones.
La alternativa al ahorro de cemento son los forjados cerámicos, donde la cerámica colabora en la
absorción de tensiones. Dichos forjados, utilizados de los años 40 a los 70, se popularizaron en el
momento que interesaba disminuir el canto de los forjados, desaparecía el falso techo y se quería
enyesar directamente bajo el techo.
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1.2.
Requisitos de los sistemas de reparación
El deterioro de los forjados crea una serie de problemas cuya solución presenta varios inconvenientes,
debidos todos ellos a que afecta a viviendas ya construidas:
o
Introducción en la vivienda de elementos grandes y pesados, difícilmente manejables sin
afectar el interior del habitáculo
o
Difícil accesibilidad de los elementos de refuerzo hasta la viga a reparar
o
Aumento de la carga sobre la estructura debido al peso de los elementos de refuerzo
o
Repercusión económica de la reparación por m2
Si se tiene en cuenta esta problemática, a la hora de diseñar un sistema de reparación de forjados se
deben fijar unos requisitos de obligado cumplimiento.
REQUISITOS DE LOS SISTEMAS DE REPARACIÓN DE FORJADOS:
o
Métodos de reparación económicos. Su coste no debe superar los 150 €/m2
o
Sistemas extensibles y desmontables. La puesta en obra y colocación de los elementos de
reparación comporta a menudo la destrucción de la tabiquería y de las instalaciones próximas a
la zona a reparar.
o
Sistemas de reparación sin mantenimiento.
o
Refuerzos activos que entren en carga en el momento de la colocación y descarguen el forjado
deteriorado.
o
Refuerzos que no necesiten soldaduras para su montaje, eliminando el riesgo que supone.
o
La reparación tiene que evitar el desalojo de la vivienda.
o
El sistema de refuerzo tiene que ser limpio.
o
Los métodos de reparación han de cumplir todos los requisitos de seguridad que exige la
normativa vigente.
o
Empleo de materiales comúnmente utilizados en la construcción.
A partir de estos requerimientos, HERMS, S.A. ha diseñado una serie de refuerzos para forjados de
vigas de hormigón, de vigas de madera, de vigas metálicas y forjados cerámicos.
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2 POSTENSIÓN
2.1
Concepto de Postensión
En primer lugar será necesario definir qué es el refuerzo pasivo para comprender el concepto de
postensión.
REFUERZO PASIVO
Refuerzo pasivo es aquel que mediante la simple colocación del mismo en la parte inferior del forjado
soporta toda o parte de la solicitación de la carga.
Dicho refuerzo, ya sea del tipo colaborante o sustitutivo, conlleva dos grandes inconvenientes:
o
o
Su entrada en carga solo se produce a través de un incremento de las mismas y no recupera
parte de las deformaciones existentes. Este hecho acarrea dos consecuencias:
o
El refuerzo, dimensionado para trabajar desde el primer momento, no está realizando su
función
o
El incremento de cargas necesario para que el refuerzo empiece a trabajar puede
resultar lesivo para aquellos componentes no estructurales (tabiques).
Cuando la viga a reforzar se encuentra en condiciones de solicitación extremas, es necesario
dimensionar un refuerzo sustitutivo, ya que no es prudente incrementar su estado tensional para
conseguir el trabajo del refuerzo.
En la siguiente gráfica se describe como es la curva de carga de una vigueta reforzada mediante un
refuerzo pasivo. Las sobrecargas seguirán una pendiente menor a partir de las solicitaciones existentes
en el momento del refuerzo.
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REFUERZO ACTIVO
El refuerzo activo es aquel que entra en carga desde el momento de su colocación, sin ser necesario un
incremento de cargas para ello. Además permite recuperar parte de las deformaciones existentes de la
viga a reforzar.
Las grandes ventajas conseguidas con este tipo de refuerzo son:
o
En los casos en un estado de solicitaciones extremas, la postensión provocará una descarga de
la vigueta reforzada, y a partir de este instante, para alcanzar el mismo estado de solicitación,
será necesario un incremento proporcionalmente mayor de las mismas
o
En vigas con un gran estado de deformación, la puesta en carga del elemento de refuerzo a
través de la activación del soporte, consigue recuperar en parte las deformaciones existentes.
Para alcanzar la deformación inicial será necesario un incremento de cargas mayor al aumentar
la rigidez del nuevo conjunto.
Si el refuerzo se apoya en un soporte que permita la elevación del refuerzo, se convierte
automáticamente en un refuerzo activo.
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DISTINCIÓN REFUERZOS ACTIVOS SUSTITUTIVOS O REFUERZOS MIXTOS ACTIVOS
Cuando se refuerza un elemento mediante un refuerzo activo sustitutivo o cooperante, el conjunto
resistente no es solidario, y se reparte las sobrecargas proporcionalmente en función de los momentos
de inercia y los módulos de Young de los materiales que lo componen.
La curva de carga del conjunto, en las sobrecargas futuras tendrá una pendiente menor que la curva de
carga primitiva de la viga reforzada. Es decir, al incrementar las cargas se deformará menos que la viga
sin refuerzo.
Pendiente de la curva de
sobrecargas futuras
En función de la relación de
momentos de inercia y de módulos de
elasticidad del hormigón y del material
de refuerzo
En el caso de los refuerzos colaborantes o mixtos se produce una unión solidaria entre el elemento a
reforzar y el refuerzo y aparece un nuevo elemento resistente. De esta manera, el momento de inercia de
la sección resultante aumenta aproximadamente tres o cuatro veces respecto al de los dos elementos
por separado.
Si el refuerzo mixto es activo, en las sobrecargas futuras, la curva de carga tendrá una pendiente tres o
cuatro veces menor que en el caso de un refuerzo activo sustitutivo.
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Además, la ventaja de un refuerzo activo mixto sobre un refuerzo activo sustitutivo es que en las
sobrecargas futuras, las deformaciones son mucho menores y es necesario un mayor incremento de
carga para alcanzar el estado tensional límite.
Pendiente de la curva de
sobrecargas futuras
Con la sección mixta aprox. se triplica
el momento de inercia de la sección
resistente, con lo que la pendiente
disminuye a la tercera parte.
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2.2
Soporte universal de Postensión
HERMS S.A. ha diseñado un sistema sencillo y práctico para convertir cualquier perfil de refuerzo en
activo: el SOPORTE UNIVERSAL DE POSTENSIÓN SP3501 (basado en el antiguo soporte SP3500),
que permite efectuar una postensión mesurable en los apoyos del perfil de refuerzo.
Se trata de un soporte formado por dos elementos, uno fijo y otro móvil, en el que se apoya el perfil de
refuerzo, y mediante tornillería se regula verticalmente la posición de la pieza móvil.
Están diseñados para poder ser utilizados para trabajar con todo tipo de perfiles y el sistema de
postensión permite un juego en vertical de 26 mm.
-Soporte universal de postensión SP3501 (vista frontal)-
La diferencia con el antiguo soporte radica en que, para mejorar la resistencia de la pared y una mejor
adherencia a la misma, se coloca previamente en la cara posterior del soporte una capa de mortero de
unión o resina química (epoxi).
Para aumentar la adherencia de la cara posterior del soporte con el mortero, la placa incorpora unas
estrías longitudinales a modo de dientes de sierra. De esta manera, una vez fraguado el mortero, el
soporte queda firmemente unido al mortero. Por otra parte, al aplicar una capa de mortero sobre la
superficie de la pared, se consigue mejorar la resistencia de la misma.
El sistema de anclaje se realiza a través de cuatro tacos. Dichos tacos dependerán de la tipología de la
pared de apoyo.
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-Soporte universal de postensión SP3501 (vista trasera)-
-Colocación soporte universal de postensión SP3501-
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El soporte SP3501 es de fundición nodular tipo GGG50 (resistencia a tracción 500 N/mm2) y está
recomendado para cargas de trabajo hasta 3500 kg.
Debido a las dimensiones de la bandeja (112mm), no es necesaria la exactitud de las medidas del perfil,
permitiéndose un cierto margen de juego (5 cm en la longitud total).
Es una ventaja muy importante, ya que hasta ahora se tenía que ajustar las medidas de los refuerzos
casi al milímetro.
Los ensayos realizados del soporte universal de postensión SP3501 a esfuerzo cortante, para observar
su comportamiento y para comprobar la resistencia de los anclajes químicos sobre una pared de fábrica
de ladrillo hueco “tochana”, demuestran una mejora en el conjunto de anclaje, ya que las estrías de la
placa base permiten la aplicación de mortero sobre la misma para una mayor adherencia del soporte en
la pared, aumentando también la resistencia de la pared en la zona de apoyo.
Las acciones conseguidas mediante la aplicación del soporte son:
1. Descarga del forjado afectado.
2. Entrada en carga del perfil de refuerzo desde el momento del montaje.
3. Mejora de la resistencia del conjunto soporte+pared.
4. Eliminación, si interesa, de posibles flechas del forjado.
5. En posteriores posibles sobrecargas no se alcanzará tan rápidamente el estado límite de la
vigueta deteriorada.
Otra de las características del soporte de postensión es la capacidad de poder aplicar una descarga
determinada calculada previamente. Esta cualidad se consigue mediante una contraflecha.
(Ver concepto refuerzo activo)
En el anexo 7.1 se puede encontrar la descarga producida por diferentes contraflechas (4, 8 y 12 mm)
aplicadas mediante el apriete del soporte universal de postensión para tres tipos de perfil de refuerzo
(IPE140, IPE160 y IPE180).
Las aplicaciones de este soporte se extienden a cualquier colocación de perfiles metálicos en el interior
de viviendas o locales.
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A continuación se adjuntan los resultados obtenidos de los ensayos del soporte de postensión. Las
pruebas de carga se realizaron en el Laboratorio de Resistencia de Materiales de la Escuela de
Ingenieros Industriales de Barcelona
Se muestran las gráficas correspondientes a cada soporte:
o
o
SP3501 con mortero de unión
SP3500 sin mortero de unión
Tras los ensayos se llega a la conclusión de que el soporte presenta menos deformación en la zona de
trabajo real (para cargas de 0 a 3.500 kg) en los ensayos donde se ha colocado material de agarre en la
parte posterior de la placa de anclaje. En ningún ensayo se ha producido rotura del soporte para las
cargas de trabajo.
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TIPOS DE SOPORTE DE POSTENSIÓN:
SP2000
SP3501
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MONTAJE DE SOPORTE UNIVERSAL DE POSTENSIÓN SP3501:
Nuevo soporte de postensión para mejorar la resistencia de la pared y la adherencia del soporte
1. Repicar la zona de la pared donde se vayan a colocar los soportes
de postensión hasta encontrar el ladrillo. Saneando la vigueta a
reforzar, eliminando el óxido y pasivando el hierro en caso de viga
metálica.
2. Replanteo de la placa del soporte de postensión, teniendo en
cuenta que la altura de la bandeja del soporte dependerá de la
flecha que tenga la viga; dejar un margen de 1 cm. de más en la
altura de la bandeja, puesto que los tornillos de postensión del
soporte permiten un juego de hasta 3 cm.
3. Una vez replanteados los agujeros, practicar los taladros con una
broca de diámetro 14 mm. En caso de pared hueca se ha de colocar
un tamiz en el interior de los taladros practicados.
4. Una vez realizado los taladros, inyectar la resina con la
pistola aplicadora y colocar los espárragos. Antes de colocar el
soporte, esperar unos diez hasta que la resina esté resistente.
IMPORTANTE
5. En la zona estriada del soporte, en la parte posterior del
mismo, aplicar la misma resina utilizada para los tacos. Este paso
es importante para mejorar la resistencia del conjunto.
6.Colocar en la pared la placa del soporte con la resina ya
aplicada en la parte posterior
7. Una vez fraguada la resina, colocar las arandelas y apretar las
tuercas de los espárragos.
8. Colocar la bandeja del soporte y sujetarla con los tornillos de
fijación sin apretarlos, para poder realizar después la postensión
necesaria.
9. Una vez colocado el perfil de refuerzo correspondiente y retacado el
mortero del mismo, acabar de elevarlo con los tornillos de postensión.
10. Apretado de los tornillos de fijación de la bandeja del
soporte.
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2.3
Soporte de postensión soldable
Al existir forjados en los que las viguetas de refuerzo van apoyadas sobre perfiles metálicos, se han diseñado
soportes de postensión especiales que se puedan soldar en el alma de la jácena metálica, ya que los Soportes
Universales de Postensión son de fundición, y su correcta soldadura es de difícil ejecución.
Dichos soportes son de acero A42b y tienen las mismas funciones que los soportes de postensión de
fundición.
Se trata de una pieza de acero rectangular, en la que se practican dos taladros roscados donde se alojan
los tornillos de postensión que actúan directamente sobre la cara inferior del perfil de refuerzo.
Para una buena colocación de soporte se tiene que realizar un cordón de soldadura alrededor del todo su
contorno.
Este tipo de soportes también se fabrican para el caso del apoyo sobre perfiles metálicos del sistema HERMS
D.I.T. 289/R13.
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1.
Aplicación del soporte de postensión soldable en sistema HERMS D.I.T. 289/R
Soporte soldable embebido
2. Aplicación del soporte de postensión soldable en cualquier tipo de perfil
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3 SISTEMAS DE REFUERZO DE FORJADOS
Existen en general cuatro métodos de refuerzo y reparación de viguetas deterioradas. A continuación se
exponen dichos métodos y sus principales características.
3.1
Refuerzo con barras sustitutivas
Método 1: Saneamiento de la viga y refuerzo mediante unas barras o pletinas de acero conectados a la
viga con el objetivo de substituir la armadura de tracción.
Se trata de un refuerzo no sustitutivo, que a primera vista solucionaría gran cantidad de vigas
actualmente deterioradas.
Ventajas:
o
Disminuye muy poco la altura libre
o
Solución económica
Inconvenientes:
o
Si el hormigón de la viga ha perdido su resistencia, el refuerzo no actúa como tal, puesto que el
punto débil del conjunto continúa siendo el hormigón a compresión.
o
Cuando se dimensiona el acero para sustituir el de la viga no se tiene en cuenta que la viga en
su momento no fue calculada para las cargas que hoy son normativa.
o
Si la unión entre los dos elementos se realiza mediante resinas, hay que considerar que dichos
compuestos químicos pierden su efectividad a los 80º-90ºC.
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-Refuerzo con barras sustitutivas-
En el anexo 8.2 se demuestra numéricamente la poca eficacia de esta solución.
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3.2
Refuerzo con perfil metálico complementario
Método 2: Saneamiento de la viga afectada y refuerzo mediante la colocación en la parte inferior de la
viga de un perfil que no soporta la totalidad de la carga. Se trata de un refuerzo complementario.
