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PORTADA
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE
INGENIERÍA CIVIL
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de
Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad
Centroamericana, Managua, Nicaragua
Trabajo monográfico para obtener el título de:
Ingeniero Civil
Autores:
Rivas Centeno, Eva María
Useda Bermúdez, Adriana Marcela
Tutor:
MSc. Ing. Jimi Vanegas Salmerón
Managua, Nicaragua
Diciembre 2016
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
i
DEDICATORIA
Eva María Rivas Centeno
Dios y mi familia han sido el pilar que me han sostenido en toda este trayecto, ellos que
con su amor y su ayuda han hecho hoy posible este logro.
A mi madre Adelayda Centeno Pérez, por esta ahí en los momentos difíciles en donde
simplemente sentía que la carga era pesada, por siempre tener una palabra de aliento,
por ser mi consejera y mi amiga.
A mi padre Edgard Rivas Bejarano, que siempre ha tratado de inculcar valores en la
familia, el por ser un padre responsable que con su trabajo y esfuerzo ha sabido ser el
sostén de la familia.
A mis hermanos por su paciencia en esas noches de trabajo donde les incomodaba la
luz, espero que yo como hermana mayor sirva de ejemplo para que se esfuercen y
alcancen cada una de sus metas.
Eva María Rivas Centeno
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
ii
Adriana Marcela Useda Bermúdez
Dedico este trabajo, primeramente a Dios quien me ha dado la fortaleza para luchar cada
día por mis sueños y no desfallecer, el que me ha sabido guiar por el camino de la vida.
A mi madre quien siempre me alentó a seguir adelante a lo largo de esta travesía. La
persona que ha estado ahí siempre para apoyarme.
A mis hermanos, quienes me inspiraron a darles un buen ejemplo y esforzarme por y para
ellos. Porque aún en los momentos más difíciles estuvieron ahí para apoyarme y ser
además de mi familia, mis amigos y cómplices. Aún en la distancia, les dedico
especialmente este logro.
A mis abuelos, por todos los consejos que con mucho amor me han brindado, por su
apoyo moral y económico, por darme los mejores ejemplos de lucha y perseverancia.
Adriana Marcela Useda Bermúdez
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
iii
AGRADECIMIENTOS
Eva María Rivas Centeno
Agradezco a Dios por brindarme durante todo este tiempo de mi formación, las
oportunidades necesarias para alcanzar mi sueño de profesionalización, por la vida que
me regala cada día como don maravilloso de su amor, por la salud y por el bienestar
físico, material y espiritual.
Doy gracias también, a mi familia que ha caminado paso a paso conmigo, brindándome
su apoyo incondicional, su amor y sus mejores deseos. Por la motivación que me han
dado para alcanzar mis metas y por haber creído siempre en mí.
Igualmente gracias a mi novio, a mis amigos, amigas y compañeros que han formado
parte importante de cada uno de mis procesos de crecimiento y superación personal. Por
el enriquecimiento del compartir y por cada una de la experiencias vividas a lo largo de
todo este tiempo.
Finalmente doy gracias a mis maestros quienes me han brindado su guía y sabiduría en
el desarrollo de mi formación humana y académica, especialmente agradezco a nuestro
tutor Ing. Jimi Vanegas por haber compartido tantas enseñanzas durante estos años de
carrera, por orientarnos en la realización de este trabajo.
Infinitamente gracias a cada una de las personas que han hecho de este tiempo un
espacio lleno de hermosos recuerdos.
Eva María Rivas Centeno
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
iv
Adriana Marcela Useda Bermúdez
“Todo lo puedo en Cristo que me fortalece” –Filipenses 4:13
Quiero agradecer primeramente a Dios por brindarme el regalo de la vida, por nunca
soltar mi mano en este camino, por permitirme culminar mi carrera y hacerme una
persona de bien. Todo lo que soy es gracias a él.
Agradezco a mi familia, mi madre, abuelos(as), hermanos(as), tíos(as), primos(as) por el
apoyo incondicional, por la motivación que cada día me daban, por preocuparse siempre
por mi bienestar y creer en que podía lograrlo.
Gracias a mi novio por ser mi complemento, mi protector, estar siempre dispuesto a
ayudarme e impulsarme a seguir luchando por mis sueños.
A mis amigos por su aprecio y comprensión, por los años compartidos y las experiencias
vividas, nunca los olvidaré.
Agradezco a mi alma mater Universidad Centroamericana por darme la oportunidad de
formar parte de esta familia Jesuita y a los docentes que han sido lumbrera a seguir en
el proceso de aprendizaje.
¡Mil gracias a todos!
Adriana Marcela Useda Bermúdez
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
v
TABLA DE CONTENIDO
Dedicatoria ........................................................................................................................ i
Agradecimientos .............................................................................................................. iii
Tabla de contenido ........................................................................................................... v
Lista de Figuras ................................................................................................................ x
Lista de Tablas ............................................................................................................... xii
Resumen ....................................................................................................................... xiv
1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1
1.1. Planteamiento del problema ............................................................................... 2
1.2. Justificación ........................................................................................................ 3
2. OBJETIVOS ............................................................................................................. 4
2.1 Objetivo General................................................................................................. 4
2.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 4
3. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ESTUDIO ............................................................... 5
3.1 Localización del Sitio de Estudio ........................................................................ 5
3.2 Características Sísmicas de la Ciudad de Managua .......................................... 5
3.3 Marco Geológico de la Ciudad de Managua ...................................................... 6
4. REVISIÓN DE LA LITERATURA .............................................................................. 7
4.1 Concepto de patología ....................................................................................... 7
4.2 Vida útil en las estructuras ................................................................................. 8
4.3 Incidencia del medio ambiente ........................................................................... 8
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
vi
4.3.1 Ambiente ligero o débil ................................................................................ 9
4.3.2 Ambiente moderado ..................................................................................... 9
4.3.3 Ambiente severo .......................................................................................... 9
4.3.4 Ambiente muy severo .................................................................................. 9
4.4 Generalidades del concreto ................................................................................ 9
4.5 Fallas en estructuras de concreto .................................................................... 10
4.5.1 Fallas en el diseño del proyecto................................................................. 10
4.5.2 Fallas por materiales .................................................................................. 11
4.5.3 Fallas por construcción .............................................................................. 12
4.5.4 Fallas por operación de las estructuras ..................................................... 13
4.6 Clasificación de las lesiones según su origen .................................................. 13
4.6.1 Lesiones químicas ..................................................................................... 14
4.6.2 Lesiones físicas ......................................................................................... 14
4.7 Intervención en las estructuras ......................................................................... 19
4.7.1 Prevención ................................................................................................. 19
4.7.2 Reparación................................................................................................. 19
4.7.3 Restauración .............................................................................................. 20
4.7.4 Rehabilitación ............................................................................................ 20
5. GENERALIDADES DE LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO ..................................... 21
5.1 Configuración estructural .................................................................................. 21
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
vii
5.2 Desarrolladores del proyecto ............................................................................ 22
6. REVISIÓN DEL PROYECTO ORIGINAL ............................................................... 22
6.1 Planos arquitectónicos y estructurales ............................................................. 22
6.1.1 Planos arquitectónicos ............................................................................... 22
6.1.2 Planos estructurales .................................................................................. 23
6.2 Especificaciones de los materiales ................................................................... 23
6.2.1 Concreto .................................................................................................... 24
6.2.2 Acero de refuerzo y acero estructural ........................................................ 24
6.2.3 Soldadura .................................................................................................. 24
6.3 Bitácoras de obra ............................................................................................. 24
6.4 Memoria de cálculo estructural ......................................................................... 25
6.5 Información del proceso constructivo ............................................................... 25
7. INSPECCIÓN VISUAL Y LEVANTAMIENTO DE DAÑOS ..................................... 25
7.1 Lesiones orgánicas........................................................................................... 26
7.2 Lesiones físicas ................................................................................................ 26
7.2.1 Daños por humedad .................................................................................. 26
7.2.2 Fisuras en losa de piso .............................................................................. 28
7.2.3 Grietas extendidas desde el piso hasta los muros ..................................... 29
7.2.4 Grietas en boquetes de ventanas .............................................................. 31
7.2.5 Fisuras en vigas ......................................................................................... 32
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
viii
7.2.6 Fisuras en muros y columnas .................................................................... 34
7.2.7 Desprendimiento de repello en losas de equipo ........................................ 36
7.2.8 Daños en elementos no estructurales ........................................................ 38
8. AUSCULTACIÓN DE LA ESTRUCTURA ............................................................... 39
8.1 Determinación de la resistencia del concreto utilizando el esclerómetro .......... 39
8.2 Medición de profundidad de grietas mediante ensayo de pulso ultrasónico ..... 39
9. ANÁLISIS ESTRUCTURAL .................................................................................... 40
9.1 Coeficiente de diseño sismo resistente ............................................................ 40
9.1.1 Clasificación de Grupo de la estructura (Art. 20, RNC-07) ........................ 40
9.1.2 Factor por reducción por ductilidad (Art. 21, RNC-07) ............................... 40
9.1.3 Factor de reducción por sobre resistencia (Art. 22, RNC-07) .................... 41
9.1.4 Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)........................................... 41
9.1.5 Coeficientes de diseño sismo resistente (Art. 24) ...................................... 41
9.2 Estimación de carga ......................................................................................... 42
9.2.1 Cargas vivas .............................................................................................. 42
9.2.2 Cargas muertas ......................................................................................... 42
9.3 Espectro para análisis dinámico ....................................................................... 42
9.4 Modelación computacional utilizando SAP2000 v18.2.0 .................................. 43
10. RESULTADOS .................................................................................................... 44
10.1 Revisión de documentación del proyecto ...................................................... 44
10.1.1 Bitácoras de obra ................................................................................... 44
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
ix
10.1.2 Proceso constructivo .............................................................................. 52
10.2 Pruebas no destructivas ................................................................................ 55
10.2.1 Resultados ensayo con esclerómetro ..................................................... 55
10.2.2 Resultados de la profundidad de grietas mediante el pulso ultrasónico. 56
10.3 Resultados del análisis estructural asistido por SAP 2000............................ 57
10.3.1 Periodo de vibración de la estructura ..................................................... 58
10.3.2 Esfuerzos Von Mises .............................................................................. 59
11. PROPUESTA DE INTERVENCIÓN EN VIGAS DE ENTREPISO UTILIZANDO FRP 60
11.1 Datos preliminares ........................................................................................ 60
11.2 Diseño para la resistencia a flexión ............................................................... 61
11.3 Diseño para la resistencia a cortante ............................................................ 62
12. RESULTADOS DEL REFORZAMIENTO UTILIZANDO FRP .............................. 64
12.1 Datos preliminares ........................................................................................ 64
12.2 Diseño para la resistencia a flexión ............................................................... 66
12.2.1 Condición de servicio del acero de refuerzo ........................................... 68
12.2.2 Falla por fatiga y ruptura por flujo en las láminas de fibra de carbono ... 68
12.3 Diseño para la resistencia a cortante ............................................................ 69
13. CONCLUSIONES ................................................................................................ 71
14. RECOMENDACIONES ........................................................................................ 73
15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................... 76
16. ANEXOS .................................................................................................................. 78
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
x
Anexo A: Planos Arquitectónicos y Estructurales ...................................................... 78
Anexo B: Dimensiones de los Elementos Estructurales ............................................ 79
Anexo C: Auscultación de la Estructura ..................................................................... 90
Anexo D: Coeficiente Sísmico .................................................................................... 94
Anexo E: Cargas del Edificio ...................................................................................... 99
Anexo F: Resultados de las Pruebas No Destructivas ............................................. 109
Anexo G: Diseño para el Reforzamiento de Vigas utilizando Láminas poliméricas de
Fibra de Carbono ..................................................................................................... 118
Anexo H: Fichas Técnicas de los productos de SIKA .............................................. 125
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Macro y micro localización del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. Fuente: Plano de portada del proyecto. ................................................................... 5
Figura 2 Fallamiento del área de Managua. (CIGEO) .................................................... 6
Figura 3 Relación entre el comportamiento del concreto y el concepto de vida útil de la estructura. Fuente: Durabilidad y Patología del concreto (2011) ..................................... 8