Ventajas:
o
Menor peso propio del elemento de refuerzo
o
Solución económica
Inconvenientes:
o
Al no conectarse con la viga deteriorada, el refuerzo y la viga trabajan por separado en función
de las capacidades mecánicas de los dos materiales (acero y hormigón).
o
Al tratarse de un refuerzo no cooperante, no sustitutivo, en el caso de un posible colapso futuro
de la viga a reforzar, el perfil no tiene la capacidad resistente suficiente para soportar las
solicitaciones.
En este tipo de refuerzo se puede introducir el concepto de postensión. El mismo método tiene una
efectividad muy diferente si se comporta como refuerzo activo o como pasivo.
Si se introduce una postensión en el momento del montaje, se estará descargando la viga afectada y se
obligará a entrar en carga el perfil de refuerzo, distribuyéndose las cargas entre los dos elementos, tabla
anexo 8.3, aligerando siempre la viga afectada y alejando de esta manera la posibilidad del colapso.
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-Refuerzo con perfil metálico complementario-
Refuerzo que no soporta la totalidad de la carga → Refuerzo cooperante
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3.3
Refuerzo con perfil metálico sustitutivo
Método 3: Saneamiento de la viga y refuerzo de la misma mediante la colocación en la parte inferior de
la viga de un perfil que soporte la totalidad de la carga.
Se trata de la típica substitución funcional, donde no se cuenta de entrada con la capacidad resistente de
la viga afectada y se encomienda la función resistente de toda la carga al perfil de refuerzo.
Ventajas
o
Soporta la totalidad de la carga en caso de colapso
o
Solución económica en función de la accesibilidad
Es importante tener en cuenta que la viga deteriorada también colabora en las funciones resistentes, ya
que, como en el caso anterior, la viga deteriorada y el refuerzo se reparten las cargas en función de las
características mecánicas de los materiales. Es erróneo considerar que solamente está trabajando el
perfil de refuerzo.
Inconvenientes:
o
Transporte, manejo y colocación en obra. Se trata de perfiles voluminosos y de gran peso.
o
Para poder trabajar en tramos y empalmarlos se necesita la soldadura en obra.
o
Los dos anteriores inconvenientes encarecen el método.
o
Se incrementan las cargas sobre la estructura.
o
La pérdida de altura libre es mayor
Al igual que en el método anterior, es muy importante la diferenciación entre refuerzo activo y refuerzo
pasivo.
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-Refuerzo con perfil metálico sustitutivo-
Refuerzo que soporta la totalidad de la carga → Refuerzo sustitutivo
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3.4
Refuerzo con perfil metálico mixto
Método 4: Saneamiento de la viga y refuerzo mediante la conexión en la parte inferior de la viga de un
perfil que por sí solo no soporta la totalidad de la carga, formando un único y nuevo elemento resistente.
Se trata de un refuerzo colaborante que aprovecha la capacidad resistente a compresión de la vigueta
afectada.
Al formarse un nuevo elemento resistente, las cargas no se distribuyen según la tabla del anexo 8.3, sino
que lo hacen según las leyes de las secciones mixtas.
Ventajas:
o
El momento de inercia resultante es habitualmente entre tres y cuatro veces superior a la suma de
los momentos de inercia de los dos elementos por separado
o
Se disminuye muy poco la altura libre debido a la utilización de perfiles de canto menor
o
Al trabajar con perfiles menores, disminuyen los problemas relacionados con los grandes perfiles:
transporte, manipulación, soldadura.
o
Las flechas que se producen una vez realizado el refuerzo son mínimas (1/800 - 1/1500)
o
Para producirse el colapso hace falta un gran aumento de las sobrecargas
o
Aumenta la economía de la solución (perfil menor, no hay sobrecoste por transporte, manipulación,
soldadura)
Inconvenientes:
o
Se ha de contar con una resistencia mínima del hormigón a compresión (100 kg/cm2)
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25
-Refuerzo con perfil metálico mixto-
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26
A nuestro parecer las soluciones óptimas son:
o
Formación de un refuerzo mixto activo
o
Refuerzo mediante un perfil que soporte la totalidad de la carga (refuerzo sustitutivo)
Siempre teniendo en cuenta el carácter activo de dichos refuerzos.
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27
4 SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS DE VIGUETAS
DE HORMIGÓN
4.1
Patologías del hormigón
El hormigón es un material históricamente joven, lo que provoca que uno de los aspectos más
desconocidos sea el comportamiento en el tiempo de los elementos fabricados con dicho material.
Seguidamente se resumen sus patologías más comunes hasta la fecha.
CEMENTO ALUMINOSO
Los hormigones fabricados con cemento aluminoso experimentan con el tiempo y con unas
determinadas temperaturas una transformación química, en la que se produce un cambio de la
estructura cristalina de la masa aglutinante. El proceso finaliza pasados unos 10 años, en hormigones a
temperaturas normales.
El fenómeno comporta una pérdida de resistencia del hormigón y un aumento de la porosidad.
Las consecuencias son cuantitativamente más importantes en función del contenido de cemento, de la
relación agua/cemento, del proceso de fabricación y especialmente del proceso de curado. Deberán
analizarse, por el procedimiento oportuno, estas relaciones para conocer el estado actual y prever el
futuro de esta resistencia.
En la gráfica adjunta se puede comprobar como varía la resistencia de este tipo de cemento a lo largo
del tiempo en comparación con un cemento normal que no presenta esta problemática. La primera
deducción es que a partir de cierta fecha el cemento comienza a perder su resistencia y después se
estabiliza.
900
800
cemento aluminoso
700
600
RESISTENCIA
(kg/cm2)
500
400
300
portland
200
100
0
1
10
100
1000
10000
100000
TIEMPO (horas)
(Jornadestècniques sobre el cimentaluminós i elsseusprefabricats Barcelona, abril 1991)
Según estudios realizados, la resistencia del hormigón aluminoso depende de la relación agua/cemento
y de la cantidad de cemento empleado en su fabricación.
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EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA DE HORMIGONES DE DISTINTAS PROPORCIONES
AGUA LIBRE/CEMENTO
Resistencia a la compresión sobre probetas cúbicas de 101.5 mm de arista (kp/cm2)
Relación
Conservadas en agua a 18ºC
agua/cemento
Conservadas en agua a 38ºC
24 h
7 días
28 días
3 mes
1año
0,25
700
860
945
1020
0,30
620
765
830
0,35
555
690
0,40
510
0,45
5años
8.5año
7 días
28 días
3 mes
1 año 5 años 8.5 años
1050 ___
___
915
760
470
510
550
510
885
890
820
830
780
555
350
375
410
420
750
785
775
645
670
685
425
275
290
320
345
630
680
710
685
520
530
610
340
220
230
255
280
470
580
625
650
615
430
405
555
275
180
190
210
230
0,50
435
545
580
600
560
365
310
505
230
155
160
180
190
0,55
410
510
545
555
515
310
235
465
195
130
135
155
160
0,60
385
480
515
520
475
270
170
430
170
115
115
135
135
0,65
365
455
485
490
445
240
___
405
150
100
100
115
___
0,70
350
435
460
465
415
210
___
380
130
90
90
105
___
(Jornadestècniques sobre el cimentaluminós i elsseusprefabricats Barcelona, abril 1991)
El cemento aluminoso pierde su resistencia hasta llegar a una estabilización pasado un periodo de 20
años.
La utilización de este cemento tuvo lugar entre 1950 y 1970, por tanto la aplicación de un sistema de
refuerzo que aproveche la resistencia de esta viga puede garantizar su durabilidad.
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CORROSIÓN DE ARMADURAS
La corrosión de las armaduras del hormigón se produce en medios húmedos y es debida a la formación
de una pila electrolítica. Las consecuencias son la formación de productos de corrosión con un gran
aumento de volumen respecto al metal original y la consiguiente rotura del hormigón que los envuelve.
A pesar de todo, el acero de los hormigones en ambientes húmedos no tiene que presentar problemas
de corrosión, debido a una doble protección que proporciona el hormigón:
o
Protección física formada por el recubrimiento que impide la penetración del agua.
o
Protección química debida a la alcalinidad del hormigón que envuelve la armadura. Para
cada metal se han de dar unas condiciones de pH y de potencial para que se produzca la
corrosión. En el endurecimiento del hormigón se forman unos compuestos que otorgan al
conjunto un carácter alcalino (pH 12) que garantizan inicialmente la pasividad del acero
frente a la corrosión.
Si por alguna causa fallan estas protecciones en un ambiente húmedo, aparece la corrosión
CARBONATACIÓN
Con el tiempo, el CO2 de la atmósfera pasa a través de los poros del hormigón, reacciona con los
compuestos responsables de la alcalinidad y produce la carbonatación del hormigón. Esta reacción
provoca descensos de la alcalinidad del hormigón hasta valores lo suficientemente bajos que no
garanticen la protección química que inicialmente existía contra la corrosión, fenómeno llamado
despasivación.
La reacción en si no provoca ningún efecto negativo en el hormigón, pero a partir de ese momento se
puede producir la corrosión de las armaduras si la presencia de humedad es suficiente.
La reacción avanza del exterior al interior de la masa de hormigón, con una velocidad variable en función
de su porosidad, de las fisuras y del grado de humedad existente. De aquí se deduce la importancia del
grueso de recubrimiento en las piezas de hormigón, ya que de ello dependerá la despasivación de las
armaduras.
Tanto en el caso de cementos Portland como aluminosos, en contacto con el CO2 del aire se carbonatan.
En el caso de los aluminosos el problema es mayor debido a su menor reserva alcalina y su elevada
porosidad.
CLORUROS
Los iones cloro tienen la capacidad de perforar puntualmente la capa de pasivación de un acero en un
ambiente alcalino. Provoca una corrosión puntual conocida como picadura. No se suele producir la rotura
de una armadura debido a la picadura, pero es más corriente que suceda en cables de pretensado, de
diámetro más reducido.
La presencia de cloruros en la masa de hormigón puede ser debida a la aportación de algunos de sus
materiales constituyentes o a aportaciones exteriores, normalmente asociadas a atmósferas marinas.
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SULFATOS
La presencia excesiva de sulfatos en la masa del hormigón, simultáneamente a la presencia de
humedad, da lugar a la formación de reacciones de tipo expansivo que provocan la rotura del hormigón.
Se trata normalmente de un ataque por aportaciones externas y el efecto es una descamación del
hormigón hasta pérdidas notables de sección. A este fenómeno se asocian problemas de corrosión.
OTRAS CAUSAS
Otras fuentes de problemas de los forjados de viguetas de hormigón son los derivados del mismo
elemento constructivo:
o
La no utilización de chapa de compresión, lo que puede producir unas deformaciones no
deseadas.
o
La no utilización de zunchos perimetrales, que reduce la ligadura transversal y el
encastamiento de las vigas en las paredes de carga.
También pueden aparecer problemas estructurales derivados del uso al que han estado sometidos los
forjados, como las cargas excesivas y las humedades.
4.2
Refuerzo óptimo: refuerzo mixto activo
Tal y como se expuso en el capítulo 3, el refuerzo óptimo a la hora de reparar cualquier tipo de forjado es
el refuerzo mixto activo, que tiene la ventaja, además de las ventajas propias de los sistemas activos, de
aprovechar la resistencia residual a compresión del forjado existente.
El propósito de la sección mixta es que se forme un nuevo elemento donde el acero de refuerzo absorba
las tracciones y el hormigón las compresiones.
Al formarse un nuevo elemento resistente, la fibra neutra se desplaza y, para un buen dimensionado del
refuerzo, se intenta que se sitúe por la zona de unión entre los dos elementos.
Como se observa en gráfico del apartado 4.1, la resistencia del hormigón en viguetas afectadas por
diferentes patologías, como la aluminosis, se estabiliza y se mantiene constante una vez han pasado dos
décadas.
El requisito a cumplir para considerar que se forma un nuevo elemento resistente es que la unión entre
los dos materiales sea lo más perfecta posible.
Para conseguir dicho objetivo, se crea una unión mecano-química:
o
Mediante una unión química a través de resinas epoxi
o
Mediante una unión mecánica, a través de conectadores que fijan los dos materiales y el
mortero de unión entre sí.
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De esta manera se suplen las deficiencias de los dos métodos por separado:
o
La ineficacia de las resinas a altas temperatura y su poca fiabilidad en cementos
defectuosos, en el caso de uniones químicas.
o
Necesidad de la separación química para unir dos hormigones diferentes, en el caso de
uniones mecánicas.
La ventaja añadida del uso de secciones mixtas para el refuerzo de forjados es que se trabaja con
perfiles de refuerzo de menor canto y peso, pudiendo así aumentar la altura libre y abaratar costes en
comparación con la colocación de refuerzos sustitutivos.
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4.2.1
Sistema HERMS D.I.T 289/R13
EL SISTEMA HERMS DISPONE DEL DOCUMENTO DE IDONEIDAD TÉCNICA NÚM. 289/R13.
SISTEMA CONFORME CON EL
4.2.1.1
Descripción del sistema
El sistema consiste en la disposición bajo la vigueta a reforzar de una viga telescópica de perfiles
tubulares cuadrados de acero galvanizado, que disponen en su cara superior de bulones soldados, los
cuales actúan como conectores entre ambos elementos (vigueta deteriorada y vigueta de refuerzo).
Además, en la parte inferior de la vigueta afectada se realizan unos pequeños taladros donde se
colocarán unos tornillos anclados a modo de conectores.
El espacio existente entre dichos elementos, previa imprimación de la superficie inferior de la vigueta con
resina epoxídica, queda relleno con mortero de retracción controlada, consiguiéndose de esta forma un
trabajo conjunto entre el forjado existente y el refuerzo, mejorando así la capacidad resistente del
primero al formarse una sección mixta.
En el interior del espacio retacado con mortero de retracción controlada, se dispondrán cuatro barras de
acero corrugado B500SD de 10 mm de diámetro y 900 mm de longitud, sobre cada una de las dos zonas
de unión de los perfiles.
-Sección D.I.T 289/R13-
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33
-Sistema Herms D.I.T 289/R13Los perfiles cuadrados que constituyen la viga de refuerzo se fijan entre sí mediante tornillos,
denominados tornillos de fijación, que permiten garantizar un mejor ajuste entre los tramos, superando
las dificultades de acoplamiento derivadas de las tolerancias dimensionales de los perfiles y del
galvanizado posterior.
Dichos tornillos poseen en su cabeza un tetón con punta templada, que se clava en el perfil interior en el
proceso de apriete, evitando desplazamientos longitudinales entre los diferentes tramos de la viga de
refuerzo.
La transmisión de esfuerzos a los muros, jácenas o zunchos donde descansa el forjado, se realiza a
través de apoyos (piezas de fundición nodular), sujetos a los mismos mediante anclajes de tipo químico,
con tamiz o sin tamiz, según los casos.
Dichos apoyos no transmiten momentos a los elementos estructurales citados.
En cada apoyo se disponen dos tornillos de postensión, que, mediante apriete, presionan la viga de
refuerzo contra el forjado existente (activación del sistema).
Dichos tornillos juntamente con los tornillos de fijación, desarrollan las fuerzas necesarias para que la
viga de refuerzo entre en carga. No obstante, dada la colaboración del forjado existente, debe
garantizarse la estabilidad del mismo hasta que el mortero de relleno tenga la resistencia necesaria
como para poder transmitir, con un nivel de seguridad suficiente, los esfuerzos derivados del trabajo
conjunto del refuerzo y el forjado.
La constitución telescópica de la viga de refuerzo permite un fácil y cómodo transporte, manipulación y
montaje de la misma.
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34
4.2.1.2
Componentes del sistema
Tubo de refuerzo
La vigueta metálica es el elemento estructural más importante del sistema HERMS D.I.T. 289/R13, al ser
la que forma parte de la sección mixta junto con la viga a reparar. Dicha vigueta está constituida por tres
tramos de tubo cuadrado de acero galvanizado, un tramo central, de 100x100x4 mm y dos tramos
laterales de 90x90x4 mm.
Los dos tramos laterales deslizan por el interior del central y se bloquean mediante un tornillo de fijación.
Deben empotrar entre 35 y 45 cm con el central.
TRAMO
b=h
(mm)
e
(mm)
ÁREA
(cm2)
Ix
(cm4)
PESO
(kg/m)
CENTRAL
100
4
15.36
236.3
12.06
LATERAL
90
4
13.94
169.9
10.94
El tubo central está estampado en su parte inferior para permitir el alojamiento de la tuerca del tornillo de
fijación.
Los tubos laterales tienen un corte en su parte extrema a 45º con el fin de permitir el apretado de los
tornillos de postensión.
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35
Sobre la cara superior de la viga metálica hay soldadas dos hileras de conectores metálicos Ø8 mm y
h=14 mm, que son los que facilitan la unión con la vigueta de hormigón.
Las dos hileras están separadas 40 mm y los conectores están distanciados entre si 90 mm. Esta
distribución es suficiente para absorber el esfuerzo rasante en viguetas de edificación según ensayos del
Laboratorio de Elasticidad y Resistencia de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de
Barcelona.
El galvanizado se realiza por inmersión, una vez operados sobre el perfil todas las perforaciones y cortes
necesarios.
Con el objetivo de asegurar la continuidad del acero en la sección más débil del conjunto, la unión de los
tramos laterales con el central, se colocan dos barras de acero corrugado B500S (AEH500S) Ø10 mm.
En cada empalme.
NOTA IMPORTANTE:
A pesar de que en el sistema se propone la formación de una viga mixta, con la necesaria colaboración
de forjado existente, es evidente que el perfil metálico de refuerzo, de forma aislada (sin la colaboración
del forjado existente), tiene capacidad mecánica suficiente como para garantizar hasta una luz máxima,
en función de la carga e intereje considerado, la estabilidad del forjado en caso de pérdida total de
resistencia de la vigueta afectada. Siempre que se mantengan las limitaciones de resistencia y
deformaciones de la normativa en vigor.
EL SISTEMA HERMS D.I.T. 289/R13 ES CONFORME CON EL CÓDIGO TÉCNICO DE EDIFICACIÓN
Sistema de unión
Para unir la viga antigua con el nuevo elemento formado por los tubos metálicos se debe rejuntar o
rellenar siempre con mortero de unión.
Para asegurar la adherencia del mortero de unión con la viga de hormigón se ha de aplicar una capa de
pintura epoxi sobre la cara inferior de la viga a reparar, que además de la adherencia, actúa como
separador químico entre los dos tipos de hormigones.
En el caso de la viga metálica inferior, los tornillos de fijación de la viga son los encargados de asegurar
una buena conexión entre la viga y el mortero.
Se ha de remarcar que la utilización de los anclajes mecánicos (tornillos de fijación) no da lugar a errores
en la formación de la viga mixta, ya que por sí solos absorben el esfuerzo rasante, independientemente
de la adherencia conseguida con las resinas epoxi, asegurando la eficacia de la unión.
Es necesario remarcar la necesidad de los tornillos de fijación de la viga de hormigón, ya que en caso de
incendio las resinas epoxi pierden todas sus propiedades (80-90ºC) y su comportamiento es poco fiable
en cementos defectuosos. Esto obliga a asegurar la unión por medios mecánicos, o sea, los
conectadores.
Teniendo en cuenta todos los elementos que intervienen en el sistema de unión, se considera que se
forma una unión mecano-química entre la vigueta afectada y el perfil de refuerzo. La unión mecánica la
aseguran los diferentes conectores dispuestos en la unión y la unión química es asegurada por el efecto
de la resina epoxídica y el mortero de unión.
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36
Conectores de la vigueta de hormigón
Tornillos de acero de métrica 6 u 8, según el cálculo, y 70 mm de altura, separados entre sí 200 mm
como mínimo, distribuidos uniformemente a lo largo de toda la longitud de la vigueta de hormigón y
sobre el eje de simetría de la misma, sobresaliendo respecto a su cara inferior unos 18 mm.
Se bañan en resina epoxi, previamente a su colocación, con el objetivo de protegerlos de la posible
carbonatación de la viga. Su función, además de asegurar la unión, consiste también en absorber el
esfuerzo rasante.
-Conectores vigueta hormigónConectores del perfil metálico
Se trata de pernos o bulones metálicos de Ø8 mm y 14 mm de altura, soldados sobre la superficie
superior del perfil de refuerzo separados 90 mm entre sí y dispuestos en dos hileras paralelas a la
dirección longitudinal, simétricamente dispuestas respecto al eje de la pieza y separadas entre sí 40 mm.
Su función es absorber el esfuerzo rasante y asegurar la buena adherencia del perfil con el mortero de
unión.
-Conectores del perfil metálico-
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37
Mortero de unión
Se utiliza el MORTERO SIKA TOP 122, mortero de retracción controlada. Su función es primordialmente
resistente, en cuanto que debe de ser capaz de soportar las tensiones tangenciales derivadas del trabajo
conjunto de la vigueta deteriorada y la viga de refuerzo. La resistencia mínima a compresión será tal que
no produzca fallo por aplastamiento del mortero en la zona inmediata a los conectores.
Resina epoxídicaSikadur 32 Fix
Ejerce una doble función. Por un lado constituye un puente de unión entre la vigueta deteriorada y el
mortero SIKA TOP 122 que rellena el espacio entre ésta y la viga de refuerzo, debiendo garantizar,
juntamente con los conectores anclados en la vigueta, la transmisión del esfuerzo rasante derivado del
trabajo conjunto de ambos elementos.
Por otra parte ejerce también de separación química entre dos tipos de materiales incompatibles, a
saber, el cemento deteriorado de la vigueta y el cemento del mortero SIKA TOP 122.
Tornillos de fijación
Una vez se realiza el montaje de la viga metálica, el paso siguiente es el apoyo a las paredes y la fijación
o bloqueo de los tramos de dicha viga.
Los tornillos de fijación tienen por misión bloquear los tubos entre sí y evitar desplazamientos relativos
entre los perfiles en dirección longitudinal.
Están compuestos de rosca y espiga, presentando esta última en su extremo superior una punta
templada que penetra en el perfil interior (tramo lateral) cuando se realiza el apriete del tornillo
Se aprieta mediante una llave Allen M10.
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38
Tornillos de postensión
Tornillos de acero, con su tuerca correspondiente, que se sitúan en la pieza de apoyo y que mediante el
apriete contra la superficie interior de la cara superior del perfil de refuerzo permiten la entrada en carga
del sistema. Este desplazamiento vertical del perfil se realiza hasta que el mortero de unión empieza a
rebosar, asegurando de esta manera que éste queda totalmente en contacto con la cara inferior de la
vigueta afectada.
La longitud de la rosca es de 40 mm, permitiendo cierto grado de tolerancia en la disposición en
dirección vertical de la pieza de apoyo. Se aprieta mediante una llave Allen M10.
Apoyos
El apoyo se realiza a través de una pieza de fundición nodular que transmite mediante los anclajes las
cargas de la viga al elemento resistente. La transmisión de las cargas desde la viga al apoyo se realiza a
través de los tornillos de postensión, en cuya cabeza apoya el extremo del perfil de refuerzo. Dichos
tornillos quedan encajados en la pieza de apoyo.
El apoyo se fija al elemento resistente mediante tres tacos químicos. En el caso de ser pared hueca o
ladrillo de mala calidad se utilizan los tacos químicos con tamiz. En caso de paredes macizas o de
hormigón se utilizan también tacos químicos pero sin tamiz.
En el caso de que la viga a reparar sea en voladizo, se dispondrá de un soporte en un extremo de la viga
y en el otro se estudiará la solución estándar (ver apartado de voladizo 4.2.1.4)
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39
Las perforaciones practicadas en la pieza de apoyo para la colocación de los anclajes al soporte
permiten cierta tolerancia en la dirección horizontal.
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40
4.2.1.3Montaje de sistema HERMS D.I.T 289/R13
SISTEMA CONFORME CON
EL
1. La primera operación consiste en el saneado de la base
de la vigueta afectada. Se deben eliminar los restos de
yeso y pintura, el hormigón deteriorado de la suela de la
vigueta, así como trozos de alambre o armadura sueltos
2. Una vez saneada la parte inferior de la vigueta, se repica
la zona de la pared donde se vayan a colocar los soportes
de postensión, hasta encontrar el ladrillo o la pared de
hormigón.
3. Replanteo del soporte de postensión, aproximadamente
3 o 4 cm por debajo de la vigueta afectada o del punto de
flecha máxima. Es recomendable que siempre se
compruebe la flecha máxima para evitar posteriores
problemas. De todas maneras hay que tener en cuenta
que los tornillos de postensión del soporte permiten un
juego de hasta 6 cm
4. Una vez marcados los tres agujeros, practicar los taladros.
En caso de pared de ladrillo hueco o de mala calidad (como
en la foto) se utilizan tacos químicos, con lo cual la broca
tiene que ser de 14 mm. En caso de paredes macizas o de
hormigón, se utilizan también tacos químicos pero sin tamiz,
con lo que la broca ha de ser de 15 mm.
5. En el caso de los tacos químicos, una vez realizado el
taladro, colocar en su interior los tamices e inyectar la
resina con la pistola aplicadora.
6. Colocar los espárragos y esperar unos diez minutos hasta
que la resina esté dura y resistente.
7. Colocar el soporte y apretar las tuercas de los
espárragos.
8. Insertar después los tornillos de postensión en los
respectivos agujeros del soporte.
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41
SISTEMA CONFORME CON
EL
9. Marcar los agujeros donde se colocaran los tornillos de
fijación. Se tienen que colocar en el eje central longitudinal
de la vigueta, separados 20 cm entre ellos.
10. Una vez marcados todos los agujeros en la vigueta,
realizar los taladros con una broca de 6 mm, a una
profundidad de 5 cm
11. Antes de colocar los tornillos de fijación M6x70, se
aplica la capa de resina epoxi sobre la base de la vigueta.
Para eso hay que preparar previamente la mezcla. La
resina consta de dos componentes y para su preparación
hay que verter todo el contenido del componente B (bote
pequeño) dentro del componente A (bote grande).
12. Una vez vertido todo el contenido del componente B
sobre el componente A, mezclar hasta que se consiga un
líquido homogéneo (la reacción desprende calor).
13. Aplicar la mezcla con un pincel en toda la base de la
vigueta. La aplicación sobre la vigueta tiene un tiempo de
trabajo relativamente corto, con lo que es aconsejable en
caso de reparación de muchas viguetas, realizar esta
operación vigueta por vigueta y no todas a la vez.
14. Mojar los tornillos de fijación M6x70 en la resina.
IMPORTANTE
15.Una vez mojados en resina, colocar con la ayuda de
una maceta los tornillos en los agujeros realizados en la
base de la vigueta a cada 20 cm, de tal manera que
sobresalga la cabeza del tornillo de fijación M6x70
aproximadamente 1 cm.
16. Vista de todos los tornillos colocados, alineados en el eje
central, separados 20 cm entre ellos y sobresaliendo 1 cm
las cabezas de los mismos.
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42
SISTEMA CONFORME CON
EL
17. En caso de que haya un tabique intermedio, realizar un
agujero en el mismo de unas dimensiones de 20 x20 cm
para permitir el paso del refuerzo telescópico. Cuando no
existen tabiques, montar los tres tramos de la viga para
elevar el conjunto montado
18. Una vez colocados los soportes, aplicada la resina,
colocados los tornillos de fijación y, si existe un tabique
intermedio, realizados los agujeros pasantes, proceder a
montar la vigueta telescópica. Ésta consta de tres tramos, un
central de 100x100x4 y dos laterales de 90x90x4. Los
tramos laterales se introducen dentro del central y quedan
fijados mediante un tornillo de fijación que dispone de una
punta templada que, al apretar, se clava en el tramo lateral.
19. El tornillo se coloca en unos agujeros existentes en los
extremos del tubo central.
20. Una vez colocado, introducir los tramos laterales.
21. El tornillo se debe dejar aflojado para permitir el libre
juego entre los dos tubos para una mejor colocación.
22. En el caso de la existencia de tabiques, pasar dos
tramos por un lado del mismo y el tramo lateral que falta
colocarlo por el otro lado del tabique. De este modo el
montaje de los tres tramos se realiza teniendo apoyada la
vigueta en el tabique.
23. Preparar el mortero para aplicar sobre la vigueta
telescópica. Verter todo el contenido de la garrafa sobre el
recipiente en que se vaya a realizar la mezcla.
24. Preparar el mortero para aplicar sobre la vigueta
telescópica. Verter todo el contenido de la garrafa sobre el
recipiente en que se vaya a realizar la mezcla.
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43
SISTEMA CONFORME CON
EL
25. Con la ayuda de la paleta colocar el mortero encima de
la vigueta telescópica, un grueso de 2-3 cm.
26. Una vez colocado el mortero en toda la superficie
superior del tubo, acabar de elevarlo y colocarlo en los
soportes de postension, con los tornillos de postension
previamente bajados al máximo. En este momento es de
gran ayuda el carácter telescópico del sistema para acabar
de ajustar la longitud de la vigueta.
MUY IMPORTANTE
27. Colocar 4 barras corrugadas de Ø10 (negativos) en las zonas de unión (empalmes) de los tubos. Hay que montar dos
negativos en
cada zona de empalme, uno en cada lado del tubo. En total hay que colocar cuatro negativos por viga de refuerzo.