Figura 4 Esquema de los diferentes tipos de fisuras .................................................... 16
Figura 5 Agrietamiento por asentamiento plástico ........................................................ 16
Figura 6 Formación de grietas por contracción plástica ............................................... 17
Figura 7 Concreto fisurado por contracción plástica. .................................................... 18
Figura 8 Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. ................... 21
Figura 9 Lesiones orgánicas en el laboratorio de suelos .............................................. 26
Figura 10 Presencia de humedad en paredes y cielo falso .......................................... 27
Figura 11 Detalle típico losa de piso ............................................................................. 28
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
xi
Figura 12 Daños en la losa de piso .............................................................................. 28
Figura 13 Fisuras cercanas a las juntas de la losa de piso .......................................... 29
Figura 14 Detalle típico de junta entre losa y pared. ..................................................... 30
Figura 15 Grietas de piso extendidas en los elementos verticales ............................... 30
Figura 16 Grietas presentes en boquetes de ventana .................................................. 31
Figura 17 Grietas en sillar de ventanas ........................................................................ 32
Figura 18 Fisuras presentes en las vigas de forma transversal .................................... 33
Figura 19 Daños presentes en la escalera principal ..................................................... 33
Figura 20 Fisuras horizontales en muros y columnas ................................................... 34
Figura 21 Mal adherencia entre el repello y el concreto en los muros .......................... 34
Figura 22 Daños en las mesas de trabajo del laboratorio de tiempos y medidas ......... 35
Figura 23 Fractura en losa de piso y transmitido en la pared ....................................... 36
Figura 24 Losa de fundación para péndulo de resiliencia Hoyton. ............................... 36
Figura 25 Desprendimiento de repello en la losa del péndulo de resiliencia Hoyton .... 37
Figura 26 Fundación para Maquina Universal de Ensayos Hoyton. ............................. 37
Figura 27 Desprendimiento del repello en la losa de la Máquina Universal ................. 38
Figura 28 Daños en enchapes cerámicos y jambas de baños. ..................................... 38
Figura 29 Eje de simetría en planta de edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. 41
Figura 30 Cargas muertas adicionales en el edificio .................................................... 42
Figura 31 Espectro de diseño utilizado en el análisis sísmico del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. ................................................................................................ 43
Figura 32 Modelo del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., en el software de análisis SAP2000 .......................................................................................................... 44
Figura 33 Segregación del agregado en los muros ...................................................... 53
Figura 34 Exposición del refuerzo longitudinal ............................................................. 54
Figura 35 Evidencias de las prácticas constructivas ..................................................... 55
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
xii
Figura 36 Chequeo de resistencia de los elementos frontales ..................................... 57
Figura 37 Chequeo de resistencia de los elementos en la parte trasera ...................... 58
Figura 38 Periodo fundamental de vibración de la estructura ....................................... 58
Figura 39 Esfuerzos de Von Mises ............................................................................... 59
Figura 40. Esfuerzos de Von Mises en muros .............................................................. 60
Figura 41 Momento y cortante actuante máximo .......................................................... 64
Figura 42 Detalle del reforzamiento de la viga a momentos flexionantes utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono. ................................................... 68
Figura 43 Detalle del reforzamiento de la viga a fuerzas cortantes .............................. 69
Figura 44 Secciones de las columnas .......................................................................... 84
Figura 45 Secciones de los muros ................................................................................ 84
Figura 46 Instrumentos utilizados para las pruebas no destructivas ............................ 91
Figura 47 Registro de fotografías de las mediciones de resistencia a compresión ...... 91
Figura 48 Curva de calibración del martillo suizo ......................................................... 92
Figura 49 Registro de fotografías de las mediciones de profundidad de grietas .......... 92
Figura 50 Ubicación de los elementos ensayados en planta mediante el pulso ultrasónico ...................................................................................................................................... 93
Figura 51 Mapa de Isoaceleraciones ............................................................................ 96
Figura 52 Zonas sísmicas de Nicaragua....................................................................... 96
Figura 53 Zonificación propuesta en base al parámetro Vs30. ...................................... 97
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Resistencias de diseño de los elementos de concreto ..................................... 24
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras ................................. 45
Tabla 3 Resistencias promedios de los elementos estructurales .................................. 56
Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento ........................................ 65
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
xiii
Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento .................... 66
Tabla 6 Momento resistente de la viga reforzada con FRP .......................................... 67
Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas cortantes ........................................................................................................................ 69
Tabla 8 Tabla de columnas ........................................................................................... 80
Tabla 9 Tabla de vigas .................................................................................................. 81
Tabla 10 Tabla de muros .............................................................................................. 81
Tabla 11 Clasificación de los suelos de Managua con fines de diseño sísmico, (Hernández, 2009). ........................................................................................................ 97
Tabla 12 Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2). Fuente: Reglamento Nacional de la Construcción ................................................................................................................ 100
Tabla 13 Cargas tributarias para las vigas externas de entrepiso ............................... 101
Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso ................................ 102
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea ............................................. 104
Tabla 16 Resistencias a la compresión de columnas del 1er nivel ............................. 110
Tabla 17 Resistencias a la compresión de vigas de entrepiso .................................... 110
Tabla 18 Resistencias a la compresión de vigas de techo .......................................... 110
Tabla 19 Resistencias a la compresión de columnas del 2do nivel ............................ 111
Tabla 20 Resistencias a la compresión de losa de piso .............................................. 111
Tabla 21 Resistencias a la compresión de losa de entrepiso ..................................... 111
Tabla 22 Resistencias a la compresión de losa de techo ........................................... 112
Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel................................... 112
Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel .................................. 113
Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico ................................................ 114
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
xiv
RESUMEN
Los Laboratorios de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente fueron inaugurados en
Octubre de 2013. Un edificio que dadas sus características constructivas supone un alto
nivel de seguridad para aquellos que aguardan dentro de sus instalaciones. No obstante,
a partir de las actividades sísmicas de abril de 2014 en la Ciudad de Managua, la
estructura presentó muchas anomalías, las cuales no están de acorde a su edad de
servicio ni a su diseño estructural. En el presente documento se plasman los alcances
obtenidos a partir de las pruebas no destructivas ejecutadas a los elementos principales
del edificio. De acuerdo a los datos obtenidos por los ensayos se analizará el
comportamiento de la estructura ante una demanda sísmica teniendo en cuenta las
condiciones de aceleración de la ciudad de Managua, dicho efecto es verificado por los
requerimientos expuestos en el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07).
Finalmente se propone un plan de intervención para los elementos estructurales más
afectados producto de las patologías identificadas en el estudio.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
1
1 INTRODUCCIÓN
El laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J de la Universidad
Centroamericana UCA, fue puesto en servicio el 10 de octubre del año 2013. Nació bajo
la necesidad de crear un espacio donde los estudiantes de las distintas carreras de
ingeniería que ofrece la Universidad Centroamericana (UCA) pudiesen desarrollar los
conocimientos teóricos obtenidos de parte de los docentes y llevarlos a la práctica. Este
proyecto fue considerado de vital importancia dado que el edificio de dos plantas
albergaría los laboratorios de Estructuras, de Materiales y Suelos, de Hidráulica y Fluidos,
de Métodos y Tiempos, y de Simulaciones de procesos productivos los cuales serían
utilizados por los estudiantes de Ingeniería Civil, Ingeniería en Calidad Ambiental,
Ingeniería en Sistemas y Tecnologías de la Información e Ingeniería Industrial.
El edificio tiene capacidad de albergar a 250 personas a la vez, distribuidas en cada uno
de los laboratorios, aulas, personal de apoyo y administrativo del lugar. En el edificio
normalmente, en temporada intercuatrimestral y vacaciones, se encuentran
aproximadamente de 3 a 5 personas de forma permanente. El resto se programa según
horario de asignaturas.
El sistema estructural del edificio en estudio se basa en muros de concreto reforzado
confinado de columnas y vigas de concreto. Es un módulo rectangular, de geometría
regular en planta y elevación, cuenta con núcleos centrales de ascensor y escalera
además de una escalera de servicio dirigida a la azotea, ubicada en el costado norte de
la edificación. El sistema de entrepiso está soportado por cerchas metálicas
tridimensionales que soportan el peso de la losa de concreto reforzado.
En 2014 se presentaron diversos eventos sísmicos, entre ellos un terremoto de 6.2 en la
escala de Richter desarrollando réplicas las cuales dejaron como resultado estragos en
algunos sectores aledaños a la capital, así como también visibles daños a la estructura
del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., el cual no cumplía ni un año de
ser construido. A partir de dichos eventos y los que pueden haber ocurrido en el
transcurso hacia la actualidad, se han venido agudizando fallas en el edificio las cuales
urgen ser estudiadas.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
2
El presente trabajo pretende determinar las causas que generaron los diferentes daños
que presenta la estructura, teniendo en cuenta que esta tiene apenas 3 años de servicio.
Para poder conocer el estado de servicio actual de la estructura y poder cuantificar y
calificar los daños, se hará uso de las técnicas y procedimientos que dicta el ACI 364S-
11 y los procedimientos de intervención estructural que describe el ACI 440.2R-08. Para
esto se tomarán en cuenta todos los requerimientos de sismo resistencia que mandata el
Reglamento Nacional de la construcción RNC-07.
1.1. Planteamiento del problema
La necesidad de justificar la inversión realizada y la de garantizar la seguridad y confort
para los usuarios del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., es
la tarea principal de este estudio investigativo. El objetivo de este estudio es proponer
una solución y curar los daños estructurales presentes.
Hoy en día, con el avance de la tecnología y con todos los procedimientos regulatorios
de la calidad de los materiales y procesos constructivos que dictan los códigos, normas
reglamentos nacionales e internacionales, debería de ser nula, la posibilidad de
afectaciones o daños en una estructura a temprana edad.
Luego de la puesta en servicio la edificación comenzó a mostrar una serie de anomalías
o daños en sus componentes arquitectónicos y elementos estructurales, los cuales se
hicieron evidentes con el afloramiento en superficie a manera de fisuras y grietas en
algunos casos.
Esta afectación desencadenó una serie de peticiones al constructor del proyecto, ya que
se tenía vigente la garantía de vicios ocultos, por lo cual el constructor tenía que asumir
el costo de las reparaciones. Estas reparaciones se dieron, en la mayoría de los casos,
de forma superficial (maquillaje), no se dieron para detener y evitar mayores daños.
Entre las fallas que se presentan se pueden mencionar tanto fracturas en la losa de piso
las cuales pueden llegar hasta más de medio centímetro de espesor aproximadamente
como fisuras en las paredes, presencia de humedad o infiltración en las losas de techo
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
3
la cual es visible en el cielo falso, infiltración en las ventanas del edificio en períodos
lluviosos y otros daños no estructurales tales como cerámica, etc.
1.2. Justificación
La Universidad Centroamericana con el fin de consolidar el conocimiento y la práctica de
las ingenierías en Nicaragua, ha puesto a disposición de los estudiantes y público en
general las instalaciones del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente
S.J. dotándolos del equipo y herramientas necesarias para tal fin.
La inversión realizada por esta universidad tiene que afianzarse con la puesta en servicio
de este edificio, el cual no debería de estar presentando daños estructurales a temprana
edad.
Aunque la estructura se encuentre expuesta a los diferentes fenómenos atmosféricos, los
daños tienen que ser mínimos y el plan de mantenimiento tiene que estar orientado a la
prevención de daños, no al mantenimiento correctivo o plan de reparaciones parciales y
globales de las áreas afectadas.
Considerando la importancia de la edificación y lo que representa para la Universidad
Centroamericana, se ha considerado la realización de este estudio con el fin de brindar
una solución técnica apegada a reglamentos y estándares de seguridad, que garanticen
en un futuro la inversión realizada y la seguridad misma de los usuarios. La propuesta de
intervención que se pretende dar permitirá conservar la estructura y que a su vez brinde
las condiciones de servicio para las cuales fue diseñada.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
4
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Realizar un análisis patológico y propuesta de intervención para el edificio Laboratorio de
Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la UCA, en función de los resultados
obtenidos mediante la realización de pruebas no destructivas y de la evaluación
estructural.
2.2 Objetivos Específicos
Identificar las patologías presentadas en los componentes arquitectónicos,
instalaciones y elementos estructurales, con el fin de evaluar el grado de
afectación y daño del inmueble en general.
Determinar las propiedades mecánicas y dinámicas, y características físicas de los
elementos estructurales del edificio, por medio de la realización de pruebas no
destructivas, con el fin de conocer el estado de servicio de la edificación.
Evaluar la respuesta dinámica considerando las condiciones para la cual fue
diseñado, mediante modelamiento asistido por el software SAP2000 v.18.2.0.
Elaborar la propuesta de intervención de la estructura, según los resultados
obtenidos para garantizar la seguridad estructural de la edificación y mantener su
vida útil proyectada.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
5
3. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ESTUDIO
3.1 Localización del Sitio de Estudio
El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J se encuentra ubicado
en la zona central de la ciudad de Managua. De la Rotonda Rubén Darío 150 metros al
este, 100 metros al norte.
Figura 1 Macro y micro localización del Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. Fuente: Plano de portada del proyecto.