28. Mediante una llave Allen M10 apretar los tornillos de
postension de los soportes. De esta manera se eleva la
vigueta telescópica y va entrando en carga. Cuando el
mortero empiece a rebosar en toda la longitud de la
vigueta, parar de apretar. Retacar el mortero sobrante y
alisar.
29. Apretar con una llave Allen M10 los tornillos de fijación
del tubo para que queden los tres tramos de tubo
bloqueados.
30. Vista de la vigueta colocada y acabada.
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44
4.2.1.4
Vigas en voladizo
Las vigas en voladizo se podrán montar de dos maneras diferentes en función de si existe o no zuncho o
jácena en el apoyo del voladizo.
A. Montaje de viga en voladizo: caso pared sin zuncho o sin jácena
2
3
1) Preparación de la vigueta a reparar igual que en el caso de viga entera
2) Colocación de tubo pasante en la pared (solo en casos de pared exterior sin jácenas o zunchos)
3) Introducción del tramo exterior. El tramo se coloca con el mortero fresco encima. En este caso el
tramo exterior es tubo de 90x90x4.
4) Montaje de la viga (igual que en el caso de una viga normal)
Colocación de la viga en el soporte y en el tramo exterior. Apretar los tornillos de fijación. Apretar
los tornillos de postensión del soporte. Rejuntado y alisado del mortero de unión.
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45
Montaje de viga en voladizo: caso pared con zuncho o jácena
2
1) Preparación de la vigueta a reparar igual que en el caso de viga entera
2) Colocación del tramo exterior y tramo interior, en los cuales van soldadas una pletinas que
permiten el paso de unos espárragos de transmisión de momento (sin atravesar las
armaduras). Apriete de las tuercas de los espárragos.
3) Montaje de la viga (igual que en el caso de una viga normal). Colocación de la viga en el
soporte y en el tramo soldado a la pletina. Apretar los tornillos de fijación. Apretar los tornillos
de postensión del soporte. Rejuntado y alisado del mortero de unión.
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DETALLE PLACA TIPO:
conector M6x70
vigueta a reforzar
colocado c/20 cm
resina SIKADUR 32 FIX
20 20
170
40
7
50
Ø1
50
romper revoltón para
poner varilla dentro
25
mortero SIKATOP 122
250
275
90
150
135
90
espesor de la placa = 12 mm
125
250
125
jácena
DETALLE PLACA CON PERFIL DE REFUERZO
DETALLE PLACA VOLADIZO
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4.2.1.5. Ensayos
ENSAYO REALIZADO EN EL INSTITUTO TORROJA PARA LA OBTENCIÓN DEL D.I.T.
A continuación se describe uno de los ensayos realizados en el Instituto de Ciencias de la Construcción
Eduardo Torroja para la obtención del Documento de Idoneidad Técnica (Expediente de ensayo nº 16504
realizado en el IETCC)
1) Disposición de los ensayos (*)
Sobre muros de ladrillo hueco doble de medio pie de espesor y 50 cm de anchura, enlucidos y con una
separación entre caras externas de 4 m e internas de 3.75 m, se apoyaron viguetas de hormigón que
constituían el elemento a reforzar.
Para simular el peso de los forjados superiores, se disponían unos perfiles metálicos sobre la cara
superior de los muretes de ladrillo y enrasados con las viguetas.
Para los ensayos se utilizaron viguetas fabricadas en el Instituto Torroja que se hicieron con un hormigón
cuya resistencia era de 106 kp/cm2, llevando como armadura de compresión un redondo de 8 mm de
diámetro, y de tracción uno de 4 mm que se extendía a los 2/3 de la longitud total de la vigueta en su
zona central. Se dispusieron bajo cada una de las viguetas una viga de refuerzo y los anclajes (tres por
apoyo, de tipo químico, sistema HIT de HILTI).
2) Dispositivo de aplicación de cargas
Se disponía para estos ensayos, de un equipo de aplicación de carga compuesto por un gato de 20 Mp y
un dinamómetro, dispuestos de manera que la carga máxima alcanzada fuera de 10 Mp.
La presión existente en el gato era medida por un captador de presión situado en la cabeza de éste.
Asimismo se leían por medio del ordenador los flexímetros que se disponían bajo las viguetas para medir
flechas. Uno en el centro del vano y otros dos a 10 cm de los apoyos.
La carga era aplicada mediante un perfil de reparto colocado bajo el gato, que descargaba en dos
rodillos que se apoyaban a su vez sobre unas placas colocadas sobre la vigueta y recibidas con
escayola. Estas placas, situadas en los puntos de carga sobre la vigueta, estaban colocadas a tercios de
la luz en las viguetas ensayadas a flexión y a 50 cm de los apoyos en las viguetas ensayadas a cortante.
3) Fases de carga
Se dejó transcurrir un plazo de 14 días desde el montaje del sistema hasta la realización del ensayo,
para obtener las resistencias adecuadas en el mortero de unión. Tanto en los ensayos a flexión como de
cortante la carga se aplicó en escalones de 200 kp hasta llegar a 600 kp. En ese momento se descargó.
Una vez estabilizada la flecha se reinició el proceso de carga igualmente en escalones de 200 kp que
continuó hasta la rotura de la vigueta.
El valor de carga de 1500 kp para el que se da la flecha, correspondería a la carga total sin mayorar que
actúa sobre una banda de forjado de 0.7 m, con una luz de vano de 3.75 m y una carga uniformemente
repartida de 570 kp/cm2.
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*EXTRACTO DEL DOCUMENTO DE IDONEIDAD TÉCNICA NÚM. 289/R (PAGS. 9 y 10)
Gráficas de los ensayos realizados en el Instituto Eduardo Torroja para la obtención del Documento de
Idoneidad Técnica.
FLECHA EN 1500 kp: 3.23 mm
CARGA DE ROTURA: 4.820 kp
TIPO DE ROTURA: Fisura continua a lo largo del alma de la vigueta.
No se produce agotamiento del perfil de refuerzo.
FLECHA EN 1500 kp: 3.69 mm
CARGA DE ROTURA: 4.300 kp
TIPO DE ROTURA: A los 4000 kp rotura de la vigueta reforzada.
No se produce agotamiento del perfil de refuerzo.
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49
ENSAYO REALIZADO EN LA ESCUELA DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE BARCELONA
A continuación se describe el ensayo realizado en el Laboratorio de elasticidad y Resistencia de
Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona.
Se trata de la realización de ensayos de flexión sobre una muestra de vigueta de hormigón armado y
pretensado reforzada con la viga metálica extensible D.I.T. 289/R.
Descripción del ensayo:
o
o
o
o
La muestra se ha apoyado, a través de la viga metálica, sobre dos prismas de acero (a=60 mm),
con una luz entre apoyos de 5840 mm (viga de 6 m).
Las fuerzas se han aplicado en dos puntos simétricos a través de dos medias cañas metálicas.
Las fuerzas se han generado mediante un cilindro hidráulico y un repartidor de cargas. Se ha
medido la fuerza total aplicada mediante un captador de presión extensiométrico conectado al
circuito hidráulico.
Se ha medido el desplazamiento vertical del punto central de la viga mediante un captador de
desplazamiento potenciométrico.
Se trata del ensayo de una vigueta comercial pretensada de 6 m. a la que se le cortaron las barras de
2
acero del ala inferior. La resistencia a compresión del hormigón es de 400 kp/cm .
VIGUETA DE HORMIGON
H=180mm
CORTE DE LOS ALAMBRES
2x2 D. 10 AEH500
90X90X4mm
100x100x4 mm
90m m
CONECTORES D.8
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50
Resultados
A 4000 kgf los dos tubos laterales se han deslizado del central unos 3 mm aproximadamente.
La fuerza total máxima alcanzada es Fmax = 4600 kp, que provoca unos esfuerzos máximos de sección
M=4416 m kp y T=2300 kp
El fallo se ha producido iniciándose una grieta por tensiones cortantes que ha recorrido toda la sección
hasta el ala superior, donde finalmente se ha producido también una rotura a compresión.
Carga de rotura teórica: 4619 kp
Carga de rotura ensayo: 4570 kp
Flecha teórica: 5.6 cm
Flecha ensayo: 5.2 cm
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4.2.1.6. Cálculos
El método de cálculo para el dimensionado de las secciones mixtas es el sistema lineal
Influencia geométrica del refuerzo HERMS D.I.T. nº 289/R
1) Aumento relativo del momento resistente debido al aumento de la superficie de acero:
Un refuerzo consistente en la colocación de una sección de acero que aumente mínimamente el canto
no contribuye a un aumento del momento resistente
El punto débil de la sección deteriorada es por pérdida de resistencia del hormigón a compresión. Por
mucha sección de acero que se añada, no compensa la pérdida de resistencia a compresión del
hormigón.
Por eso se considera que el sistema de refuerzo HERMS, en cuanto a aumento de superficie de acero,
casi no contribuye al aumento de momento resistente:
(∆=incremento relativo de la resistencia del conjunto debido al aumento de sección de acero)
1.1>1+∆<1
2) Aumento relativo del momento resistente debido al aumento del canto:
Wxfinal≈ f (H+14)2 ≈ (H+14)2 = Yc
Wxinicial f (H)2
(H)2
3) Aumento relativo total del momento resistente:
Y = Ycx (1+∆)
γ
CANTO VIGUETA H+2 cm
20
18
2.89
3.16
16
3.51
4) Aumento relativo de los momentos de inercia:
Ix final ≈ f (H+14)3 ≈ (H+14)3
Ixinicial f (H)3
(H)3
Ix fin / Ixini
CANTO VIGUETA H+2 cm
20
18
2.89
3.16
16
3.51
Con el sistema HERMS D.I.T. 289/R se multiplican por 3 los coeficientes de seguridad de los forjados
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52
4.2.2
4.2.2.1
Sistema de refuerzo TUBO CR D.I.T. 289/R13
SISTEMA CONFORME CON
Descripción del sistema
En muchas ocasiones, debido a las características de la construcción, las viviendas tienen una altura
libre muy reducida, impidiendo el refuerzo del forjado mediante perfiles de mucho canto.
En estos casos no es aconsejable la reparación con el sistema HERMS D.I.T. 289/R13 mediante perfiles
tubulares, ya que disminuyen aproximadamente unos 12 cm la altura libre.
Para este tipo de forjados el refuerzo óptimo se basa en la colocación debajo de la vigueta afectada de
un perfil tubular de 6 cm de canto, que forma una sección mixta con el hormigón de la vigueta existente,
igual que el sistema HERMS D.I.T. 289/R13.
El sistema tubo de canto reducido (TUBO CR) puede sustituir al sistema extensible para luces de
aproximadamente 3.5 m, o para luces mayores según las condiciones del hormigón.
Los únicos inconvenientes que aparecen al trabajar con perfiles de canto tan pequeño son:
o
Su dificultad de ser activados
o
No se pueden convertir en telescópicos, reduciendo de esta manera el campo de
aplicación a habitáculos donde sólo sea posible el acceso de los perfiles enteros.
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53
Este perfil, para poder formar la sección mixta, necesita de una conexión perfecta. Esto se consigue, al
igual que en el caso del refuerzo tubular HERMS D.I.T. 289/R13, mediante una unión mecano-química.
-Sección D.I.T. 289/R13 CRLa unión mecánica la realizan unos bulones soldados en la cara superior del perfil y unos conectadores
colocados en perforaciones realizadas en la base de la viga. El espacio entre el refuerzo y la vigueta
existente se rellena con mortero de alta resistencia y realiza la unión mecánica entre los dos elementos.
Igual que en el caso del refuerzo tubular, la unión química se realiza mediante la imprimación de la base
de la vigueta con una capa de resina epoxi.
Como ya se ha expuesto, el sistema de refuerzo TUBO CR no es extensible ni desmontable, por lo que
siempre tendrá la misma medida que la viga a reforzar.
El sistema de apoyo a muros o jácenas se realiza a través de unos soportes de postensión, fabricados
de fundición nodular, sujetos mediante anclajes químicos. Dichos soportes no transmiten momentos a los
elementos estructurales antes citados.
En cada apoyo se disponen dos tornillos de postensión, que, mediante apriete, presionan la viga de
refuerzo contra el forjado existente (activación del sistema).
Dichos tornillos desarrollan las fuerzas necesarias para que la viga de refuerzo entre en carga. Debe, no
obstante, dada la colaboración del forjado existente, garantizarse la estabilidad del mismo hasta que el
mortero de relleno tenga la resistencia necesaria como para poder transmitir, con un nivel de seguridad
suficiente, los esfuerzos derivados del trabajo conjunto del refuerzo y el forjado.
NOTA IMPORTANTE:
A pesar de que en el sistema se propone la formación de una viga mixta, con la necesaria colaboración
de forjado existente, es evidente que el perfil metálico de refuerzo, de forma aislada (sin la colaboración
del forjado existente), tiene capacidad mecánica suficiente como para garantizar hasta una luz máxima,
en función de la carga e intereje considerado, la estabilidad del forjado en caso de pérdida total de
resistencia de la vigueta afectada. Siempre que se mantengan las limitaciones de resistencia y
deformaciones de la normativa en vigor.
EL SISTEMA TUBO CR D.I.T. 289/R13 ES CONFORME CON EL CÓDIGO TÉCNICO DE EDIFICACIÓN
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54
4.2.2.2
Componentes del sistema
Perfil de refuerzo
El perfil empleado es un perfil tubular de acero de 4 mm de grosor. Las dimensiones del tubo son de 100 x 60
x 4 mm, y la longitud de cada perfil dependerá siempre de la viga a reforzar, al no poder ser extensible. Se
suministran galvanizados.
base
altura
espesor
AREA
Ix
PESO
100
60
4
12,25
159,22
67,43
9,71
En la cara superior del perfil hay dos filas de bulones soldados, separados a cada 200 mm, que son los
encargados de realizar la conexión mecánica con el mortero de relleno.
Sistema de unión
Para unir la viga antigua con el nuevo elemento de refuerzo se debe rejuntar o rellenar siempre con
mortero de unión. Para asegurar la adherencia del mortero de unión con la viga de hormigón se ha de
aplicar una capa de pintura epoxi sobre la cara inferior de la viga a reparar, que además de la
adherencia, actúa como separador químico entre los dos tipos de hormigones.
Los tornillos de fijación de la viga son los encargados de asegurar una buena conexión entre la viga y el
mortero. La utilización de dichos tornillos no da lugar a errores en la formación de la viga mixta, ya que
por sí solos absorben el esfuerzo rasante, independientemente de la adherencia conseguida con las
resinas epoxi, asegurando la eficacia de la unión.