3.2 Características Sísmicas de la Ciudad de Managua
De acuerdo a Moore (2004) “ los sismos originados en la zona de subducción no
presentan mucho riesgo para la Ciudad de Managua, en cambio las mayores
afectaciones para la capital es producto del fallamiento local”. (INETER, 2002) asegura
que existen 28 fallas locales, 18 de ellas activas, estas se encuentran reagrupadas de
acuerdo a estimaciones de intensidad y afectaciones a la Ciudad de Managua.
En el sector este y oeste de Managua las fallas pueden causar eventos sismicos
significativos en cuanto a magnitud, en cambio la falla central puede producir terremotos
mayores a 6.5 Mw en la escala de Ritchter. (INETER, 2002)
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Figura 2 Fallamiento del área de Managua. (CIGEO)
3.3 Marco Geológico de la Ciudad de Managua
Los tipos de suelo de determinada región pueden clasificarse dependiendo de distintas
características, ya sea por su origen, uso potencial, antigüedad, morfología, composición
química, genética, dependiendo del interés de estudio.
Según Obando, T (2009), la ciudad de Managua se encuentra asentada en una superficie
plana que posee una leve inclinación hacia el lago Xolotlán, la cual es interrumpida por
depresiones y colinas tales como los cráteres de Nejapa, Tiscapa, Asososca, Ticomo,
etc. Formada sobre una brecha de toba volcánica perteneciente a la superficie de una
configuración geológica denominada Grupo La Sierra, los suelos de la ciudad se
encuentran cubiertos por materiales piroclásticos del volcanismo Holoceno, compuesto
por lapilli, pómez, cenizas y tobas.
Obando (2009) cita a Valera (1973), quien afirma que en la ciudad de Managua “los
suelos se clasifican como limos no cohesivos, arenas y gravas, de pobre a bien
consolidados y con diferentes grados de cimentación, presentando por lo general bajas
densidades y alta porosidad”.
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4. REVISIÓN DE LA LITERATURA
4.1 Concepto de patología
La palabra patología proviene del griego “pathos”: enfermedad y “logos”: estudio, y se
refiere, en la construcción a las enfermedades, de origen químico, físico, mecánico o
electroquímico y sus soluciones.
El concepto de patología estructural, surge de una analogía entre el ser humano y las
edificaciones, el ser humano comúnmente presenta síntomas que llevan a buscar su
origen o mejor dicho la enfermedad que los causa, en tanto las estructuras pueden
presentar fallas o comportarse de manera irregular, lo cual lleva a realizar estudio para
determinar el por qué, y así garantizar la seguridad dela misma. De esta manera se llega
a tres etapas importantes para tratar una patología:
Determinar el comportamiento o las fallas en la estructura. (Enfermedad)
Indagar acerca de las posibles causas. (Diagnóstico).
Plantear una solución inmediata o un plan de mantenimiento para devolverla a su
nivel de servicio. (Tratamiento).
Según (Florentín & Granada , 2009) las patologías que se pueden presentar en una
edificación se pueden clasificar tanto por su origen o según el área que es afectada. Las
causas de la aparición de estos daños en una estructura pueden ser muchas, entre ellas
la acción del clima, la deficiencia en el diseño, imprevisiones de tiempo, falta de
organización en la obra, mala calidad de la mano de obra, desconocimiento de las
especificaciones técnicas de los materiales a utilizar, técnicas constructivas inadecuadas,
uso de materiales de mala calidad, o por la omisión de la necesidad del mantenimiento
en un edificio para su conservación.
Cuando se habla de patología esto supone los problemas presentes en una obra ya sea
nueva o antigua, incluso a veces sin concluir, que requiere un diagnóstico certero y una
solución adecuada, la cual podría no ser definitiva sino temporal. Esta problemática, a
como proponen los autores, no solo afecta la obra sino la calidad de vida del usuario y
por ende la economía, pues será más onerosa su reparación que haber construido dicha
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obra tomando los recaudos debidos y considerando los parámetros de calidad dentro de
un presupuesto inicial.
Se definirán una serie de conceptos que tienen que ver directamente con el estudio de
patología, con el fin de formar una base teórica para el desarrollo de la presente
investigación.
4.2 Vida útil en las estructuras
Según Sánchez (2011), Se considera como vida útil de una estructura, el período de
tiempo en el cual, ella conserva los requisitos previstos de seguridad, funcionalidad y
estética (aspecto), con costos razonables de mantenimiento.
Figura 3 Relación entre el comportamiento del concreto y el concepto de vida útil de la estructura. Fuente: Durabilidad y Patología del concreto (2011)
4.3 Incidencia del medio ambiente
Para el diseño de una estructura deben tenerse en cuenta las condiciones del medio
ambiente que la rodea, dado que estos pueden tener una incidencia directa en el proceso
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de degeneración y daño de la misma. A continuación se presentara una clasificación
según Sánchez (2011), para la clasificación de agresividad del medio ambiente:
4.3.1 Ambiente ligero o débil
Son ambientes secos donde la humedad relativa es menor al 60%, es decir ambiente
donde el concreto no estará expuesto a ciclos de humedecimiento y secado, congelación
y deshielo, o con presencia de sustancias agresivas para el concreto.
4.3.2 Ambiente moderado
Interior de edificaciones con ambientes húmedos y cambiantes (humedad relativa entre
60% y 98%) o con riesgo temporal de vapores de agua y condensación. Estructuras
expuestas a humedecimiento y secado, estructuras en contacto con agua dulce,
ambientes rurales lluviosos, etc.
4.3.3 Ambiente severo
Contempla ambientes húmedos con hielo de agua dulce y agentes de deshielo,
ambientes de deshielo o con macro clima industrial y con humedad relativa entre el 60%
y el 98%, ambientes urbanos con alta condensación de gases agresivos y estructuras en
contacto con suelos también agresivos.
4.3.4 Ambiente muy severo
Zonas de salpicaduras o sumergidas en agua de mar con una cara expuesta al aire;
elementos en aire saturados de sal, ambientes con agua de mar y hielo, exposición
directa a líquidos con pequeñas cantidades de ácidos, ambientes salinos o aguas
fuertemente oxigenadas, gases agresivos o suelos agresivos y ambientes industriales
muy agresivos.
4.4 Generalidades del concreto
El concreto está compuesto básicamente de cemento calcáreo, agregados, agua y
aditivos. Su principal componente es el cemento Portland el cual proviene de la
calcinación de rocas calizas y arcillas, el agua es quien se encarga de hidratar al cemento
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Portland. Los agregados son materiales de forma granular los cuales son clasificados por
su tamaño nominal de acuerdo a las necesidades del concreto a diseñar, principalmente
provienen de las rocas. El concreto también contiene un pequeño porcentaje de aire (1%-
3% del volumen de la mezcla) el cual puede aumentarse con la ayuda de aditivos o
cementos inclusores de aire (1%-7% del volumen de la mezcla).
4.5 Fallas en estructuras de concreto
La patología ha sido tema de investigación por muchos en los últimos años, pese a ello
la normativa existente es pobre y (Sánchez, 2011) nos clasifica las fallas existentes en el
concreto de la siguiente manera:
4.5.1 Fallas en el diseño del proyecto
La planeación y el diseño de una estructura no sólo deben basarse en su función, sino
también en las condiciones ambientales y en la vida estimada de servicio. Para ello es
indispensable que como profesionales de diseño se aplique no sólo métodos de cálculo
desarrollados sino también considerar los aspectos de la tecnología en la Ingeniería de
Materiales.
Las fallas por concepción y diseño de una estructura pueden darse por muchas razones,
entre ellas:
Por ausencia de cálculos u omisión de la totalidad de cargas y condiciones de
servicio.
Por falta de diseño arquitectónico apropiado, en este aspecto el diseño estructural
debe de incluir los conceptos arquitectónicos y viceversa.
Por falta de drenajes apropiados en el proyecto. El desagüe sobre el concreto se
debe evitar, de la misma forma que el estancamiento de agua. Del mismo modo,
deben reducirse las salpicaduras y los ciclos de humedecimiento y secado.
Por no proyectar juntas de contracción, de dilatación o de construcción. El diseño
y construcción de estructuras de concreto implica la presencia de fisuras y grietas,
que deben ser controladas mediante la disposición del llamado “acero de
retracción y temperatura” y/o de juntas.
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Por no calcular de manera apropiada todos los esfuerzos y/o confiarse en los
programas de computador.
Por no dimensionar apropiadamente los elementos estructurales y/o no disponer
adecuadamente del refuerzo.
Por imprecisiones en los métodos de cálculo o en las normas.
Por no especificar la resistencia y características apropiadas de los materiales que
se emplean (concretos y acero).
Por tolerar deformaciones excesivas en el cálculo.
Por falta de detalles constructivos en los planos.
4.5.2 Fallas por materiales
De acuerdo a (Sánchez, 2011) La selección de los materiales a utilizarse en un proyecto
debe estar basada en la calidad, la experiencia y la formulación. La dosificación juega un
papel importante en la mezcla de concreto y por tanto debe hacerse por peso, con
corrección de la humedad en los agregados y con ajuste al agua de mezclado por
absorción, los agregados a utilizarse deben tener granulometría continua y baja relación
de vacíos, de lo contrario las mezclas pueden presentar segregación. Dentro de las fallas
más comunes por agregados, se pueden distinguir las siguientes:
Por selección inapropiada y/o falta de control de calidad de los ingredientes de la
mezcla.
Por no diseñar y/o dosificar inadecuadamente la mezcla.
Por no respetar las tolerancias permisibles en el asentamiento de la mezcla.
Por utilizar agregados de tamaño equivocado.
Por utilizar exceso de aire incluido.
Por adicionar agua a pie de obra, sin control.
Por no disponer de un factor de seguridad apropiado en el diseño de la mezcla.
Por no usar la curva de relación agua/cemento de los materiales disponibles.
Por utilizar poco cemento (mezclas pobres y porosas), o por emplear exceso de
cemento (mezclas ricas con alta contracción y fisuración).
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Por usar mezclas pastosas (con exceso de mortero) o con exceso de agregado
grueso. Este tipo de mezclas tienen alta tendencia a la segregación y a la
exudación.
Por retardos excesivos en el fraguado. El retraso de fraguado de un concreto,
puede dar como consecuencia la formación de fisuras por asentamiento y/o
contracción plástica; pero además puede afectar la adherencia mecánica entre el
acero de refuerzo y el mismo concreto.
Por la presencia del fenómeno de falso fraguado, que tiende a inducir un
incremento en el agua de mezclado con la consecuente alteración de la relación
agua/cemento.
Por fraguados acelerados que generan bajas resistencias mecánicas.
Por bajas resistencias en el concreto, lo cual conduce a fatigas prematuras o
detrimento de la durabilidad.
Por no hacer control de calidad al concreto, con lo cual se desconoce su capacidad
resistente y su comportamiento.
Por acero de refuerzo de calidad inapropiada o por insuficiencia en los anclajes
y/o longitudes de desarrollo. El acero principal longitudinal debe ser acero
corrugado y el acero liso solo es permitido en estribos, flejes y espirales.
4.5.3 Fallas por construcción
Los procesos constructivos deben reflejar lo más fielmente posible (dentro de las
tolerancias permisibles), los planos y las especificaciones dadas en las fases de
planeación y diseño del proyecto. Las fallas más comunes por aspectos constructivos se
dan por las siguientes causas:
Por no calcular y diseñar la formaleta.
Por defectos o deformación en la formaleta.
Por no respetar las tolerancias dimensionales permisibles en los elementos. Por
ejemplo, cambiar las dimensiones de los elementos, lo cual altera su geometría,
su inercia y de paso su comportamiento, porque se alteran su centro geométrico y
su centro de masa.
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Por no inspeccionar la formaleta antes del vaciado, para verificar su integridad y
estabilidad.
Por no colocar apropiadamente ni asegurar el acero de refuerzo, permitiendo el
desplazamiento durante el vaciado.
Por no respetar la separación de barras y el recubrimiento de norma, mediante el
uso de separadores adecuados.
Por no inspeccionar el acero de refuerzo antes del vaciado, para verificar el
cumplimiento de los planos y especificaciones.
Por utilizar malos procedimientos de izaje y montaje de elementos prefabricados,
con lo cual se inducen deformaciones no previstas, impactos, u otras condiciones
que alteran sus propiedades.
Por inadecuada interpretación de los planos.
Por malas prácticas de manejo, colocación y compactación del concreto.
Por labores de descimbrado prematura o inapropiado.
Por indisposición de juntas apropiadas de contracción, expansión y/o construcción.
Por no adelantar procedimientos adecuados de protección y curado del concreto.
Por precargar la estructura antes de que el concreto tenga suficiente capacidad
resistente.
Por picar o abrir huecos en la estructura para soportar o conectar instalaciones
anexas a la estructura.