Es necesario remarcar la necesidad de los tornillos de fijación de la viga de hormigón, ya que en caso de
incendio las resinas epoxi pierden todas sus propiedades (80-90
C) y s u comp
en cementos defectuosos. Esto obliga a asegurar la unión por medios mecánicos, o sea, los
conectadores.
Teniendo en cuenta todos los elementos que intervienen en el sistema de unión, se considera que se
forma una unión mecano-química entre la vigueta afectada y el perfil de refuerzo. La unión mecánica la
aseguran los diferentes conectores dispuestos en la unión y la unión química es asegurada por el efecto
de la resina epoxídica y el mortero de unión.
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55
Conectores de la vigueta de hormigón
Tornillos de acero de métrica 6 u 8, según el cálculo, y 70 mm de altura, separados entre sí 200 mm
como mínimo, distribuidos uniformemente a lo largo de toda la longitud de la vigueta de hormigón y
sobre el eje de simetría de la misma, sobresaliendo respecto a su cara inferior unos 18 mm.
Se bañan en resina epoxi, previamente a su colocación, con el objetivo de protegerlos de la posible
carbonatación de la viga. Su función, además de asegurar la unión, consiste también en absorber el
esfuerzo rasante.
Conectores del perfil metálico
Se trata de pernos o bulones metálicos de Ø8 mm y 14 mm de altura, soldados sobre la superficie
superior del perfil de refuerzo separados 90 mm entre si y dispuestos en dos hileras paralelas a la
dirección longitudinal, simétricamente dispuestas respecto al eje de la pieza y separadas entre sí 40 mm.
Su función es absorber el esfuerzo rasante y asegurar la buena adherencia del perfil con el mortero de
unión.
Mortero de unión
Se utiliza el MORTERO SIKA TOP 122, mortero de retracción controlada. Su función es primordialmente
resistente, en cuanto que debe de ser capaz de soportar las tensiones tangenciales derivadas del trabajo
conjunto de la vigueta deteriorada y la viga de refuerzo. La resistencia mínima a compresión será tal que
no produzca fallo por aplastamiento del mortero en la zona inmediata a los conectores.
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56
Resina epoxídicaSikadur 32 Fix
Ejerce una doble función. Por un lado constituye un puente de unión entre la vigueta deteriorada y el
mortero SIKA TOP 122 que rellena el espacio entre ésta y la viga de refuerzo, debiendo garantizar,
juntamente con los conectores anclados en la vigueta, la transmisión del esfuerzo rasante derivado del
trabajo conjunto de ambos elementos.
Por otra parte ejerce también de separación química entre dos tipos de materiales incompatibles, a
saber, el cemento deteriorado de la vigueta y el cemento del mortero SIKA TOP 122.
Tornillos de postensión
Tornillos de acero, con su tuerca correspondiente, que se sitúan en la pieza de apoyo y que mediante el
apriete contra la superficie exterior de la cara inferior del perfil de refuerzo permiten la entrada en carga
del sistema. Este desplazamiento vertical del perfil se realiza hasta que el mortero de unión empieza a
rebosar, asegurando de esta manera que éste queda totalmente en contacto con la cara inferior de la
vigueta afectada.
La longitud de la rosca es de 28 mm, permitiendo cierto grado de tolerancia en la disposición en
dirección vertical de la pieza de apoyo.
Se aprieta mediante una llave Allen M10.
Apoyos
El apoyo se realiza a través de una pieza de fundición nodular que transmite mediante los anclajes las
cargas de la viga al elemento resistente. La transmisión de las cargas desde la viga al apoyo se realiza a
través de los tornillos de postensión, en cuya cabeza apoya el extremo del perfil de refuerzo. Dichos
tornillos quedan encajados en la pieza de apoyo. El apoyo se fija al elemento resistente mediante dos
tacos, químicos, con o sin tamiz, según el tipo de apoyo y de la decisión del técnico.
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4.2.2.3 MONTAJE DEL SISTEMA HERMS TUBO CR D.I.T. 289/R13
SISTEMA CONFORME CON
EL
1. La primera operación consiste en el saneado de la base
de la vigueta afectada. Se deben eliminar los restos de
yeso y pintura, el hormigón deteriorado de la suela de la
vigueta, así como trozos de alambre o armadura sueltos
2. Una vez saneada la parte inferior de la vigueta, se repica
la zona de la pared donde se vayan a colocar los soportes
de postensión, hasta encontrar el ladrillo o la pared de
hormigón.
3. Replanteo del soporte de postensión, aproximadamente
8ó9 cm por debajo de la vigueta afectada o del punto de
flecha máxima. Es recomendable que siempre se
compruebe la flecha máxima para evitar posteriores
problemas. De todas maneras hay que tener en cuenta
que los tornillos de postensión del soporte permiten un
juego de hasta 2 cm
4. Una vez marcados los dos agujeros, practicar los taladros.
En caso de pared de ladrillo hueco o de mala calidad (como
en la foto) se utilizan tacos químicos, con lo cual la broca
tiene que ser de 14 mm. En caso de paredes macizas o de
hormigón, se utilizan también tacos químicos pero sin tamiz,
con lo que la broca ha de ser de 15 mm.
5. En el caso de los tacos químicos, una vez realizado el
taladro, colocar en su interior los tamices e inyectar la
resina con la pistola aplicadora.
6. Colocar los espárragos y esperar unos diez minutos hasta
que la resina esté dura y resistente.
7. Colocar el soporte y apretar las tuercas de los
espárragos.
8. Marcar los agujeros donde se colocaran los tornillos de
fijación. Se tienen que colocar en el eje central longitudinal
de la vigueta, separados 20 cm entre ellos.
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58
SISTEMA CONFORME CON
9. Una vez marcados todos los agujeros en la vigueta,
realizar los taladros con una broca de 6 mm, a una
profundidad de 5 cm.
10. Antes de colocar los tornillos de fijación M6x70, se aplica
la capa de resina epoxi sobre la base de la vigueta. Para eso
hay que preparar previamente la mezcla. La resina consta
de dos componentes y para su preparación hay que verter
todo el contenido del componente B (bote pequeño) dentro
del componente A (bote grande).
11. Una vez vertido todo el contenido del componente B
sobre el componente A, mezclar hasta que se consiga un
líquido homogéneo (la reacción desprende calor).
12. Aplicar la mezcla con un pincel en toda la base de la
vigueta. La aplicación sobre la vigueta tiene un tiempo de
trabajo relativamente corto, con lo que es aconsejable en
caso de reparación de muchas viguetas, realizar esta
operación vigueta por vigueta y no todas a la vez.
13. Mojar los tornillos de fijación M6x70 en la resina.
14. Una vez mojados en resina, colocar con la ayuda de una
maceta los tornillos en la base de la vigueta a cada 20 cm,
de tal manera que sobresalga la cabeza del tornillo fijación
M6x70 aproximadamente 1 cm
15. En caso de que haya un tabique intermedio, realizar un
agujero en el mismo de unas dimensiones suficientes para
permitir el paso del perfil de refuerzo.
16. Preparar el mortero para aplicar sobre la vigueta
telescópica. Verter todo el contenido de la garrafa sobre el
recipiente en que se vaya a realizar la mezcla.
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59
SISTEMA CONFORME CON
EL
17. Echar todo el contenido del saco de mortero SIKATOP
122. Mezclar con la ayuda de una paleta o batidora
eléctrica.
18. Con la ayuda de la paleta colocar el mortero SIKATOP
122 encima del perfil de refuerzo con un grueso de 2-3 cm, y
siempre mientras la resina SIKADUR 32 FIX esté todavía
fresca. Si la resina se hubiese secado, se tendría que volver
a pintar la superficie de la vigueta antes de colocar el
mortero.
19. Una vez colocado el mortero en toda la superficie
superior del tubo, acabar de elevarlo y colocarlo en los
soportes de postension, con los tornillos de postension
previamente bajados al máximo.
20. Mediante una llave Allen M10 apretar los tornillos de
postension de los soportes para elevar la vigueta telescópica
y hacer que entre en carga. Cuando el mortero empiece a
rebosar en 2/3 de la longitud de la vigueta, dejar de apretar.
Retacar el mortero sobrante y alisar.
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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.
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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:
1º2º-
Determinar la resistencia del hormigón de la jácena o la viga a reforzar
Elección de un perfil HEB, con una altura de 1/3 a 1/4 del canto de la viga de hormigón a
reforzar
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.
3º-
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 60x30 cm que debido al paso del tiempo ha perdido resistencia
2
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 .
Si se calcula el momento flector máximo que puede soportar esta jácena, soporta 21.75 T·m.
30
30
60
JÁCENA A
REFORZAR
fck horm.=175 kp/cm2
fck horm.=100 kp/cm2
fyk acero=4600 kp/cm2
fyk acero=3450 kp/cm2
Mf=21,75 T·m
Mf=13,002 T·m
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62
Se considera que a lo largo del tiempo el hormigón pasa a tener una resistencia de 100 kp/cm2 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.
30
En estas condiciones se aplica el sistema de
refuerzo, con un perfil HEB, formando una viga
mixta con la jácena.
JÁCENA
REFORZADA
62
Pintura Epoxi
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.
VIGA MIXTA JÁCENA+HEB
M flector
(T·m)
Wx acero Wxhorm. Cálculo elástico
4
HEB Ix (cm )
Resist. horm.
(cm3)
(cm3)
Mortero de hormigon de
alta resistencia
fck minimo=400 kp/cm2
JÁCENA SOLA
M flector
(T·m)
M flector (T·m)
Resist. horm.
Resist. horm.
Cálculo plástico
100 kp/cm2
100 kp/cm2
180
109909
3122
36804
18.4
26.4
200
122871
3495
39345
19.6
28.8
220
135967
3860
41814
20.9
30.0
-
Nota:
18/20/22
HEB 180/200/220
175 kp/cm2
100 kp/cm2
100% cap. mec. acero
75% cap. mec. acero
21.7
13.0
2
Ehormigón= 14000 x √fck= 140000 kp/cm
Cálculos realizados considerando n=Eacero/Ehormigón=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
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.
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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
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6) Colocación de la viga en los soportes. Apretado de tornillos de postensión. Rejuntado y alisado
del mortero de unión.
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65
5 REFUERZO DE FORJADOS DE VIGAS METÁLICAS
5.1
Sustitución funcional: IPE EXTENSIBLE
Hasta el momento se han mostrado sistemas de refuerzo de forjados de viguetas de hormigón o
estructuras de hormigón basados en la formación de una sección mixta.
Pero, tal y como se hace referencia en el cap. 3, hay otro sistema válido de refuerzo de forjados
mediante un perfil que soporte toda la carga.
Se ha diseñado un sistema de refuerzo basado en este principio y que cumple además con las
especificaciones o premisas iniciales a cumplir por cualquier sistema de refuerzo.
5.1.1
Descripción del sistema
Se trata de una solución mediante perfiles metálicos que sustituyen funcionalmente la viga afectada y se
dimensionan para que soporten la totalidad de las cargas del forjado, despreciando la función resistente
de la viga a reparar.
Estos perfiles presentan dos grandes problemas:
o
Para luces superiores a 5 m se necesitan unos perfiles de dimensiones considerables que
dificultan su manejo, ya sea por su volumen y peso, o por la dificultad de trabajar en viviendas
con medidas tan largas, siendo necesario partirlos y unirlos en obra
o
Al ser perfiles enteros, es necesario trabajar con medidas exactas
Para poder solucionar el problema de manejabilidad y la exactitud de las medidas, se han diseñado
perfiles IPE extensibles y desmontables.
Los perfiles se suministran en varios tramos que se montan fácilmente en obra. Los diferentes tramos se
acoplan formando un perfil telescópico que se puede ajustar a la medida deseada.
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Están diseñados para poder apoyarse sobre el soporte universal de postensión, pudiendo de ese modo
trabajar como refuerzos activos, entrando en carga desde el momento del montaje, descargando el
forjado y reduciendo la flecha si interesa.
Actualmente se fabrican tres perfiles extensibles: IPE 140, IPE160 e IPE180, que son los frecuentemente
usados en rehabilitación.
Existen casos en que por las características del local no es necesario que los perfiles de refuerzo sean
desmontables y extensibles. Esta condición se da en locales de fácil acceso o sin tabiques, que dificulten
la maniobrabilidad.
5.1.2
Componentes del sistema
La simplicidad del sistema se debe a que está formado por dos perfiles IPE que forman los tramos
laterales y un tramo central formado por un tubo rectangular de acero.
Los tramos laterales acoplan perfectamente en el tubo central gracias a una pieza rectangular soldada
en un extremo de los mismos. Esta pieza tiene las mismas dimensiones que las medidas interiores del
tubo y permite ajustar y deslizar perfectamente.
Para permitir la fijación de los tramos laterales, en los extremos de tubo central se han practicado unos
taladros para permitir el paso de un tornillo de fijación que impide el desplazamiento longitudinal de los
dos extremos.
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En la siguiente tabla se exponen las características geométricas de los tramos centrales tubulares para
cada tipo de perfil IPE.
IPE
Características perfil tubular central
H (mm)
B (mm)
e (mm)
Ix (cm4)
IPE 140
150
85
4
553
IPE 160
170
94
4
801
IPE 180
192
105
5
1420
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68
5.1.3
MONTAJE DE SISTEMA DE REFUERZO IPE EXTENSIBLE
1. Repicar la zona de la pared donde se vayan a colocar los
soportes de postensión, hasta encontrar el ladrillo. Saneado de la
vigueta de reforzar, eliminando el óxido y pasivando el hierro en el
caso de viga metálica.
2. Colocación de los soportes de postensión. La altura del soporte
3. Una vez colocados los soportes, montar los tres tramos del perfil
de refuerzo, previa imprimación de éstos con pintura antióxido.
4. Apretar uno de los tornillos de fijación del tramo central y dejar el
otro extremo sin apretar para acabar de ajustar el perfil de refuerzo a
la medida necesaria.
5. En caso de la existencia de tabiques pasar un tramo por un lado
del mismo y el otro tramo colocarlo por el otro lado del tabique. De
este modo el montaje de los dos tramos se realiza teniendo apoyado
el perfil sobre el tabique.
dependerá de la flecha que tenga la viga; después se acaba de
ajustar el perfil de refuerzo con los tornillos de postensión del
soporte, que permiten un juego de hasta 3 cm.
6. Apoyar cada extremo del perfil de refuerzo en los soportes de
postensión correspondientes. Apretar el otro tornillo de fijación del
tramo central y con la ayuda de una paleta colocar el mortero
encima del refuerzo.