4.5.4 Fallas por operación de las estructuras
El comportamiento real de una estructura y su seguridad bajo las cargas y condiciones
previstas de servicio, se fundamentan en un buen diseño
4.6 Clasificación de las lesiones según su origen
Las lesiones según su origen se clasifican en químicas, físicas y biológicas. Según
(Sánchez, 2011) No obstante se centrará en las lesiones físicas, las cuales fueron las
identificadas en la investigación.
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4.6.1 Lesiones químicas
Es el resultado de la exposición de los materiales a sustancias corrosivas que provienen
del exterior o del interior y que deterioran un determinado material. De manera más
general, puede entenderse como la tendencia que tienen los materiales a buscar su forma
más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una
reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en
alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de
las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren
corrosión mediante otros mecanismos.
4.6.1.1 Corrosión de la armadura en el concreto
Según Cerna & Galicia (2010), el concreto armado es un material que se deteriora
lentamente a través del tiempo, sin embargo cuando éste no se prepara correctamente
presenta ataques físicos o químicos, y daños como agrietamientos, desprendimientos u
otros tipos de daños que además de deteriorar al concreto pueden producir daños en el
acero de refuerzo existente. Una de las características más importantes que se debe
perseguir en el concreto es la resistencia a la acción del clima, a los ataques químicos, a
la abrasión o a cualquier otro proceso de deterioro.
La corrosión de la armadura en el concreto consiste en la oxidación destructiva del acero
por el medio que lo rodea. Así, la corrosión ocurre como resultado de la formación de una
celda electroquímica.
4.6.2 Lesiones físicas
Se consideran como lesiones físicas todas aquellas en las que la patología está basada
en hechos físicos tales como partículas contaminantes, heladas, condensaciones, etc.
Normalmente la causa origen del proceso será también física, y su evolución dependerá
de procesos físicos, sin que exista una variación química de los materiales afectados
(Sánchez, 2011).
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4.6.2.1 Humedad
Es el resultado del aumento en la cantidad de agua que normalmente puede estar
presente en un material, por lo cual esto puede originar variaciones en las características
físicas de dicho material. (Sánchez, 2011), explica que se pueden distinguir cinco tipos
de humedad en dependencia de las causas que originan.
Humedad de Obra: Tiene su origen en el proceso constructivo, cuando se propicia una
incorrecta evaporación del agua.
Humedad Capilar: Se produce cuando el agua de suelo asciende a través de los
elementos verticales.
Humedad de Filtración: Es aquella que procede del exterior y que penetra en el interior
de una edificación, a través de boquetes, fachadas, cubiertas, etc.
Humedad de Condensación: Surge de la condensación del vapor de agua desde los
ambientes donde hay mayor presión del vapor, mejor dicho los interiores, hasta los
ambientes exteriores, en donde la presión es más baja.
Humedad Accidental: Nace del rompimiento de cañerías o ductos y su identificación es
muy fácil, ya que suele provocar focos puntuales de humedad.
4.6.2.2 Fisuras plásticas
Las fisuras plásticas y micro fisuras se caracterizan por fenómenos como el asentamiento
plástico y la contracción plástica. Se producen por cambios volumétricos en estado
plástico. Estos dos fenómenos a su vez, están íntimamente ligados a la cantidad de agua
de mezclado y a la exudación del concreto. Una vez que el concreto es colocado y
compactado los sólidos de la mezcla tienden a asentarse por efectos de gravedad,
desplazando los elementos menos densos como el agua y el aire atrapado, el
asentamiento continúa hasta que el concreto se endurece y cuando partículas se
interponen en el acomodamiento de la mezcla tales como agregados o el mismo refuerzo,
se crean las grietas como se puede observar en la figura 4.6.2.2-1, las fisuras D, E y F.
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Figura 4 Esquema de los diferentes tipos de fisuras
4.6.2.3 Asentamiento plástico
Las grietas por asentamiento plástico o disminución de volumen del concreto se
desarrollan por la tendencia del concreto a seguir consolidándose y las restricciones que
ofrecen el acero de refuerzo y/o las formaletas, o por asentamientos desiguales debidos
a profundidades diferentes del concreto, el cual es colado monolíticamente.
Figura 5 Agrietamiento por asentamiento plástico
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Después de la colocación, vibrado y acabado, el concreto tiene la tendencia a seguir
consolidándose. Durante este periodo, el concreto en estado plástico puede restringirse
localmente por el acero de refuerzo, un concreto colado anteriormente, o los encofrados.
Estas restricciones locales pueden resultar en vacíos bajo las barras de acero de refuerzo
y/o en grietas adjuntas a los elementos que restringen el movimiento.
Cuando se asocia con el acero de refuerzo, las grietas por asentamiento aumentan con
el incremento del tamaño de las barras, incremento del revenimiento, y disminución del
recubrimiento. Al realizar cambios a estos factores es posible reducir o evitar las grietas
por asentamiento plástico, las cuales generalmente aparecen ubicadas sobre el acero de
refuerzo o contiguo a los elementos que restringen el movimiento.
4.6.2.4 Contracción plástica
Las grietas por contracción plástica son grietas que aparecen en ocasiones, en la
superficie del concreto fresco, poco después de haber sido colocado y cercano al tiempo
en que se realiza el acabado. Estas grietas se desarrollan por la pérdida de agua por
evaporación de la superficie del concreto y generalmente se asocian con los colados en
climas cálidos; sin embargo, pueden ocurrir en cualquier ocasión en que las condiciones
ambientales produzcan una evaporación rápida del agua en la superficie del concreto.
Figura 6 Formación de grietas por contracción plástica
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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Las grietas por contracción plástica ocurren cuando el agua se evapora de la superficie
con mayor rapidez que con la que puede aparecer en la superficie durante el proceso de
sangrado. Lo anterior origina una rápida contracción por secado y el desarrollo de
esfuerzos de tensión en la capa superficial, que está restringida por el concreto interior
no contraído.
Figura 7 Concreto fisurado por contracción plástica.
4.6.2.5 Fisuras por heladas tempranas
Ocurre cuando el concreto se encuentra en proceso de fraguado y se presenta una
refrigeración significativa del ambiente, se puede detener el proceso de fraguado y a la
vez ocurrir el congelamiento del agua que se encuentra dentro del concreto y fracturarse.
4.6.2.6 Fisuras por cambios de humedad
Este tipo de fisuras se presentan solo en la pasta de cemento, rodeando el agregado,
provocadas por los ciclos de humedecimiento y secado.
Grietas capilares o cuarteaduras: Se deben principalmente a procedimientos incorrectos
de consolidación, acabado y curado. Aparecen sobre la superficie del concreto en
distribución hexagonal.
Contracción por secado: También conocida como retracción hidráulica, consiste en la
disminución de volumen del concreto endurecido cuando está expuesto al aire con
humedad no saturada. Es decir, debido a reacciones químicas y a la reducción de
humedad.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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4.7 Intervención en las estructuras
Existen diferentes parámetros que definen el tipo de intervención a realizar, según (Broto,
2005):
4.7.1 Prevención
Para establecer medidas preventivas es indispensable realizar estudios de las patologías
presentes en la estructura, se consideraran las fallas en el diseño del proyecto.
4.7.2 Reparación
La reparación se refiere al proceso de reemplazar o corregir materiales, componentes o
elementos de una estructura, los cuales se encuentran deteriorados, dañados o
defectuosos, según (Sánchez, 2011).
Para comenzar el proceso de reparación se debe tener identificado el proceso patológico
que sufre la estructura (causa y evolución).
Si el proceso se ha identificado a tiempo, únicamente se aplicarán productos con la misión
de proteger, no obstante en ocasiones la reparación la demolición o sustitución parcial
del elemento que contiene la lesión. (Broto, 2005)
El proceso de reparación se compone dos fases:
Se actuará primero sobre la causa u origen del daño.
Una vez detectadas y solucionadas las causas, se procederá a la intervención de
lesiones.
Para identificar correctamente las causas, es necesario seguir un proceso ordenado y
progresivo a la hora de intervenir cualquier daño. Por esto el procedimiento cuenta con
tres etapas:
Tomar datos para conseguir definición física del elemento para evaluar el estado
actual de la unidad dañada.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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La segunda etapa consiste en el reconocimiento de los daños existentes, la
ubicación, la forma, cuantificación, etc.
La tercera, consiste en proporcionar un diagnóstico y una propuesta de actuación,
mediante un análisis técnico de los datos obtenidos en la etapa anterior.
4.7.3 Restauración
La restauración según (Sánchez, 2011) es el proceso de restablecer los materiales, la
forma o la apariencia que tenía una estructura en una época determinada, teniendo en
cuenta que es necesario conservar las características arquitectónicas.
Para la conservación de estos aspectos se debe realizar un proyecto de restauración que
debe ir acompañado con un estudio exhaustivo del conjunto arquitectónico, teniendo en
cuenta siempre la obra original, así como también los posibles cambios o modificaciones
que conllevaría la intervención.
4.7.4 Rehabilitación
(Sánchez, 2011) Define como el proceso de reparar o modificar una estructura hasta
llevarla a una condición deseada (intervención de modificación).
Comprende una serie de posibles fases:
Un estudio patológico con diagnósticos parciales.
Un proyecto arquitectónico par nuevos usos
Reparaciones de diferentes unidades constructivas
Restauración de distintos objetos y elementos individuales
De acuerdo a (Broto, 2005) en la reparación, restauración y en la rehabilitación se debe
de trabajar con un anteproyecto de actuación en el que se debe realizar un estudio de
cada uno de los elementos de la intervención, incluyendo una investigación técnica e
histórica, un diagnóstico de causas y daños y por ultimo un proyecto de intervención
general.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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5. GENERALIDADES DE LA ESTRUCTURA EN ESTUDIO
5.1 Configuración estructural
El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. cuenta con una
cimentación aislada a través de 16 tipos de zapatas que se unen mediante una viga
asísmica y una losa de concreto no reforzada, lo cual se puede verificar en los planos de
fundaciones suministrados por la Universidad Centroamericana.
El sistema estructural es a base de muros de concreto reforzado los cuales se adaptaron
a la arquitectura del edificio, vigas de entrepiso y cerchas tridimensionales colocadas en
dos direcciones, que soportan el peso de la losa de entrepiso, de la misma manera se
colocaron en el segundo nivel como soporte a la losa de azotea. El edificio cuenta con
cerramiento de mampostería. En el Anexo B se pueden apreciar las secciones de los
elementos estructurales de la edificación.
c
Figura 8 Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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5.2 Desarrolladores del proyecto
La estructura en estudio tiene un área de construcción de 1,074.60 m2, se diseñó en
marzo del año 2010 según información de planos y de igual manera se actualizó en el
mes de febrero del 2011 por la firma ÁTICO S.A.
El diseño arquitectónico fue realizado por los Arquitectos Raúl Castro Gutiérrez, Arq.
Otoniel Norori Aburto y el Ingeniero Walter Gómez, este último fue quien realizó también
el diseño estructural, el diseño hidrosanitario fue desarrollado por el Ingeniero Marlon
Soto y el diseño eléctrico fue responsabilidad del Ingeniero Adán Lau.
6. REVISIÓN DEL PROYECTO ORIGINAL
La revisión del proyecto original tiene como fin conocer y/o verificar los aspectos o
consideraciones tomadas en el diseño y proceso de construcción de la obra en
comparación con el producto final que es el edificio como tal. En el Laboratorio de
Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S. J., se realizó una revisión a la
documentación obtenida:
Planos arquitectónicos y estructurales
Especificaciones de los materiales
Bitácora de obra.
Memoria de cálculo de la estructura
Proceso constructivo
6.1 Planos arquitectónicos y estructurales
Se obtuvo el juego de planos arquitectónicos y estructurales del proyecto Laboratorios de
Ingeniería, desarrollado por la firma ÁTICO S.A., dichos planos fueron proporcionados
por el dueño y a continuación se presenta el listado de aquellos que fueron revisados:
6.1.1 Planos arquitectónicos
A-1 Portada
A-2 Planta de conjunto niveles
A-3,4 Planta perfil calle 1,2,3,4
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A-5,6 Plan maestro y señalización
A-7,9 Planta de conjunto y nivelación
A-10 Planta arquitectónica nivel I
A-11 Planta arquitectónica nivel II
A-12 Secciones A y B
A-13 Secciones C, D y E
A-14 Sección F
A-15 Elevación oeste y norte
A-16 Elevación este y sur
A-17 Planta arquitectónica de techos
A-18 Plantas ampliadas y elevaciones internas
A-19 Elevaciones internas y detalles
A-20 Detalles de escalera #1
A-21 Detalles de escaleras
Planta perfil calle 5
Planta topográfica
6.1.2 Planos estructurales
AsBuild Lam S-1 Planta estructural de fundaciones, cuadro de zapatas, columnas
y vigas, detalles
AsBuild Lam S-3 Planta estructural entrepiso
AsBuild Lam S-7 Elevación estructural
AsBuild Lam S-8 Elevación estructural
S-2 Detalles de muros estructurales
S-4 Planta estructural de techo, detalles
S-5 Detalles estructurales de unión cercha-muro
S-6 Detalles estructurales de escalera principal y escalera de servicio
6.2 Especificaciones de los materiales
A partir de los planos del proyecto y la memoria de cálculo se obtuvo la resistencia de
diseño de los elementos estructurales que componen el edificio.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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6.2.1 Concreto
La resistencia a la compresión (f´c) de diseño de los elementos de concreto se detalla en
la Tabla 6.2.
Tabla 1 Resistencias de diseño de los elementos de concreto
Resistencia a la compresión del concreto (f’c)
Zapatas, columnas, muros, vigas 3400 Psi
Losa de entrepiso 3000 Psi
Losa de azotea 5000 Psi
6.2.2 Acero de refuerzo y acero estructural
El acero de refuerzo según especificación de diseño es Grado 40, según la norma ASTM
A-615 con un esfuerzo último de fluencia, fy= 40,000 Psi.
El acero estructural es del tipo A-36 de acuerdo a la norma ASTM A6, ASTM A36.
6.2.3 Soldadura
Los electrodos para la colocación de soldaduras son del tipo E-60 y E-70, según la norma
AWS.
6.3 Bitácoras de obra
Como parte de la revisión de la documentación del proyecto, se tuvo acceso a cinco
bitácoras de obra, cada una consta de 50 hojas en las cuales se llevó registro de la
comunicación entre la supervisión y el contratista. Mediante la revisión de bitácoras se
pudo obtener importante información acerca del proceso constructivo, la cronología de
actividades que fueron llevadas a cabo en el tiempo de ejecución de la obra civil. De igual
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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manera es un soporte legal para cada una de las partes en caso de cualquier
inconveniente
6.4 Memoria de cálculo estructural
Se tuvo acceso a la memoria cálculos estructurales, de la cual se revisaron las
consideraciones de diseño, las condiciones de carga a las que estaría expuesto la
estructura. A continuación se detallarán dichas condiciones:
Diseño de losa de entrepiso:
Carga muerta 80lb/pie2
Carga viva 50 lb/pie2
t=5 in
Diseño de losa de techo:
Carga muerta 80lb/pie2
Carga viva 20 lb/pie2
t=5 in
Diseño de la cercha metálica utilizado en el sistema de entrepiso:
Carga muerta 90lb/pie2
Carga viva 50 lb/pie2
t=5 in
6.5 Información del proceso constructivo
Se tuvo acceso a fotografías que registran la construcción de la edificación, evidenciando
así las malas prácticas ingenieriles que se dieron durante la concepción.
7. INSPECCIÓN VISUAL Y LEVANTAMIENTO DE DAÑOS
Se observó las condiciones de las instalaciones para poder identificar los daños
presentes en la estructura y de este modo clasificar las afectaciones de acuerdo al tipo
de daño. A continuación se detallará el tipo de lesión observada con la respectiva
ubicación.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
26
7.1 Lesiones orgánicas
Se identificó la presencia de plaga de isópteros en distintas áreas del edificio. Estos
insectos, mejor conocidos como comején o termitas aprovechan la celulosa presente en
la madera o sus derivados. Para llegar a la madera pueden atravesar incluso el hormigón,
aprovechando las juntas o desgranando el material.
Figura 9 Lesiones orgánicas en el laboratorio de suelos
7.2 Lesiones físicas
7.2.1 Daños por humedad
Se logró observar humedad en el cielo falso de gypsum en distintas áreas del edificio,
todas cercanas a los ductos de ventilación. Como por ejemplo en el aula de hidráulica,
en donde se observó que existe una rotura en el ducto de aire acondicionado.
Daño por plaga de
termitas en laboratorio de suelos
Daño por plaga de
termitas en aula de
laboratorio de suelos
Daño por plaga de
termitas en laboratorio de suelos
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Figura 10 Presencia de humedad en paredes y cielo falso
Humedad en cielo falso en baño de varones
Humedaden cielo falso en baño de mujeres
Presencia de humedad en cielo falso de casilleros (1er
Nivel)
Humedad en losa de techo aula
de hidráulica
Humedad en cielo falso en aula de
hidráulica
Filtración de humedad en aula de laboratorio de suelos
Daño en ductos de aire
acondicionado en área de hidráulica
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28
7.2.2 Fisuras en losa de piso
El piso del primer nivel del edificio es formado por una losa de concreto de 15 cm de
espesor con refuerzo #3 @ 0.25 m sobre un cascote de 1700 PSI, de 8 cm de espesor
que a su vez descansa sobre una capa de 30 cm de material selecto. La losa de piso
posee juntas en cada cuadrante formado por los ejes estructurales, generalmente en
dimensiones de 3 m x 3 m. Se verificó que cumple con la separación máxima de 20 veces
el espesor de losa.
Figura 11 Detalle típico losa de piso
A pocos meses de inaugurado el edificio surgió la aparición de grietas en la losa de piso
en todos y cada uno de los ambientes. Al ser observada la fracturación en la losa se
puede diferenciar un patrón similar, y es la ruptura en cuadrantes más pequeños como
se puede observar en las figuras siguientes:
Figura 12 Daños en la losa de piso
Daños en losa de piso en área de
lobby
Daños en losa de piso en área de
lobby
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
29
Las juntas en el concreto se crean como una manera de inducir una falla controlada y
diseñada ante cualquier movimiento del concreto que pueda provocar una fractura en el
mismo. Cuando no se induce dicha falla, o las separaciones son muy grandes en
comparación con la rigidez del elemento, entonces se pueden producir fracturas y es el
caso de este edificio.
Figura 13 Fisuras cercanas a las juntas de la losa de piso
La distancia de separación entre cada junta es significativo en comparación con la rigidez
del elemento, esto sumado a la unión entre la losa de piso y los muros hace que el
desplazamiento que sufren los elementos verticales sea transmitido a la losa de piso y
de esta manera se fractura.
7.2.3 Grietas extendidas desde el piso hasta los muros
Muchas de las grietas extendidas en la losa de piso fueron transmitidas a las paredes o
muros del edificio, en la Figura 14 se aprecia el detalle de la junta entre la losa y el muro
o pared existente, lo cual se hace introduciendo Bake Rod (material a base de polietileno)
Daños en losa de piso en entrada principal
Daños en losa de piso en área de
lobby
Daños en losa de piso en aula de estructuras
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
30
en todas las juntas y sellando con epóxico Sikaflex. Esto se hace con el fin de aislar la
losa de las paredes y en caso de estar expuesto a solicitaciones de cargas dinámicas
ambos elementos se desplacen independiente el uno del otro y evitar la transferencia de
cargas, por ende el agrietamiento.
Figura 14 Detalle típico de junta entre losa y pared.
Figura 15 Grietas de piso extendidas en los elementos verticales
Grietas de piso a muro
en vestíbulo
Grietas de piso a muro en columna
M-3 en vestíbulo
Grietas de piso a muro en muro M-
8
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
31
En la figura 15 se observan grietas en las juntas simuladas, las cuales ascienden a las
columnas de muros o a paredes de mampostería adyacentes. Se logró apreciar que en
las uniones entre losa de piso y muros no se respetó la junta indicada en los planos
estructurales y lo verifica el agrietamiento alineado de un elemento a otro.
7.2.4 Grietas en boquetes de ventanas
En la gran mayoría de jambas de ventanas y esquinas se encontraron grietas. Las grietas
más comunes que se observaron fueron las de las esquinas a 45 grados, en algunos
casos prolongándose hasta los muros adyacentes.
El control de este agrietamiento se realiza con la colocación de acero diagonal en las
esquinas de boquetes de puertas y ventanas, el cual absorbe las tensiones que se
generan en esos puntos, de no colocarse las tensiones son sufridas por el concreto el
cual no posee resistencia a grandes esfuerzos por tensión.
Figura 16 Grietas presentes en boquetes de ventana
En los planos estructurales no se observa la indicación de colocar este refuerzo
(diagonal), por tanto se puede inferir que no fue tomado en cuenta y es esta la causa del
agrietamiento en esa zona del 95% de los boquetes del edificio.
Grietas reparadas en boquetes de ventanas 2do
Nivel
Grietasreparadas en boquetes de ventana 1er
Nivel
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32
Figura 17 Grietas en sillar de ventanas
Las grietas en la banquina de las ventanas se dan con mucha frecuencia y en su mayoría
son provocadas por contracción térmica del hormigón o por la exposición a cambios de
temperatura que tiene esta parte de la obra. Esta zona se encuentra expuesta a los
constantes rayos solares, en Managua las temperaturas de verano rondan los 35 grados
Centígrados en el día y usualmente 10 grados por debajo de esta temperatura en las
noches, las altas temperaturas pueden provocar gran pérdida de humedad en el
hormigón y como consecuencia la aparición de grietas por contracción o retracción
plástica del concreto.
7.2.5 Fisuras en vigas
Las vigas en el edificio presentan fisuras que a simple vista no aparentan ser un daño
estructural (fisuras superficiales), el patrón de formación de estas fisuras coinciden en la
planta inferior de la vigas analizadas, no obstantes, algunas de estas se prolongan en
las caras posteriores del elemento.
Grietas en sillar de
ventanas 2do Nivel
Grietas en sillar de
ventanas 2do Nivel
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
33
Figura 18 Fisuras presentes en las vigas de forma transversal
Figura 19 Daños presentes en la escalera principal
Fisura en viga en
laboratorio de hidráulica
Fisura en vigas de
vestíbulo de suelos
Fisura en viga aérea de lobby
Fisura en vigas de
vestíbulo de suelos
Fisura en viga V-8
de escalera principal
Ampliada en fisura
de viga V-8 escalera principal
Grieta en contrahuell
a de escalera principal
Grieta en contrahuell
a de escalera principal
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
34
7.2.6 Fisuras en muros y columnas
Se logró apreciar fisuras transversales en las secciones de muros y columnas, estas
grietas se producen aproximadamente a la altura de 1.20 m en adelante.
Figura 20 Fisuras horizontales en muros y columnas
En gran cantidad de los elementos verticales revisados se logró apreciar la presencia de
este patrón de grieta, la cual se produce de columna a columna, en el borde de los
elementos afectados, es decir a lo largo de su sección transversal.
Figura 21 Mal adherencia entre el repello y el concreto en los muros
Fisuras transversales en
muros
Fisura horizontal en columna C-2
Separación entre el repello y
concreto en muro M-3
Fisura vertical en columna
C-2
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
35
Se logró apreciar la mala adherencia entre el repello y columnas o muros, así como el
caso de la figura 7.2.6-2 la cual presenta una grieta de separación del repello en todo el
elemento, se puede decir que es de repello porque la distancia del borde del elemento es
de 3 cm la cual según planos es el recubrimiento de los muros.
Figura 22 Daños en las mesas de trabajo del laboratorio de tiempos y medidas
En cada laboratorio específico del edificio se cuenta con mesas de trabajo de concreto
para facilitar las actividades y mantener la ergonomía del estudiantado, estas mesas
presentan fracturas de más de 1 mm de ancho en las esquinas y otros puntos ya que
fueron coladas en unión con los muros (lo apropiado es crear una junta), y al ocurrir
cualquier movimiento en muros y columnas son transferidos a este elemento cuyo fin no
es ser parte del sistema resistente de la estructura, y por tanto se causa la fractura de
estas mesas.
Una de las grietas con mayor longitud encontradas fue en el área de casilleros del
laboratorio de Suelos y Materiales, dicha grieta posee una longitud de aproximadamente
dos metros y a la vista coincide con una grieta en la losa de piso. Por la unión en estos
elementos se supone que se transfirió a la pared de mampostería.
Mesa de concreto
fracturada por
movimiento de
columnas
Mesa de concreto
fracturada por
movimiento de
columnas
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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Figura 23 Fractura en losa de piso y transmitido en la pared
7.2.7 Desprendimiento de repello en losas de equipo
El Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente cuenta con variedad de
equipos que permiten el desarrollo de ensayos en las ramas de ingeniería civil. El peso
de algunos equipos podría causar daños en la losa de piso por tanto se previó el diseño
de losas de fundación especiales según la solicitación de carga de los equipos en
cuestión. En la figura 24 se puede apreciar el detalle de las losas para el Péndulo de
Resiliencia con un espesor de 30 cm y para la Máquina Universal de ensayos con 75 cm
de espesor de losa.
Figura 24 Losa de fundación para péndulo de resiliencia Hoyton.