7. Una vez colocado el mortero en toda la superficie del ala superior
del perfil de refuerzo, acabar de elevarlo con los tornillos de
postensión de los soportes.
8. Vista del perfil de refuerzo colocado y apoyado en el soporte de
postensión.
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6 SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS CERÁMICOS
Las patologías del hormigón también afectan a los forjados cerámicos, los cuales debido a sus
características constructivas, son más difíciles de detectarla patología más común en este tipo de
forjados es la corrosión de armaduras.
Si el hormigón pierde capacidad resistente o permite la oxidación de las armaduras el problema es
análogo a la problemática de las vigas de hormigón. En el caso cerámico la separación entre nervios
suele ser menor que en el caso de vigas de hormigón, lo que permite utilizar refuerzos alternados.
Un factor muy importante a tener en cuenta es la tipología del nervio cerámico. Existen multitud de
piezas cerámicas diferentes, cada una con un montaje en obra y una disposición de las armaduras y el
cemento diferente. Si se detecta una patología en un forjado cerámico, se tiene que investigar el tipo de
pieza cerámica que lo conforma.
El ensayo del anexo 8.4 demuestra la capacidad portante de las piezas cerámicas, por lo que creemos
un error y una imprudencia destruirlas para alojar en su interior elementos de refuerzo.
Se ha conseguido aplicar los mismos sistemas de refuerzo activo de vigas de hormigón al caso de
forjados cerámicos, pero con algunas pequeñas diferencias. Conceptualmente los refuerzos se basan o
en la formación de secciones mixtas o en la sustitución funcional.
6.1
Refuerzo mediante la formación de sección mixta
La gran mayoría de forjados cerámicos están formados por piezas que en el momento del montaje in situ
se colocaban las correspondientes varillas de acero y se rellenaban con mortero. Este mortero es el que
se puede aprovechar para la formación de una sección mixta con el refuerzo, contando con su
resistencia residual a compresión.
Si interesa formar una sección mixta con el mortero y el perfil de refuerzo, se tiene que asegurar la unión
y la conexión entre ambos, pero, debido a las características de las piezas cerámicas, el mortero está
protegido en el interior y no tiene un contacto directo con el refuerzo.
Para los dos sistemas de refuerzo basados en la formación de secciones mixtas, se consigue una unión
mecano-química mediante la realización de unos determinados taladros que permiten un contacto y una
conexión óptimos.
6.1.1
Sistema HERMS D.I.T. NÚM. 289/R13
El mismo sistema diseñado para el refuerzo de vigas de hormigón mediante la formación de una sección
mixta es perfectamente aplicable al refuerzo de nervios cerámicos.
Existe una condición necesaria para poder aplicar este sistema de refuerzo en los forjados cerámicos:
que exista el suficiente mortero en el nervio del forjado. Para poder formar la sección mixta es necesaria
la existencia de este.
Hay algunas tipologías de forjados cerámicos que utilizan muy poco mortero, o forjados que por alguna
causa han perdido totalmente o en parte el mortero inicial. En estos casos la formación de una sección
mixta es imposible, teniendo que optar por el refuerzo mediante sustitución funcional.
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Cumplida la condición indispensable de la existencia de mortero, se aplican los mismos pasos, tanto en
el cálculo como en el montaje, como si se tratara de una viga de hormigón.
La única salvedad es asegurar la conexión. Como se ha explicado anteriormente, el contacto entre
mortero y refuerzo no se consigue directamente al existir la barrera física de la pieza cerámica.
Para conseguir el máximo contacto sin tener que destruir la parte inferior de la pieza cerámica, que es
justamente la zona donde se suelen ubicar los redondos, se practican en la cerámica unos taladros de
diámetro 40mm hasta llegar al mortero. Después se practican en el mortero los mismos taladros de
diámetro 6 mm como si se tratara de una viga de hormigón.
Estos taladros de diámetro 40 mm permiten tener una mayor superficie de contacto entre el mortero del
nervio y la resina y el mortero de unión, y a su vez evitan que la presión específica del bulón se aplique
directamente sobre la cerámica.
Cuando se pinta toda la base inferior del nervio cerámico se ha de incluir el pintado de todo el interior del
taladro efectuado.
Una vez realizada esta conexión especial, todo el montaje del refuerzo es análogo que el descrito en el
capítulo 4.2.1.3.
Hay que tener en cuenta la colaboración resistente de las piezas cerámicas, fundamento de este tipo de
forjado.
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71
-Detalle de la conexión-
ENSAYO
A continuación se describe el ensayo realizado en el Laboratorio de elasticidad y Resistencia de
Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona.
Se trata de la realización de ensayos de flexión sobre una muestra de vigueta cerámica reforzada con la
viga metálica extensible.
Descripción del ensayo
-piezas cerámicas en U 135x140x135x15 mm,
de 280 mm de longitud, rellenas de hormigón
M80
-armadura longitudinal formada por 4 barras
corrugadas de diámetro 6 mm
-se practican a la suela inferior de la pieza
cerámica unos taladros redondos de diámetro
40 mm a cada 150 mm a lo largo de toda la
longitud de la vigueta siguiendo el eje
longitudinal
-dentro de este taladro se practica otro de
diámetro 6 mm donde se coloca el tornillo
15
140
Ø6
Ø40
135
Ø6
70
15
260
100X100X4
-el conjunto formado por las dos vigas se ha
apoyado sobre dos medias cañas, con una luz
libre de 3920 mm
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72
Resultados
A 3500 kg han aparecido fisuras en las piezas cerámicas y en el mortero de unión, en las secciones de
aplicación de las cargas.
CARGA (kp)
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1
6.2
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43
FLECHA (mm)
Sustitución funcional: IPE EXTENSIBLE
Se contempla la posibilidad de la existencia de forjados cerámicos que no contengan el suficiente
mortero en su interior para poder ser reforzados mediante un refuerzo que forme una sección mixta.
En estos casos se ha de recurrir a un refuerzo plenamente sustitutivo: IPE EXTENSIBLE
(Ver desarrollo de este sistema de refuerzo en el capítulo 5)
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83
7 SISTEMAS DE REFUERZO ACTIVO DE FORJADOS DE MADERA
Un gran campo dentro de la tipología de los forjados es el de vigas de madera. Se trata de un tipo de
forjado utilizado antiguamente y que aparece en las construcciones de los cascos antiguos de las
ciudades y en masías en entornos rurales.
Hay una tipología muy variada de vigas de madera, debido a que cada viga se realizaba de un árbol
diferente. Existen vigas que son troncos de árboles que van variando longitudinalmente su grosor, siendo
diferente cada viga de la siguiente.
Debido a la antigüedad de su construcción y a las características de la madera, estos forjados presentan
actualmente muchos problemas estructurales.
7.1
PATOLOGÍAS
La madera va perdiendo a lo largo del tiempo su durabilidad, debido sobre todo a que este material es
frecuentemente el medio idóneo donde diversas especies de insectos y otros seres vivos desarrollan
toda o parte de su vida, utilizándola como alimento, como vivienda o como protección.
Las agresiones más frecuentes que sufre la madera son:
o
Los hongos, que causan el pudrimiento y deterioro masivo de la madera. Para poderse
desarrollar necesitan humedad, a partir de un 20%. En este caso el ataque va desde el exterior
hacia el interior, siendo fácilmente detectable por cambios de color
o
Las termitas, que atacan la madera comiéndosela. El ataque es más rápido cuanto más húmeda
esté la madera. El ataque se efectúa fundamentalmente en el núcleo y no se manifiesta en el
exterior ninguna perforación que evidencie su presencia.
o
La carcoma. Pequeños insectos que actúan sobre la madera en su fase larval. Su presencia se
manifiesta por perforaciones ovaladas o redondas sobre la superficie. El ataque se inicia en el
exterior y avanza en el sentido de las vetas. Su ataque no presupone un exceso de humedad.
o
Causas ambientales: sol, agua, hielo, erosión
Las zonas de riesgo en los forjados de vigas de madera son:
o
Elementos de bajo cubierta, cuando pueda tener humedades de penetración o de condensación
o
Cabezas de vigas en su encastamiento en las paredes exteriores o mal impermeabilizadas
o
Forjados de subterráneos y cámaras mal ventiladas
o
o
Forjados de baños y cocinas
Zonas con canalizaciones al descubierto que puedan provocar condensaciones
Las patologías estructurales más frecuentes son la falta de resistencia inicial, debido a que la madera era
de poca calidad o porque se utilizaron secciones insuficientes y la pérdida de sección y de resistencia,
derivada principalmente de las degradaciones provocadas por los agentes antes citados.
El efecto de estas dos patologías, que normalmente hace saltar la alarma, son las flechas excesivas.
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84
7.2
Sustitución funcional: REFUERZO IPE 2T
Debido a las características de los forjados de madera afectados de termitas donde es imprescindible
rebajar lo mínimo la altura libre de los pisos, HERMS, S.A. ha diseñado un sistema de refuerzo de vigas
con el que se consigue una substitución funcional de la viga deteriorada y un refuerzo de los revoltones,
pudiéndose realizar la entrada en carga del mismo.
Las premisas utilizadas para el diseño del refuerzo han sido:
o
o
o
o
Refuerzo sustitutivo
Sistema de refuerzo activo, que permita su entrada en carga
Reducción mínima de la altura libre que reduzca la altura libre lo mínimo
En caso de degradación de la vigueta de madera, los revoltones quedan asegurados
Si se quiere reforzar una viga de madera, la solución tradicional es colocar un perfil debajo que soporte
la totalidad de la carga, realizando una sustitución funcional. Si la madera está muy deteriorada, con este
procedimiento es posible que el ala superior del perfil penetre en la madera.
Este hecho es debido a que, por la poca sección del ala del perfil, la presión específica que tendría que
soportar la madera en la zona de contacto con el ala superaría la que realmente puede soportar.
Además, en la mayoría de los casos la flecha de las vigas de madera obliga a que el perfil de refuerzo
mantenga contacto solamente con la zona flechada, disminuyendo aún más la superficie de contacto.
El refuerzo óptimo es aquel que permite recoger la viga de madera deteriorada en toda su superficie. De
este modo se reparte la presión específica entre toda la superficie inferior de la viga, alcanzando valores
2
de tensión que perfectamente puede asumir esa madera (presión específica menor a 0.5 kg/cm ).
Además, al recoger la viga, permite protegerla de ataques posteriores por su parte inferior.
Teóricamente no es correcta la reparación colocando una capa de compresión sobre el forjado sin que
esté conectado con las vigas de madera, ya que supone tan solo un incremento de carga sobre el
mismo.
Se ha diseñado un sistema de refuerzo que recoge la viga de madera, evitando así las problemáticas
que conllevan los perfiles enteros. Dicho refuerzo actúa siempre como sustitución funcional. Se trata de
perfiles IPE a los que en el ala superior se le suelda una U de chapa, que tiene la función de "bandeja"
para envolver la viga deteriorada y sujetar los revoltones.
Las vigas que conforman los forjados de madera están normalmente colocadas sobre paredes de fábrica
de ladrillo macizo o de mampostería. En el momento de rehabilitar dichos forjados, para asegurar el
perfecto funcionamiento del soporte, el anclaje del mismo tiene que ser adecuado para cualquier de tipo
de apoyo y material.
En todos los casos el perfecto funcionamiento del anclaje depende más de la calidad de la pared de
apoyo que de las características de los tacos, por lo cual parece razonable mejorar las características
resistentes de las paredes antes de efectuar el anclaje del soporte. Por esta razón, se recomienda utilizar
el soporte universal de postensión SP3501 al que, para mejorar la resistencia de la pared y una mejor
adherencia a la misma, se coloca previamente en la cara posterior del soporte una capa de mortero de
unión o resina química (epoxi).
Cuando no sea posible utilizar el soporte universal de postensión se recomienda aplicar, previamente al
anclaje, un revoco de mortero (10 mm de espesor) en la zona donde se haya de colocar el soporte
elegido en estos casos.
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85
7.2.1
Descripción del sistema IPE-2T
El perfil escogido para el refuerzo sustitutivo ha sido el IPE160. Sobre esta IPE se ha soldado un chapa
de 3 mm en forma de "U" sobre la que descansarán los revoltones. Debido a los accesos y tabiquerías,
para mayor manejo del perfil, se suministra partido en tramos y se realiza el empalme mediante una
unión atornillada con tornillos M20 de alta resistencia. No es necesario rellenar las "U" con mortero.
Se dimensiona el perfil mediante el cálculo por momento resistente. Se utilizan dos tipos de perfiles: IPE
160 e IPE180. Las chapas en U son de 3 mm de espesor, 200 mm de ancho y 80 mm de altura de las
alas.
Peso (kg/m)
A (cm2)
Ix (cm4)
Wx (cm4)
IPE 2T- 160
25,8
26,1
1.176
119
IPE 2T- 180
27,9
31,9
1.827
162
Para poder transmitir las cargas del revoltón al perfil de refuerzo, en las alas de la U se retaca con
mortero de retracción controlada y de alta resistencia. Se facilita la unión de dicho mortero y la chapa en
U mediante una varilla de Ø6 mm soldada en cada ala.
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86
200
-Sistema IPE 2T con IPE 160200
233
180
-Sistema IPE 2T con IPE 180-
No es necesario rellenar de mortero el interior de la “U”, puesto que únicamente representaría una
sobrecarga muerta sobre la estructura vertical existente, normalmente castigada por la antigüedad de
las edificaciones con forjados de vigas de madera.
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Ante la posible futura degradación de las vigas de madera, los revoltones tendrían como apoyo dicho
perfil de refuerzo, aunque sería conveniente un tratamiento antiparásitos de las mismas.
Los perfiles de refuerzo se apoyan en el soporte universal de postensión, que permite efectuar, en el
caso que la viga lo requiera, una postensión mesurable en los apoyos del perfil de refuerzo, anclados a
la pared mediante cuatro tacos. No se transmite momento a las paredes.
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Debido a las dimensiones de la bandeja del soporte, no es necesaria la exactitud de las medidas del
perfil, permitiéndose un cierto margen de juego en la longitud total (ver descripción y detalle del soporte
en pág. 14).
Para permitir el acceso de los perfiles es necesario el suministro de los perfiles en dos tramos,
teniéndose que realizar la unión atornillada en la misma obra. El sistema de unión escogido es el de la
unión atornillada por testa. No se requiere soldadura.
El momento máximo que tiene que soportar la unión es el momento máximo que tiene que soportar la
viga. Para una viga con carga repartida es el momento en el punto medio. Correspondería al caso de
que la unión estuviera en el centro exacto.
La placa de unión la conforman dos pletinas de 16 mm. de espesor soldadas a los perfiles, con agujeros
para alojar tornillos de M20.