Fractura en losa de piso transmitida a
pared
Fisura en pared de casilleros
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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Figura 25 Desprendimiento de repello en la losa del péndulo de resiliencia Hoyton
En el área de estructuras se observó el daño en la losa del Péndulo de Resiliencia, el
daño a como se aprecia en las figuras anteriores ocurre en la zona del repello, esto deja
a entrever la poca calidad del repello usado y la falta de organización para su aplicación,
dado que es un equipo que se utiliza con muy poca frecuencia no se puede decir que ha
sido dañado por los usuarios del edificio.
Figura 26 Fundación para Maquina Universal de Ensayos Hoyton.
Daños en losa de péndulo de
resiliencia Hoyton
Desprendimiento de repello en péndulo de
resiliencia Hoyton
Desprendimiento de repello péndulo de resiliencia Hoyton
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
38
Figura 27 Desprendimiento del repello en la losa de la Máquina Universal
La losa de la Máquina Universal de ensayos, presenta también desprendimiento del
repello. Por estar tratando con un edificio relativamente nuevo son defectos que de ser
previstos y haber seguido un procedimiento correcto y considerar la calidad del material
utilizado, se pudieron evitar.
7.2.8 Daños en elementos no estructurales
En el baño de varones se observó el desprendimiento de varias piezas de azulejo, el cual
pese a ser un elemento decorativo no debería soplarse ni desprenderse. También se
presentan desprendimientos de mortero en las jambas de puertas de ambos baños.
Figura 28 Daños en enchapes cerámicos y jambas de baños.
Daños en losa de Máquina Universal de
ensayos Hoyton
Desprendimiento de piezas
cerámicas en baño de varones
Desprendimiento de repello en
jambas de puerta baño de varones
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
39
8. AUSCULTACIÓN DE LA ESTRUCTURA
Para poder emitir un diagnóstico confiable en el estudio fue necesario respaldar la
información obtenida de las investigaciones preliminares y del levantamiento de daños
mediante mediciones de las propiedades físicas de los materiales y de las condiciones
en las que se encuentran los elementos estructurales.
Las mediciones realizadas se hicieron a través de pruebas no destructivas (PND)
utilizando dos instrumentos:
Martillo suizo o esclerómetro (Anexo C, Figura 47).
Pulso ultrasónico (Pundit Lab) (Anexo C, Figura 47).
8.1 Determinación de la resistencia del concreto utilizando el esclerómetro
El ensayo se realizó de acuerdo a las consideraciones estipuladas en la norma ASTM C-
805, este permitió conocer la uniformidad entre los diferentes puntos de un mismo
elemento, además se pudo estimar la resistencia a compresión del concreto basado en
las curvas de calibración del equipo (Ver Anexo C, Figura 49).
La prueba fue realizada en 12 puntos en cada elemento estructural vertical en los dos
niveles del edificio, además se realizó la medición en los elementos de entrepiso (vigas
y losa de concreto), de modo que se pretende tener un dato con un margen de precisión
bajo para buscar como compensar la limitada precisión que tiene el ensayo. En el (Anexo
C, Figura 48) se evidencia mediante fotografías el ensayo.
8.2 Medición de profundidad de grietas mediante ensayo de pulso ultrasónico
En el marco del estudio patológico en el Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López
de la Fuente, S. J., se realizó el ensayo de velocidad de pulso ultrasónico con el equipo
Pundit Lab a fin de determinar la profundidad de las grietas previamente observadas en
la fase de auscultación. Se escogió una muestra por la gran cantidad de fallas que posee
el edificio, en la cual se midieron las grietas críticas. En el (Anexo C, Figura 504) se
evidencia algunas de las grietas a las cuales se le realizó el ensayo.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
40
En el Anexo (Anexo C, Figura 51) se muestra la ubicación en planta del edificio de los
puntos donde se realizó cada una de las mediciones de profundidad de grieta. Se observó
que las grietas en su mayoría siguen un patrón por elemento, a como se detallará más
adelante en la presentación del catálogo de grietas.
9. ANÁLISIS ESTRUCTURAL
Para el análisis del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., se aplicaron las normas
mínimas de diseño sismo resistente que dicta el Reglamento Nacional de la Construcción
(RNC-07), de esta manera poder clasificar la estructura y de acuerdo a las características
de su ubicación obtener un modelo de envolvente representativo para el modelamiento
en el programa SAP2000.
9.1 Coeficiente de diseño sismo resistente
9.1.1 Clasificación de Grupo de la estructura (Art. 20, RNC-07)
El Laboratorio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. puede considerarse, según el Art.
20 del Reglamento Nacional de la Construcción como una estructura del Grupo B que
son aquellas en las que el grado de seguridad requerido es intermedio y cuya falla parcial
o total causaría pérdidas de magnitud intermedia.
9.1.2 Factor por reducción por ductilidad (Art. 21, RNC-07)
Se considera un Q=3 según el inciso b) del artículo 21, que propone este valor cuando la
resistencia en todos los entrepisos es suministrada por columnas de acero o de concreto
reforzado con losas planas, o por marcos rígidos de acero, o por marcos de concreto
reforzado o por muros de concreto o de placa de acero o compuestos de los dos
materiales.
En este caso la resistencia del edificio es suministrada por la presencia de columnas y
muros de concreto reforzado, se considera que estos elementos son capaces de resistir
más del 80% de las fuerzas laterales totales sin la contribución de los muros de
mampostería.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
41
9.1.3 Factor de reducción por sobre resistencia (Art. 22, RNC-07)
La reducción por sobre resistencia está dada por el factor Ω=2.
9.1.4 Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)
De acuerdo al Arto. 23 se debe hacer una revisión del cumplimento de las condiciones
de regularidad y luego determinar la corrección por irregularidad Q´ por medio del inciso
d) de dicho artículo. En el Anexo D se detallan las condiciones de regularidad del edificio
El edificio cumple con las condiciones de regularidad según el Reglamento Nacional de
la Construcción por tanto el factor de reducción por ductilidad, Q = 3, no debe corregirse
por irregularidades.
Figura 29 Eje de simetría en planta de edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.
9.1.5 Coeficientes de diseño sismo resistente (Art. 24)
El coeficiente sísmico c, según el RNC-07 es la relación entre la fuerza cortante horizontal
que actúa en la base de la edificación por efecto del sismo V0, entre el peso de la
edificación sobre dicho nivel W0.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
42
Para la realización del análisis estructural del edificio se obtuvo el c=0.209, sin embargo
el coeficiente sísmico c para el diseño debe de ser menor que S* a0, por tanto es este
último el que se utilizará, el coeficiente c=S*a0= 0.45. En el Anexo D se describe el
cálculo realizado para el coeficiente de diseño sismo resistente.
9.2 Estimación de carga
9.2.1 Cargas vivas
Las cargas vivas que pueden actuar en el edificio se estimaron de acuerdo al Reglamento
Nacional en su Artículo 11 mediante la “Tabla 12. Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2)”
(Ver Anexo E), la cual propone las cargas vivas mínimas para las estructuras según el
destino de la misma. En el caso de laboratorios, la carga viva (CV) mínima es de 250
kg/m2, con una carga viva reducida o incidental (CVR) de 125 kg/m2.
9.2.2 Cargas muertas
Se calculó las cargas muertas extras del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.,
ya que el peso propio de la estructura es considerado por el programa con las
dimensiones de las secciones y las características de los materiales introducidas en él.
Las cargas muertas extras que se tomaron en cuenta para el análisis computacional del
edificio son las siguientes:
Figura 30 Cargas muertas adicionales en el edificio
9.3 Espectro para análisis dinámico
Las construcciones no pueden diseñarse para resistir un terremoto en particular en una
zona dada, puesto que el próximo terremoto probablemente presentará características
diferentes. Por lo tanto, los espectros de respuesta elástica o inelástica, no pueden
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
43
utilizarse para el diseño sismo resistente. Por esta razón, el diseño o verificación de las
construcciones sismo resistentes se realiza a partir de espectros que son suavizados (no
tienen variaciones bruscas) y que consideran el efecto de varios terremotos, es decir que
representan una envolvente de los espectros de respuesta de los terremotos típicos de
una zona.
Los espectros de diseño se obtienen generalmente mediante procedimientos
estadísticos, cuya descripción detallada escapa al alcance de este trabajo. Se utilizó el
siguiente espectro reducido para la modelación del edificio en el programa SAP2000.
Figura 31 Espectro de diseño utilizado en el análisis sísmico del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J.
9.4 Modelación computacional utilizando SAP2000 v18.2.0
Dentro de los objetivos del presente trabajo investigativo está el conocer el estado de
resistencia actual de la estructura del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S. J., para
ello se utilizó el software SAP2000 al cual se introdujo el modelo del edificio, con las
características de los materiales. Primeramente se realizó un análisis a los elementos
con la resistencia de diseño de los elementos estructurales y posteriormente se
introdujeron los valores de resistencia del concreto actual, los cuales se obtuvieron
mediante el ensayo de martillo suizo y el ensayo de pulso ultrasónico.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
44
Figura 32 Modelo del edificio Julio y Adolfo López de la Fuente S.J., en el software de análisis SAP2000
Para lograr un modelo representativo del edificio se introdujeron materiales y
dimensiones de cada uno de los elementos estructurales de acuerdo a los planos. Se
calculó e introdujo las cargas a las que se encuentra sometido, de la misma manera se
tomó en cuenta un espectro de diseño sísmico reducido y todas las combinaciones de
carga por método de resistencia última y por método elástico, según dicta el Reglamento
Nacional de la Construcción (RNC-07).
Definidas todas las condiciones de carga del edificio, se procedió a correr el programa y
a continuación realizar el análisis de los resultados
10. RESULTADOS
10.1 Revisión de documentación del proyecto
10.1.1 Bitácoras de obra
Se revisaron cinco bitácoras del proyecto denominado por los desarrolladores como
“Laboratorios Ingeniería UCA”, en ellas se identifican algunas de las situaciones que
repercutieron en los daños presentes en la estructura a tan temprana de edad.
A continuación se presenta una recopilación de algunas hojas de bitácoras donde se
detallan aspectos de interés en la construcción.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
45
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras
Descripción Hoja de bitácora
En la hoja 15 de la primera bitácora
la supervisión comunica algunas
recomendaciones al contratista
como el cuidado de las terrazas, la
protección del personal y la
utilización de material adecuado
para el desarrollo de labores de
excavación.
En la hoja 17 de la primera bitácora
la supervisión ordena al contratista
retirar toda la capa de arena debajo
del nivel del mejoramiento para los
cimientos.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
46
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
En la hoja 26 la supervisión pide al
contratista hacer un mayor
esfuerzo para mantener la
escuadra, líneas y plomadas en el
armado del refuerzo de los
cimientos. De igual forma recuerda
el cuidado sobre la higiene y
protección de los trabajadores, el
uso de los equipos necesario y el
respeto de las distancias de
recubrimiento mínimo de 3” en
estos elementos.
En la bitácora 38 la supervisión
recuerda y solicita al contratista
cumplir con las especificaciones
técnicas respecto a la mezcla y
procedimiento de colocación del
concreto
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
47
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
En la hoja 21 de la bitácora 2, la
supervisión solicita al contratista
eliminar impurezas y
contaminantes presentes en la
arena y grava a utilizar en la
fabricación del concreto.
En la hoja 23 de la bitácora 2 la
supervisión solicita la demolición
de dos muros por el uso de arena
contaminada en el concreto
utilizado. De la misma manera
anticipa el rechazo de cualquier
elemento construido con mezclas
de concreto utilizando la misma
arena.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
48
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
Ante la solicitud de aprobación de
llena de concreto del contratista, en
la hoja 28 de la bitácora 2, la
supervisión mandata la correcta
colocación de las formaletas para
garantizar la verticalidad y recordar
el correcto curado del concreto
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
49
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
La supervisión solicita no dejar
inconclusos muros colados para
hacer el receso de los trabajadores
dado que esto genera juntas frías,
la supervisión señala que “no se
permitirán más juntas frías que las
obligadas”, esto deja a entrever la
falta de fuerza en las labores de
supervisión y falta de orden como
constructor. Factores que son
comprometedores para la
resistencia y vida útil de la
estructura.
Se indica el procedimiento de
piqueteo y relleno con epóxico
Sikadur 32 para reparar el
problema de segregación en todos
los elementos estructurales, ya que
según lo escrito es un problema
recurrente.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
50
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
En la hoja 7 de la bitácora 3,
Supervisión afirma el alabeo en los
muros desencofrados por el
contratista, se le solicita a este
último el cuidado con el plomo y el
control de calidad del concreto para
evitar la segregación presente en
los elementos.
Se deja ver la falta de rigor de la
supervisión tratando de corregir el
problema de la segregación del
concreto y a la vez tomando
decisiones fuera de lugar, a cómo
puede leerse en esta hoja “curar el
concreto con el recubrimiento de
yute”, puesto que es mínima la
humedad que puede recibir el
concreto al estar en contacto con
tela.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
51
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
Para corregir la cantidad de errores
constructivos, se utilizó repello.