En el caso de vigas de madera con una flecha excesiva, se coloca una pletina en forma de cuña entre
las dos placas de unión de los dos tramos para conseguir de este modo una viga de refuerzo preflechada y se adapte más fácilmente a la forma de la viga a reforzar.
El perfil IPE 2T es válido para la sustitución funcional de cualquier tipo de viga, ya sea de madera, de
hormigón o un perfil metálico, siempre que el entrevigado no sea plano para poder recoger la viga
deteriorada y llegar hasta los revoltones.
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7.2.2 Montaje del sistema IPE 2T para sustitución funcional de vigas de madera
1.Repicar la zona de la pared donde
se vayan a colocar los soportes de
postensión, hasta encontrar el ladrillo
La altura del soporte dependerá de la
flecha que tenga la viga; después se
acaba de ajustar el perfil de refuerzo
con los tornillos de postensión del
soporte, que permiten un juego de
hasta 3 cm..
2. Una vez colocados los soportes,
montar los dos tramos del perfil de
refuerzo. Cada tramo lleva soldada
una placa en un extremo para
realizarla unión atornillada.
3. Colocar los tornillos M20 de
fijación de los dos tramos.
4. Apretar los tornillos de fijación de la
unión atornillada. También se puede
proceder colocando un tramo sobre un
soporte y el otro tramo sobre el otro
soporte y colocar los tornillos de
fijación después, una vez la viga esté
apoyada.
5. En caso de la existencia de
tabiques pasar un tramo por un
lado del mismo y el otro tramo
colocarlo por el otro lado del
tabique. De este modo el montaje
de los dos tramos se realiza
teniendo apoyado el perfil sobre el
tabique.
6. Apoyar un extremo sobre el
soportedepostensión.
7. Apoyar el otro extremo en el soporte
de postensión correspondiente. Con la
ayuda de una paleta colocar el mortero
sobre las alas de la "U" hasta llegar al
revoltón (las varillas de Ø6 ayudan a
su adherencia)
8. Una vez colocado el mortero en
toda la superficie de las alas,
acabar de elevarlo con los tornillos
de postensiónde los soportes.
IMPORTANTE: no es necesario
rellenar de mortero el interior
de la "u"
9. Vista del perfil de refuerzo
colocado y apoyado en el soporte
de postensión.
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7.3
REFUERZO DE CABEZAS DE VIGA DE MADERA
7.3.1
Descripción del sistema
En los forjados formados por vigas de madera, las cuales tengan la cabeza deteriorada y sea necesario
su refuerzo, HERMS ha diseñado un elemento que permite dar apoyo y sujetar los revoltones en esa
zona.
Es una problemática bastante común que penetren humedades del exterior a través de las paredes y
afecten a la cabeza o cabezas de las viguetas de madera, provocando su degradación en dicha zona, sin
afectar al resto de la vigueta.
Se da el caso que, en forjados de viguetas de madera en buen estado y sin problemas de flecha,
aparezcan en algunas zonas únicamente las cabezas deterioradas.
Para estos casos se ha diseñado el soporte de cabezas de vigas de madera, el cual puede ser también
utilizado en combinación con el KIT TENSOR.
Este refuerzo consiste en la colocación a cada lado de la cabeza de la viga deteriorada de un elemento
de soporte formado a su vez por dos placas independientes, que permiten de este modo ajustarse a la
anchura de la viga.
Cada placa está formada por un perfil en forma de zeta soldado a una pletina de sujeción a pared
mediante cuatro anclajes químicos.
Las ventajas de esta solución son:
o
o
o
o
o
No se pierde altura libre bajo la viga
El sistema se ajusta perfectamente a la anchura de la cabeza
Sin necesidad de soldadura
Rápido y económico
Mínimo incremento de peso a la estructura existente
-Vista en perspectiva del refuerzo de cabeza de viga-
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El espacio que queda entre el ala del perfil zeta y el revoltón se retaca con mortero de reparación. No es
indispensable rellenar el espacio interior entre la viga de madera y los perfiles, aunque el perfil zeta tiene
una ligera inclinación y puede retener, en caso de así desearlo, mortero en este espacio.
-Alzado del refuerzo de cabeza de viga-
7.3.2
Componentes del refuerzo
Las placas están formadas por:
o
Pletina de 218 mm de alto x 254 mm de ancho x 10 mm de espesor, con de 4 taladros
colisos de Ø14 mm (para anclaje químico M12)
o
Un perfil de chapa doblada en forma de zeta de 60 mm de altura x 8 mm de espesor x
300 mm de longitud, soldado a la pletina.
-Detallechapa doblada del refuerzo de cabeza de viga-
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Detalle del soporte de cabezas de vigas de madera en combinación con el KIT TENSOR, para
casos en que además de degradación de las cabezas de las vigas también existan problemas
de flecha, dando por supuesto que el resto de la viga no está deteriorada.
-Vista en perspectiva del refuerzo de cabeza de viga junto al KIT TENSOR-
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7.4
REFUERZO DE VIGAS DE MADERA MEDIANTE KIT TENSOR
7.4.1
Descripción del refuerzo
Existen forjados formados por viguetas de madera en buen estado donde es necesario limitar la flecha
ya que ésta puede ser más de la recomendada por la normativa actual o bien, se quiere limitar para su
posterior uso.
El caso más común es cuando se quiere eliminar un tabique, que aun no siendo en elemento estructural,
tras su eliminación aparecen deformaciones no esperadas.
Ante esta problemática HERMS ha diseñado un refuerzo, llamado KIT TENSOR, que permite estabilizar
las deformaciones futuras de las vigas de madera.
Las características del refuerzo son:
o
o
o
o
o
Aumento de la rigidez de la viga en un 70% respecto a la rigidez anterior a la intervención
Mínima pérdida de altura libre
Sin necesidad de soldadura ni mortero
Rápido y económico
Mínimo incremento de peso a la estructura existente
El KIT TENSOR consiste en la colocación de dos pletinas antideslizantes conectadas en la cara inferior
de la viga en los dos extremos de la misma y un tensor de acero central.
-Vista en perspectiva del KIT TENSOR-
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Las pletinas se conectan con la cara inferior de la viga mediante tornillos conectores y además, para
aumentar la adherencia del conjunto, dichas pletinas están estriadas por su cara superior, que le
configura el carácter antideslizante. Para garantizar todavía más la adherencia del conjunto pletina-viga,
se impriman dichas pletinas con cola de impacto.
La función del estriado es mejorar la adherencia, ya que al incrementarse las cargas, las estrías se van
clavando en la madera, mejorando sensiblemente la unión. Es muy importante que el conjunto tenga una
unión lo más perfecta posible porque es la encargada de absorber los esfuerzos rasantes de las futuras
sobrecargas.
Una vez colocadas las pletinas, que nunca llegarán a cubrir la longitud total de la viga, se colocan los dos
tensores roscados, que se ajustan a la medida necesaria definitiva.
7.4.2
Componentes del sistema
Pletinas antideslizantes
Están formadas por pletinas de acero de 120x5 mm y de 1.500 mm de longitud, con la cara superior
estriada.
En uno de los extremos, lleva soldada la pletina donde se alojan los tensores, formada por un pasamano
transversal de 40 x 20 mm y 120 mm de longitud, con dos taladros de Ø18 y reforzado mediante sendos
pasamanos de 40x 5 mm y 140 mm de longitud, soldados a ambos lados de la pletina a modo de
cartelas.
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-Vista en perspectiva de las pletinas del KIT TENSOR-
Cada pletina antideslizante dispone de 11 taladros de Ø12, nueve de ellos realizados a tresbolillo cada
150 mm, y dos más en la zona de unión con los tensores. En estos taladros es donde irán alojados los
conectores de M10x120.
Las estrías tienen una profundidad de 0,8 mm y una anchura de 4 mm cada una.
-Detalle de las estrías de la pletina
en la zona de contacto con la viga de madera-
Tensor
Los tensores son barras roscadas de M16 zincadas, que van colocadas en la zona central del refuerzo.
Son los elementos que unen las dos pletinas antideslizantes. La longitud de los tensores variará en
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función de la longitud de la viga a reforzar. Dicha medida se ajusta cortando la longitud sobrante de la
barra roscada.
Conector
Es un tornillo barraquero específico para madera, de M10 y de 120 mm de longitud, que se coloca a
tresbolillo cada 150 mm. En la unión de la pletina con el tensor, se colocan dos conectores más para
garantizar la estabilidad del conjunto.
Esta distribución y disposición de los conectores, junto con el estriado de las pletinas y la cola de
impacto, es suficiente para absorber los esfuerzos rasantes y evitar que se separe la pletina de la viga de
madera, asegurando la eficacia de la unión (según ensayos del Laboratorio de Elasticidad y Resistencia
de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona)
Puente de unión
La unión entre la viga de madera existente y las pletinas antideslizantes se realiza mediante la aplicación
de cola de impacto.
7.4.3
Requisitos para la utilización del sistema
Como se ha argumentado anteriormente, se trata de un sistema que trabaja conectado a la
viga de madera, por lo que necesita que la madera no esté en malas condiciones para poder
conformar el elemento mixto madera-acero.
Si la madera presenta patologías, del tipo carcoma, termitas, humedades, o cualquiera que
reste resistencia a la madera, el sistema KIT TENSOR no se puede utilizar.
En estos casos hay que recurrir a sistemas de refuerzo sustitutivo como IPE 2T o IPE
EXTENSIBLE.
Es muy importante analizar el estado de la viga de madera antes de utilizar este sistema.
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97
7.4.4
Montaje del KIT TENSOR para vigas de madera
1. Presentación de la pletina 1
2. Marcar primer y último taladro con la punta del tornillo barraquero
3.Taladrar el primer y último taladro con broca de ∅7 y profundidad 11cm.
4.Aplicar el adhesivo en toda la superficie de la pletina 1
5. Fijar pletina 1 a la viga de madera con los tornillos barraqueros M10x120 en los dos orificios preparados
6. Con la pletina 1 prefijada, realizar en la viga de madera el resto de taladros
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7.Colocar el resto de los tornillos barraqueros en la pletina 1
8. Presentar la pletina 2 y realizar los mismos pasos 2 a 7 explicados anteriormente
9. Una vez colocados los tornillos barraqueros de la pletina 2, insertar barras roscadas M16 en la placa de
unión de ambas pletinas de forma que queden centradas respecto al eje de la viga de madera.
10. Colocar las tuercas en los extremos de las barras roscadas y apretar con la ayuda de una llave inglesa.
11. Vista de la viga acabada
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7.4.5
Ensayo
Se trata de la realización de un ensayo comparativo a flexión de una viga sin reforzar y de una viga
reforzada con el KIT TENSOR.
El KIT TENSOR utilizado en el ensayo consiste en dos pletinas estriadas de 100 x 5 mm, de 1.540 mm
de longitud, encolados y atornillados a la viga de madera en su cara inferior, en los extremos de la viga,
mediante 10 tornillos de M10 x 120 mm de longitud, y unidas entre ellas por su parte central mediante 2
tensores de M16.
El objetivo del ensayo es comprobar el comportamiento del refuerzo de la viga sometida a un momento
flector.
A continuación se describe el ensayo realizado en el Laboratorio de elasticidad y Resistencia de
Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona.
Descripción del ensayo
-viga de madera deteriorada (recuperada de un
forjado de unos 100 años), de longitud 4,00 m y
de sección circular variable entre 150 y 180 mm
de diámetro
-la viga de madera se coloca sobre dos medias
cañas, con una distancia entre apoyos de 3.800
mm, sin el KIT TENSOR colocado. Se realiza
una carga hasta 4 kN y se descarga.
-a continuación se coloca el KIT TENSOR en la
viga
y
se
vuelve
a
aplicar
carga
progresivamente hasta provocar el fallo por
rotura de la viga de madera.
-la carga es aplicada mediante un cilindro
hidráulico a través de un sistema de vigas
articuladas, que garantiza la aplicación de
cuatro fuerzas iguales en la cara superior de la
viga.
-la fuerza se mide mediante un captador de
fuerza extensométrico de capacidad 200 kN, y la
flecha máxima se mide mediante dos
captadores de desplazamiento situados en la
sección media.
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100
Resultados
A partir de los datos registrados en el ensayo se obtiene la rigidez (fuerza total aplicada / flecha en el
centro) de cada ensayo hasta 4 kN.
Se observa que ha aumentado la rigidez en un 70%
A partir de los datos experimentales registrados se obtienen los gráficos Fuerza – Flecha que se
muestran a continuación:
8 ANEJOS
ANEXO 8.1. DESCARGA DE VIGUETAS MEDIANTE SOPORTE UNIVERSAL DE
POSTENSIÓN
Las siguientes gráficas indican la descarga total producida por diferentes contraflechas
(4, 8 y 12 mm) aplicadas mediante el apriete del soporte universal de postensión.
Para fijar la contraflecha basta con colocar una pequeña pieza metálica entre el perfil
de refuerzo y la viga a reforzar. Esta pieza tiene el grosor de la contraflecha deseada.
Para tres tipos de perfil de refuerzo, y según la luz de la viga, se obtiene el valor de la
descarga total producida según la flecha aplicada.
-P
DESCARGA DE LA VIGA AFECTADA
P
ENTRADA EN CARGA DEL REFUERZO
P
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ANEXO 8.2. CÁLCULO DE LA CONTRIBUCIÓN DE UN PERFIL METÁLICO DE
REFUERZO NO ACTIVO SIN CONECTAR CON LA VIGA DETERIORADA
Condición a cumplir:
flecha viga hormigón = flecha perfil metálico de refuerzo
Hipótesis de trabajo
La expresión para el cálculo de la flecha en el centro de una viga biapoyada es la
siguiente:
𝛿𝛿 =
5𝑃𝑃𝑃𝑃
384𝐸𝐸𝐼𝐼𝑥𝑥
Una vez planteada la hipótesis, si se igualan las flechas, según la condición a cumplir, y
se simplifica, queda la siguiente expresión:
∆𝛿𝛿ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = ∆𝛿𝛿𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐸𝐸𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 · 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑋𝑋(𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎)
𝑃𝑃ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝐸𝐸ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 · 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑋𝑋(ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜)
Además se tiene que cumplir que:
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑃𝑃ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
Esta última expresión solamente es válida siempre y cuando no se produzca la rotura
del hormigón.
Con estas dos ecuaciones ya se puede encontrar cual es la colaboración de cada
material.
Lo que interesa encontrar es la colaboración del perfil metálico, ya que según los
cálculos siguientes, trabaja mucho menos de lo que se podría pensar.
Para encontrar algunos valores concretos, se han efectuado los cálculos con unos
cuantos ejemplos de viguetas, jácenas y perfiles metálicos.
Lo que se hace es calcular cual es el porcentaje de la carga total que soporta el acero
para diferentes tipos de perfiles, viguetas y jácenas de hormigón.
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Los módulos de Young del hormigón y del acero son los siguientes:
Eacero = 2.100.000 kg/cm2
Ehormigón = 14.000 * √fck kg/cm2
Se han escogido los siguientes ejemplos de viguetas, jácenas y perfiles metálicos:
VIGUETAS / Ix (cm4)
10x18
4860
10x20
6667
11x22
9760
PERFILES DE REFUERZO / I x (cm4)
IPN 120
328
IPN 140
573
HEB 100
450
HEB 120
864
JÁCENAS / Ix (cm4)
20x40
20x50
25x50
30x60
PERFILES DE REFUERZO / I x (cm4)
HEB 160
2492
HEB 180
3831
HEB 200
5696
HEB 220
8091
106666
208333
260416
540000
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Pacero + Phormigon = 100
PORCENTAJE DE LA CARGA TOTAL QUE SOPORTA EL PERFIL METÁLICO
REFORZANDO VIGUETAS DE HORMIGÓN (Pacero)
fck=175 kg/cm2
10
x1
8
10
x2
0
11
x2
2
fck=200 kg/cm2
fck=225 kg/cm2
fck=250 kg/cm2
HE HE
HE HE
HE HE
HE HE
IPN IPN
IPN IPN
IPN IPN
IPN IPN
B10 B12
B10 B12
B10 B12
B10 B12
120 140
120 140
120 140
120 140
0
0
0
0
0
0
0
0
43. 57. 51.
34 21 22
66.
84
41. 55. 49.
72 57 56
65.
76
40. 54. 48.
28 11 08
64.
00
39. 52. 46.
01 78 75
62.
76
35. 49. 43.
82 34 34
59.
50
34. 47. 41.
30 68 72
57.
88
32. 46. 40.
98 20 28
56.
43
31. 44. 39.
81 88 01
55.
12
27. 39. 34.
59 94 34
50.
10
26. 38. 32.
28 35 86
48.
44
25. 36. 31.
15 96 56
46.
96
24. 35. 30.
16 73 42
45.
63
PORCENTAJE DE LA CARGA TOTAL QUE SOPORTA EL PERFIL METÁLICO
REFORZANDO JÁCENAS DE HORMIGÓN (Pacero)
fck=100 kg/cm2
fck=125 kg/cm2
fck=150 kg/cm2
fck=175 kg/cm2
HEB
160
HEB
180
HEB
200
HEB
220
HEB
160
HEB
180
HEB
200
HEB
220
HEB
160
HEB
180
HEB
200
HEB
220
HEB
160
HEB
180
HEB
200
HEB
220
20x40
25.9
35.0
44.44
53.05
23.83
32.56
41.70
50.25
22.22
30.59
39.50
47.97
20.92
28.99
37.69
46.07
20x50
14.5
21.2
29.08
36.71
13.19
19.44
26.82
34.15
12.18
18.05
25.07
32.12
11.39
16.95
23.66
30.48
25x50
12.2
18.0
24.81
31.51
11.12
16.44
22.78
29.14
10.25
15.20
21.22
27.29
9.57
14.26
19.97
25.80
30x60
6.54
9.58
13.79
18.03
5.89
8.66
12.51
16.44
5.40
7.96
11.55
15.22
5.03
7.42
10.79
14.26
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106
ANEXO 8.3. CÁLCULO DE LA CONTRIBUCIÓN DE UN PERFIL METÁLICO
ACTIVO DE REFUERZO SIN CONECTAR CON LA VIGA DETERIORADA
La condición a cumplir es la misma que en el anexo anterior:
Flecha viga hormigón = flecha perfil metálico de
refuerzo
Igualando las flechas se llega a la condición:
∆𝛿𝛿ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = ∆𝛿𝛿𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
Al intervenir la postensión aparece el término p, que simboliza la descarga aplicada a la
viga deteriorada mediante la postensión del refuerzo:
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑝𝑝 = 𝐸𝐸𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 · 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑋𝑋(𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎)
𝑃𝑃ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 − 𝑝𝑝 = 𝐸𝐸ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 · 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑋𝑋(ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜)
𝑃𝑃𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑃𝑃ℎ𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
PORCENTAJE DE LA CARGA QUE ES ABSORBIDA POR EL PERFIL DE
REFUERZO
VIGUETA DE HORMIGÓN
fck=150 kg/cm2
IPN 140
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
4
(mm)
65.17
VIGUETA 10x20
%
56.12
VIGUETA 11x22
%
Q=600 kg/m2
i=0,70 m
IPN 180
HEB 120
HEB 140
5.5
4
5.5
8
4
8
4
8
4
8
86.66
81.46
96.67
86.30
100
82.99
98.93
77.60
72.49
87.70
76.81
100
74.11
89.95
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Barcelona 934 313 500 www.herms.es
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fck=175 kg/cm2
VIGUETA DE HORMIGÓN
IPN 140
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
4
(mm)
63.28
VIGUETA 10x20
%
54.39
VIGUETA 11x22
%
IPN 180
HEB 120
HEB 140
5.5
4
5.5
4
8
4
8
4
8
84.77
79.71
94.92
84.39
100
81.27
97.11
75.88
70.59
85.81
74.92
100
72.22
88.06
fck=200 kg/cm2
IPN 140
Q=600 kg/m2
i=0,70 m
IPN 180
HEB 120
HEB 140
5.5
4
5.5
8
4
8
4
8
4
8
83.15
78.17
93.38
82.72
100
79.74
95.58
74.42
68.94
84.15
73.29
100
70.57
86.41
fck=150 kg/cm2
JÁCENA DE HORMIGÓN
HEB 200
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
8
(mm)
79.65
VIGUETA 20x50
%
68.55
VIGUETA 30x60
%
i=0,70 m
8
VIGUETA DE HORMIGÓN
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
4
(mm)
61.67
VIGUETA 10x20
%
52.94
VIGUETA 11x22
%
Q=600 kg/m2
Q=1000 kg/m2
i=3 m
HEB 220
HEB 240
HEB 260
4.5
5
5.5
10
8
10
8
10
8
10
94.61
78.98
92.24
81.21
93.32
83.08
94.04
83.51
64.94
78.19
64.26
76.37
63.78
74.74
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fck=175 kg/cm2
JÁCENA DE HORMIGÓN
HEB 200
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
8
(mm)
78.45
VIGUETA 20x50
%
67.95
VIGUETA 30x60
%
i=3 m
HEB 220
HEB 240
HEB 260
4.5
5
5.5
10
8
10
8
10
8
10
93.42
77.53
90.78
79.54
91.64
81.26
92.22
82.92
64.15
77.41
63.26
75.37
62.58
73.54
fck=200 kg/cm2
JÁCENA DE HORMIGÓN
HEB 200
LUZ VIGA (m)
4
CONTRAFLECHA
8
(mm)
77.47
VIGUETA 20x50
%
67.47
VIGUETA 30x60
%
Q=1000 kg/m2
Q=1000 kg/m2
i=3 m
HEB 220
HEB 240
HEB 260
4.5
5
5.5
10
8
10
8
10
8
10
92.43
76.31
89.57
78.12
90.23
79.71
90.67
82.43
63.51
76.77
62.44
74.55
61.59
72.54
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ANEXO 8.4. COLABORACIÓN DEL ENTREVIGADO EN LA FORMACIÓN DE UNA
SECCIÓN MIXTA
Con el objetivo de comprobar la eficacia de la unión en la formación de secciones
mixtas y la colaboración de las piezas cerámicas, se realizó un ensayo donde se
realizaba una conexión entre el tubo de refuerzo SISTEMA D.I.T. 289/R13 y unas
hileras de ladrillos macizos.
Los ladrillos están colocados en cuatro hileras que, para facilitar el transporte,
incorporaban una barra de acero corrugado de 8 mm en las tres uniones.
Se realizó la conexión mecano-química, mediante resina, mortero de unión y
conectadores y se ensayó el conjunto resistente.
El ensayo reafirmó la eficacia de la unión, llegando a valores de carga sorprendentes
que se ajustan al cálculo.
Elentrevigado también tiene la capacidad resistente a compresión necesaria para el
trabajo conjunto de una sección mixta, que en la mayoría de los casos no se tiene en
cuenta en el cálculo. Debido a esta contribución no considerada aumenta la eficacia del
refuerzo.
ENSAYO
A continuación se describen los ensayos realizados en el Laboratorio de elasticidad y
Resistencia de Materiales de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de
Barcelona.
Se fabricó una losa de ladrillos (15x30cm) de 600 mm de ancho por 4 m de longitud,
conectados entre sí con mortero y una barra longitudinal de acero de 8 mm. Se
realizaron los taladros para la introducción de conectadores de diámetro 6 mm cada 20
cm.
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La gráfica resultante fue la siguiente:
Carga (kg)
6500
70
0
80
10
90
20
30
40
50
60
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
flecha (mm)
Resultados:
A 1800 kg aparecen fisuras verticales en el mortero de unión sobre el empalme de los
tubos
A 3550 kg aparece una grieta longitudinal entre la hilera de ladrillos extrema y las dos
centrales. Desde el extremo hasta L/4 (solamente un extremo)
A 3700 kg la grieta longitudinal se prolonga a toda la longitud de la pieza
A 6315 fallo final por giro excesivo de la unión de los dos tubos y rotura transversal de
los
Ladrillos
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INFORME DE AGUSTÍ OBIOL, DE OBIOL, MOYA Y ASOCIADOS S.L., RESPECTO
AL ENSAYO DE LA FORMACIÓN DE UNA SECCIÓN MIXTA ACERO-LADRILLO
Los resultados obtenidos del análisis de la sección mixta de ladrillo y acero cuadran
perfectamente con los datos registrados durante la realización del ensayo.
-Para la carga máxima correspondiente al primer ensayo, de 5000 kg, se midió una
flecha aproximada de 50 mm
La comprobación analítica da un resultado de 49.7 mm, prácticamente idéntico al
indicado.
-La viga entra claramente en fluencia para una carga total del orden de 6000 kg
(aunque a partir de los 5000 kg muestra ya signos de plastificación, dado que la
pendiente de la curva decrece progresivamente)
En estas condiciones, las tensiones máximas calculadas para acero y ladrillo son,
respectivamente:
-Acero...........................3365 kg/cm2
-Ladrillo........................96.34 kg/cm2
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Respecto a la primera, resulta evidente que liga de forma perfecta con un acero de
estas características, cuya banda de tensiones de rotura se sitúa entre los 3400-3700
kg/cm2.
En el caso de la segunda, aunque no se dispone de resultados de ensayos a
compresión de una fábrica de estas características (con mortero de alta resistencia), no
parece nada extraño que la combinación de dos materiales con resistencias
individuales por encima de 300 kg/cm2, teniendo además en cuenta las características
singulares de un mortero de este tipo, dé lugar a un producto capaz de resistir por
encima de los 100 kg/cm2.
-Cabe destacar también el excelente comportamiento de la conexión, que ha sido
capaz de soportar un esfuerzo rasante de 237.55 kg/cm
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ANEXO 8.5. UNIONES ATORNILLADAS SEGÚN NORMA NBE-EA-95
En los casos en los que un perfil de refuerzo se tenga que suministrar partido en dos o
tres tramos preparados para atornillar en la obra, existen unas tablas, según la norma
NBE-EA-95 artículo 3.6, que indican el número de tornillos y las pletinas necesarias.
Para cada tipo de perfil de refuerzo y según las solicitaciones, se dimensionan las
pletinas de unión de las alas y del alma con el número de tornillos y la métrica
correspondiente.
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ANEXO 8.6. MEJORAS EN EL ANCLAJE DE LOS SOPORTES
Las viguetas que conforman los forjados están siempre colocadas sobre diferentes
tipologías de paredes, jácenas, muros, etc. En el momento de rehabilitar dichos
forjados, para asegurar el perfecto funcionamiento del soporte, el anclaje del mismo
tiene que ser adecuado para cualquier de tipo de apoyo y material.
Hay en el mercado diferentes tipos de tacos adecuados para cada material: tacos
mecánicos, químicos, para pared de ladrillo hueco, de mampostería, de hormigón, etc.,
que en principio abarcan todas las tipologías de paredes.
En todos los casos el perfecto funcionamiento del anclaje depende más de la calidad
de la pared de apoyo que de las características de los tacos, por lo cual parece
razonable mejorar las características resistentes de las paredes antes de efectuar el
anclaje del soporte.
HERMS, S.A. ha realizado una serie de ensayos con el objeto de mejorar la calidad del
anclaje, intentando aumentar la capacidad resistente de la pared (Ver "Estudio del
comportamiento de anclajes químicos y mecánicos en paredes de ladrillo". Sección
Rehabilitación HERMS, S.A. Septiembre 1997)
Los ensayos consistieron en aplicar, previamente al anclaje, un revoco de mortero (10
mm de espesor) en la zona donde se colocaban los soportes. Una vez fraguado el
mortero se colocó el soporte con los tacos correspondientes y se le sometía a carga
simulando el comportamiento de la viga de refuerzo.
Dichos ensayos se realizaron sobre paredes de ladrillo macizo de diferentes calidades
y con anclajes mecánicos y químicos.
Los resultados obtenidos muestran que la aplicación de un revoco en la pared aumenta
enormemente las características resistentes del anclaje en la misma.
Además, con el revoco previo de la pared se obtienen resultados prácticamente iguales
en tacos químicos y mecánicos (Ver gráfico resumen adjunto).
Como consecuencia de estas conclusiones, se realizó una segunda serie de ensayos
donde se pretendía determinar la influencia de la aplicación previa, en la zona de la
colocación de los soportes, de un mortero de revoco armado longitudinalmente con
dos barras de acero corrugado Ø6 embebidas en el mismo mortero
(Ver "Estudio del comportamiento a tracción de una pared de ladrillo macizo en la que
se ha aplicado longitudinalmente un revoco de mortero armado". Sección
Rehabilitación HERMS, S.A. Octubre 1997).
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De este ensayo se dedujo que al aplicar un revoco armado longitudinalmente en la
zona de la colocación de los soportes anclados en la pared, se obtienen dos grandes
ventajas:
Mejora de la resistencia a cizalladura y tracción de los anclajes
Zunchado perimetral de las paredes, mejorando la capacidad resistente de las mismas.
Esta consecuencia es muy importante debido a que muchos casos de obras de
rehabilitación uno de los problemas más importantes es la no existencia de zuncho
armado
Para mejorar la adherencia entre las barras corrugadas y el mortero de revoco son
necesarios los ganchos o patillas en los extremos de las barras, ya que el espesor de
mortero no es suficiente para asegurar la adherencia entre ambos.
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