Prueba de ello en esta hoja la
supervisión declara que se han
encontrado espesores de repello
de hasta 6 cm cuando en planos el
repello va de 3 a 4 cm en
dependencia del elemento.
Un dato importante de resaltar son
los cambios en el diseño que
fueron aprobados por el Ing.
Rodríguez (supervisor), acto que
compete al diseñador estructural y
no al supervisor. En esta hoja se
confirma el cambio de resistencia
para las vigas V-1 de 3500 PSI (de
diseño) a 5000 PSI (mandato de
supervisión). Uno de los criterios
para diseño estructural es el de
hacer columna fuerte y viga débil,
en el caso de la construcción de
este edificio el concepto fue hacer
viga fuerte y columna débil lo cual
no puede decidirse en campo y
además puede comprometer el
comportamiento y la vida útil de
diseño de la estructura.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
52
Tabla 2 Evidencias de las anomalías presentes en las bitácoras (continuación)
La supervisión solicita la calidad de
las obras por el motivo del
desplome en paredes y las fallas en
el repello como el desprendimiento
del mismo.
Se realizaron cambios en el diseño estructural no autorizados por el diseñador, avalados
por el supervisor de obra, estos fueron realizados por comodidad en el proceso
constructivo.
La falta de supervisión en el proceso constructivo repercutió en gran magnitud en la
calidad de la obra, ya que se presentaron situaciones en donde se necesitaba una acción
inmediata, lo que no se obtuvo por parte del encargado.
Se evidenció las patologías congénitas presentes en la estructura, las cuales van desde
modificaciones de materiales, modificaciones en el diseño, malas prácticas constructivas.
10.1.2 Proceso constructivo
Acerca del proceso constructivo del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la
Fuente S.J., se registraron fotografías por parte del dueño, a continuación se presentará
una tabla con la descripción e imagen de procedimientos constructivos erróneos que
pudieron incidir en los daños que el edificio sufre hoy día.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
53
Figura 33 Segregación del agregado en los muros
La falta de vibración de la mezcla a la hora de encofrar produce una mezcla no uniforme
facilitando la entrada de agua en los poros, aumentando las posibilidades de padecer
lesiones por humedad.
La segregación del agregado limita la adherencia del concreto y del acero produciendo
así resistencias heterogéneas dentro del mismo elemento, esto se confirma con el amplio
margen de valores obtenidos en el ensayo del martillo suizo. Además la mala distribución
de la mezcla incide en las deformaciones del concreto y es determinante en la formación
de grietas.
Bolsas de cemento como
parte de los elementos
estructurales
Ampliación de imagen, bolsas
de cemento como separación entre una colada
y otra
Segregación del agregado
en muros
Segregación de agregados
en muros
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Figura 34 Exposición del refuerzo longitudinal
El insuficiente recubrimiento de los elementos, provoca la exposición del acero a las
acciones agresivas del medio ambiente. La separación del acero transversal origina el
pandeo del acero longitudinal disminuyendo así, la resistencia a cortante y a momentos
torsionantes.
El mal anclaje en los nodos de los elementos produce fisuras verticales en la parte
superior de las vigas y en las uniones con los muros.
El curado que se dio al concreto produce fisuras por retracción, estas forman telarañas
unas con otras. Uno de los casos observados fue en el laboratorio de estructuras. Un
inadecuado proceso de curado influye en la resistencia alcanzada del concreto.
A continuación se muestra evidencias de los problemas mencionados anteriormente.
Exposición del refuerzo longitudinal en muro.
Exposición del refuerzo
longitudinal en muro.
Reparación de daños en
construcción de muros
Reparación de muros en proceso
constructivo
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55
Figura 35 Evidencias de las prácticas constructivas
10.2 Pruebas no destructivas
10.2.1 Resultados ensayo con esclerómetro
La resistencia a compresión de los elementos varía considerablemente, teniendo en
cuenta la segregación, desprendimiento de repello y falta de uniformidad del concreto
evidenciado en el proceso constructivo. Las resistencias en los muros y columnas varían
en un rango de 1700 psi a 2100psi.
Los elementos estructurales que se constató tienen mayor uniformidad son la losa de
piso seguida de la losa de techo y la de entrepiso. Para tener una mejor apreciación de
los datos ver (Tablas 16. hasta Tabla 24 del Anexo F).
A continuación se resumen los resultados obtenidos mediante el ensayo:
Presencia de ratoneras,
juntas frías en elementos verticales
Mal empalme en nodos de elementos
estructurales
Curado del concreto con
yute
Curado del concreto con
yute
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56
Tabla 3 Resistencias promedios de los elementos estructurales
Resultados obtenidos
Columnas Fc
promedio (kg/cm2)
Ec Promedio (Kg/cm2)
Variación de Ec (%)
ɣactual (Kg/cm3)
CE-1 148 183647 7.4% 2398
CE-2 134 174683 12% 2397
CI-1 141 179221 6% 2399
CI-2 135 175828 8% 2398
Muros Fc
promedio (kg/cm2)
Ec Promedio (Kg/cm2)
Variación de Ec (%)
ɣactual (Kg/cm3)
M-1 136 176462 14% 2397
M-2 121 166243 13% 2397
Vigas Fc
promedio (kg/cm2)
Ec Promedio (Kg/cm2)
Variación de Ec (%)
ɣactual (Kg/cm3)
VE 148 183647 7% 2398
VT 276 250909 3% 2399
Losa Fc
promedio (kg/cm2)
Ec Promedio (Kg/cm2)
Variación de Ec (%)
ɣactual (Kg/cm3)
LP 411 306253 2% 2400
LE 283 254089 8% 2398
LT 380 294490 3% 2399.38
10.2.2 Resultados de la profundidad de grietas mediante el pulso ultrasónico.
Se consideran fallas por repello aquellas grietas que no excedan de 0.03 m o 0.04 m de
profundidad, dado que estos valores son los dados como recubrimiento en los elementos
estructurales en estudio. Las grietas que excedan estos valores son de profundidad
considerable dado que es un daño en el concreto.
La grieta de escalera medida en la V-8, nombrada como ítem 1, presenta una profundidad
máxima de 0.184 m cuando el ancho del elemento es de 0.25 m, se constató que la grieta
ocupa el 74% del espesor de la sección.
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57
Según el ensayo de pulso ultrasónico esta grieta tiene una profundidad mínima de 0.043
m hasta 0.21 m, pertenece a un muro de tipo M-8 (Ver sección en Anexo B).
Otras de las fisuras considerables de acuerdo a los resultados es la de la viga de escalera
(Eje 6B-C), La cual tiene 0.184m.
10.3 Resultados del análisis estructural asistido por SAP 2000
El análisis computacional del edificio fue realizador por medio del programa SAP2000
siguiendo la metodología descrita anteriormente, a continuación se presentan los
resultados obtenidos y su interpretación:
Figura 36 Chequeo de resistencia de los elementos frontales
Se realizó el chequeo de la estructura en el programa SAP2000, el cual determina el
porcentaje de trabajo de cada elemento. En la figura 36 se puede observar que la mayoría
de los elementos del edificio (presentados en color cyan) estando sometidos a las cargas
actuantes (cargas vivas, cargas extras, Peso propio) trabajan a menos del 50% de su
capacidad de resistencia. Este resultado confirma la hipótesis de que el edificio fue
modificado en campo (según bitácoras) pasando de un sistema de vigas y columnas de
concreto con cerramiento de mampostería (como figura en los planos arquitectónicos) a
uno de muros adaptados a la arquitectura del edificio con vigas de confinamiento, sistema
que fue avalado por la supervisión.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
58
Figura 37 Chequeo de resistencia de los elementos en la parte trasera
La parte trasera del edificio muestra sobrediseño en los elementos verticales y
horizontales, la escala de color en cyan indica que el elemento está trabajando al 50% o
menos de su capacidad. En esta parte del edificio existe una mayor cantidad de muros
proporcionando un mayor porcentaje de rigidez.
10.3.1 Periodo de vibración de la estructura
Figura 38 Periodo fundamental de vibración de la estructura
Se realizó un análisis modal en el programa SAP2000, del cual se obtuvo el periodo de
vibración fundamental de la estructura. Este período se da por la sumatoria de las
participaciones de masas en cada nivel. Se dice que el periodo fundamental de la
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59
estructura es aquel donde participa igual o más del 90% de las masas en cada dirección.
Para la dirección Y, el período fundamental se presenta en el modo 11 con un valor de
0.046 segundos y para la dirección X el período fundamental se da en el modo 12 con un
valor de 0.042 segundos. Estos valores nos confirman la rigidez de la estructura por ser
relativamente bajos en comparación con los valores aproximados en edificios de dos
niveles.
10.3.2 Esfuerzos Von Mises
Para verificar los esfuerzos que provocan agrietamiento en el concreto. Se obtuvieron del
programa los esfuerzos de Von Mises, cuando el esfuerzo actuante en el concreto
sobrepasa el 50% de su resistencia a la fluencia según esta teoría se dice que se produce
la falla por corte o agrietamiento.
Figura 39 Esfuerzos de Von Mises
En la figura 39 se muestra como en uno de los muros el esfuerzo sobrepasa el 50% de
la resistencia a la fluencia de estos elementos, que es de 240 kg/cm2. Se verifica que
estos esfuerzos están provocando corte en el elemento.
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Figura 40. Esfuerzos de Von Mises en muros
La figura 40 es otro ejemplo de cómo se excede el 50% de la resistencia a la fluencia del
concreto y se provoca fallas por corte en el elemento, soportado por la inspección visual
y el catálogo de daños.
11. PROPUESTA DE INTERVENCIÓN EN VIGAS DE ENTREPISO UTILIZANDO
FRP
El diseño de reforzamiento utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono
se encuentra normado por la Asociación Americana del concreto mediante la norma ACI
440.2R-08 tomando como referencia el Capítulo 10 y 11 Resistencia a esfuerzos
flexionantes y cortantes respectivamente; además es necesario tomar en cuenta las
consideraciones de diseño del Capítulo 10 y 11 de la norma ACI 318 S-11 para las
condiciones existentes del concreto y el acero. A continuación se detallarán los pasos y
datos preliminares a tomar en cuenta en el diseño del reforzamientos de las vigas.
11.1 Datos preliminares
1. A partir del análisis del comportamiento de la estructura en SAP se seleccionó la
viga crítica del sistema de entrepiso, con las condiciones de carga máxima a las
que está expuesta el elemento: Mu Momento actuante máximo, Vu el cortante
último, MDL Momento generado por las cargas muertas y el MLL Momento generado
por las cargas vivas.
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61
2. El valor promedio de resistencia del concreto obtenido en la prueba del martillo
suizo fue necesario para determinar el módulo de elasticidad del concreto
utilizando la ecuación descrita en la sección 8.5.1 del ACI 318S-11.
3. Se calculó el factor de transformación para el bloque rectangular β1, teniendo en
cuenta la resistencia del concreto, sección 10.2.7.3 del ACI 318S-11.
4. Se seleccionó el fabricante de las láminas, de acuerdo a las características de
resistencia dadas en el mercado.
5. Fueron necesarias la ficha técnica (ver Anexo H) dada por el fabricante para
realizar una corrección de las propiedades mecánicas del FRP descritas en la
sección 9.3.4 y 9.4 del ACI 440.2R-08.
6. Las correcciones de las propiedades mecánicas se realizó utilizando el factor de
reducción, el cual toma en cuenta las condiciones de exposición y el tipo de fibra.
Este se determinó utilizando la tabla 9.1 del ACI 440.2R-08.
7. Las características físicas de las láminas serán necesarias para calcular el área
transversal de estas.
11.2 Diseño para la resistencia a flexión
Utilizando los datos preliminares descritos anteriormente y las condiciones críticas de
carga del elemento se procede a realizar el diseño para la resistencia al momento
flexionante.
1. Antes de adherir las láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono es
necesario conocer las condiciones de deformación presente en la viga.
2. Para calcular la deformación unitaria inicial se determinó el momento de inercia
con respecto al eje neutro de la cara a compresión, posteriormente se calculó la
altura del bloque a compresión.
3. Se determinó el modo de falla de desunión de la FRP, aplicando la ecuación 10-2
del ACI 440.2R-08.
4. Se realizó una estimación inicial de la profundidad del eje neutral. Esta debe ser
corregida de manera que se alcance un equilibrio entre las condiciones de
deformación del acero y el concreto.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
62
5. Es necesario conocer el nivel de deformación efectiva en la lámina polimérica a
través de la ecuación 10-3 del ACI 440.2R-08.
6. Se revisó que la deformación efectiva de la lámina sea menor que la deformación
por desunión, de lo contrario se deben igualar.
7. Conociendo las deformaciones iniciales y las deformaciones del reforzamiento de
fibra se procede a calcular la deformación del concreto.
8. Se calculó la deformación que sufre el acero, esta está dada por la ecuación 10-
10 del ACI 440.2R-08.
9. Una vez conocida la deformación del acero y de la fibra se calculó el nivel de estrés
en el acero de refuerzo y en la lámina polimérica, aplicando las ecuaciones 10-11
y 10-9 del ACI 440.2R-08 respectivamente, cada destacar que el esfuerzo del
acero no debe ser mayor que su resistencia última.
10. Se procedió a chequear las condiciones de equilibrio en la zona de compresión,
calculando una vez más la profundidad del eje neutro con la ecuación 10-12 del
ACI 440.2R-08. Si dicha profundidad no es igual a la estimación inicial es necesario
iniciar un proceso iterativo y repetir los pasos del 5 al 9, teniendo en cuenta que la
deformación del concreto no debe exceder 0.003.
11. Se calculó el momento resistente considerando las condiciones del acero y del
reforzamiento de la fibra de carbono aplicando la ecuación 10-13 del ACI 440.2R-
08, para luego compararlo con el momento actuante máximo.
12. Para evitar deformaciones inelásticas es necesario conocer las condiciones de
servicio en el refuerzo de acero, ecuación 10-14 del ACI 440.2R-08, esta no debe
exceder el 80% de su estado límite, ecuación 10-6 del ACI 440.2R-08.
13. Po último, es necesario calcular los esfuerzos por falla y ruptura de la fibra con la
ecuación 10-15 del ACI 440.2R-08, esta no debe exceder el 55% de la resistencia
última a tensión de la fibra.
11.3 Diseño para la resistencia a cortante
1. La cortante nominal se calcula considerando los 3 componentes del elemento:
concreto, acero y la fibra de carbono, así que antes de iniciar el diseño para el
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63
reforzamiento es necesario conocer las condiciones a las que está trabajando los
componentes iniciales: El cortante que actúa en el concreto y en el del acero.
2. Conocer la deformación efectiva en el refuerzo de corte de la fibra depende de las
caras que se pretenden envolver; debido a que se trata de las vigas de entrepiso
se realizará la envoltura en tres caras, para este caso se utilizó la ecuación 11-6b
del ACI 440.2R-08, la cual indica que dicha deformación debe ser menor que
0.004.
3. Debido a que la FRP se propone colocar solo en 3 caras, la fibra tiende a
desprenderse, por lo tanto fue necesario calcular el coeficiente de reducción de
adherencia del concreto, ecuación 11-7 del ACI 440.2R-08.
4. Para calcular el coeficiente de reducción de adherencia del concreto se debe
conocer la longitud sobre la cual se mantiene la mayor parte de la tensión de
enlace de la fibra aplicando la ecuación 11-8 del ACI 440.2R-08. También se
calculó los factores de modificación que dan cuenta de la resistencia del concreto
(K1) y el tipo de esquema de envoltura utilizado (K2), ecuación 11-9 y 11-10 del
ACI 440.2R-08. respectivamente.
5. Aplicando la ecuación 11-4 del ACI 440.2R-08, se determinó el área de refuerzo
de cizallamiento de la fibra.
6. La deformación efectiva y el módulo de elasticidad de la fibra fueron necesarios
para calcular el esfuerzo efectivo de la lámina, ecuación 11-5 del ACI 440.2R-08.
7. Una vez obtenido el área de refuerzo de cizallamiento de FRP y el esfuerzo
efectivo se procede a calcular la contribución de refuerzo a cortante de la lámina,
aplicando la ecuación 11-3 del ACI 440.2R-08.
8. Se cercioró que la contribución del refuerzo de acero y la fibra de carbono a resistir
el cortante sea lo suficiente, tomando como referencia la ecuación 11-11 del ACI
440.2R-08.
9. Se calculó la resistencia nominal al cortante considerando las condiciones del
concreto, acero y del reforzamiento de la fibra de carbono aplicando la ecuación
11-2 del ACI 440.2R-08., para luego compararlo con la fuerza actuante mayorada.
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64
12. RESULTADOS DEL REFORZAMIENTO UTILIZANDO FRP
Se presentan los resultados obtenidos del diseño de reforzamiento de las vigas de
entrepiso, ya que son estos, los elementos que sin lugar a duda se encuentran
mayormente expuestos a esfuerzos cortantes inducidos en un evento sísmico, además
es necesario proporcionar flexibilidad para que la estructura tenga la capacidad de disipar
la energía ante la acción de las fuerzas, sin que ello implique su falla por falta de
resistencia.
12.1 Datos preliminares
A partir de la modelación realizado en SAP 2000 V182.0 se determinó las condiciones c
de carga máximas a las que está expuesta la viga crítica del entrepiso.
Figura 41 Momento y cortante actuante máximo
Previamente al diseño de reforzamiento es necesario tomar en cuenta consideraciones
preliminares. En la siguiente tabla de resumen se muestran dichos valores.
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65
Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento
Descripción Unidades
Unidades
Condiciones de cargas críticas obtenidas en SAP
Mu Momento actuante máximo 2532.370 Kips.in 29176.05 Kgf.m
MDL Momento generado por las cargas muertas 168.225 Kips.in 1938.16 Kgf.m
MLL Momento generado por las cargas vivas 668.204 Kips.in 7698.54 Kgf.m
Ms Momento generado por las CM Y CV 836.429 Kips.in 9636.7 Kgf.m
Vu Cortante último 260.004 Kips 117935.81 kgf
Resistencia de los materiales
Resistencia del concreto 3.015 ksi 212 kgf/cm2
Resistencia del acero 40 ksi 2812 kgf/cm2
Dimensiones de la viga
Long. de la viga I 8.694 ft 2.65 m
Ancho de la viga w 11.811 in 0.25 m
Recubrimiento 2 in 0.0508 m
Altura de la viga h 19.685 in 0.5 m
Peralte efectivo d 17.685 in 0.4492 m
Reforzamiento de acero
#var. Ref 7
Cantidad. Varilla 4
Área de acero 2.405 in2 15.517917 cm2
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Tabla 4 Datos preliminares para el diseño de reforzamiento (continuación)
Propiedades mecánicas del FRP dadas por el fabricante
ffu Resistencia última a tensión 418.878 ksi 29450 kgf/cm2
Efu Deformación unitaria dada por el fabricante 0.016 in/in 1.606%
Ef Módulo de elasticidad 23468.520 ksi 1650000 kgf/cm2
En la Tabla 4 se muestran las propiedades mecánicas corregidas para las láminas de
fibra de carbono dadas por el fabricante, Sika®CarboDur®.
Con los datos anteriores se procede a diseñar el reforzamiento para resistencias a flexión
y a corte, ambos se realizan de manera independiente. En el Anexo G se detalla el
procedimiento seguido para los diseños.
12.2 Diseño para la resistencia a flexión
El reforzamiento a flexión se logra colocando la fibra de carbono en la cara a tensión de
las vigas orientadas paralelas al eje longitudinal de dicho elemento. Por lo tanto, es
necesario cerciorarse de las deformaciones producidas por la fibra y la de los materiales
existentes, estas son directamente proporcionales a la profundidad del eje neutro. A
continuación se muestran los resultados obtenidos de las deformaciones unitarias que
estarán expuesta el elemento una vez realizado el chequeo de las condiciones de
equilibrio del bloque a compresión.
Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento
Descripción Simbología Magnitud Unid. Magnitud Unid.
Profundidad del eje neutro C 11.9303 in 0.30303 m
Deformación unitaria presentes en la superficie antes de adherir la lámina FRP
Ebi 9.95E-05
Deformación unitaria del concreto Ec 0.003
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Tabla 5 Modos de fallas de los materiales y esfuerzos del reforzamiento (continuación)
Deformación unitaria en el acero Es 0.001001
Deformación por ruptura de la lámina de FRP Efd 0.001369
Deformación unitaria en la lámina de FRP
Efe 0.00125
Esfuerzo en el acero Fs 34 ksi 2390.436 kg/cm2
Esfuerzo en la lámina de FRP Ffe 29.32415 ksi 2061.691 kg/cm2
La deformación que se obtuvo por ruptura o desprendimiento de la lámina de carbono es
menor al 90% de la deformación unitaria dada por el fabricante, restricción dada como un
factor de seguridad al presentarse delaminación de la fibra de carbono en los puntos de
terminación.
La capacidad nominal a flexión de la viga está dada por el momento resistente producido
por el acero y el momento resistente producido con el reforzamiento de las láminas
poliméricas. A continuación se detallarán los resultados obtenidos en el diseño a flexión:
Tabla 6 Momento resistente de la viga reforzada con FRP
Descripción Simbología Magnitud Unid. Magnitud Unid.
Momento resistente del acero de refuerzo Mns 1009.420 Kips.in 11629.77 Kg.m
Momento resistente de la lámina de fibra de carbono Mnf 2671.563 Kips.in 30779.73 Kg.m
Factor de reducción por resistencia φ 0.9
Factor de reducción de resistencia del FRP ѱ 0.85
Momento resistente con el acero de refuerzo φ Mns 908.478 Kips.in 10466.8 Kg.m
Momento resistente total φMn 2952.224 Kips.in 207561.8 Kg.m
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El momento resistente producido solo con el refuerzo de acero es de 10,466.8 kg. m
menor a las solicitaciones de carga, pero una vez retomado la resistencia que aporta la
fibra el momento nominal aumenta a 207,561.8 kgf.m > 29,176.05 kgf.m.
Para cumplir con la solicitud de resistencia que requiere la viga se propone un área de
lámina polimérica igual a 5.58in2 con un espesor de 1.44 cm.
Figura 42 Detalle del reforzamiento de la viga a momentos flexionantes utilizando láminas poliméricas reforzadas con fibra de carbono.
12.2.1 Condición de servicio del acero de refuerzo
La tensión en el refuerzo de acero bajo cargas de servicio, es decir las producidas solo
por las cargas muertas y las cargas vivas es de 8.21 Ksi por debajo del 80% de su estado
límite elástico, por lo tanto el nivel de tensión producido por el reforzamiento es el
adecuado.
12.2.2 Falla por fatiga y ruptura por flujo en las láminas de fibra de carbono
Los esfuerzos en las láminas FRP de fibra de carbono bajo cargas sostenidas de servicio
y las cargas de servicio cíclicas constantes por un periodo de tiempo prolongado es de
6.162 Ksi por debajo del 55% de la resistencia a tensión corregida de la fibra de carbono,
de este modo se asegura que las fallas de esta naturaleza se producirán a esfuerzos
mayores que su resistencia última.
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69
12.3 Diseño para la resistencia a cortante
Para el reforzamiento a cortante se propone colocar las láminas de FRP con la fibra
orientadas perpendicular al eje longitudinal del elemento estructural. Las láminas se
colocarán en 3 caras del elemento a una separación de 10 cm. En la figura 44 se detallará
la posición del reforzamiento propuesto.
Figura 43 Detalle del reforzamiento de la viga a fuerzas cortantes
A continuación se presentan los resultados obtenidos mediante el diseño de
reforzamiento a fuerzas cortantes:
Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas cortantes
Descripción Simbología Magnitud Unid. Magnitud Unid.
Longitud de unión activa Le 0.780 in 0.019805 m
Coeficiente de reducción de
adherencia Kv 0.081
Factores de modificación del
coeficiente de reducción
K1 0.828
K2 0.939
Deformación efectiva del FRP Efe 0.001
Esfuerzo efectivo en la FRP ffe 30.408 ksi 2137.887 kg/cm2
Resistencia al cortante
proporcionada por la lámina de
FRP vf 36.673 kips 16634.47 kg
Resistencia al cortante
proporcionada por el concreto Vc 22.940 kips 10405.38 kg
Resistencia al cortante
proporcionada por el acero Vs 323.732 kips 146842.4 kg
Factor de reducción por resistencia φ 0.75
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Tabla 7 Resultados obtenidos en el diseño de reforzamiento para la resistencia a fuerzas
cortantes (continuación)
Factor de reducción de resistencia
del FRP ѱ 0.85
Resistencia al cortante sin FRP φ(Vc +Vs) 260.004 kips 117935.8 kg
Resistencia al cortante con FRP φVn 283.383 kips 128540.3 kg
La deformación máxima que puede alcanzar la lámina de FRP es de 0.0013, por debajo
del 0.004 establecido como valor máximo de deformación, teniendo en cuenta que el tipo
de falla presente en las láminas es por adherencia, ya que se propone colocarla solo en
tres caras de la viga. Es por ello que se redujo la deformación efectiva utilizando un
coeficiente de reducción por adherencia
La cortante resistente sin FRP 117,935.81kgf es igual a la cortante máxima que actúa en
la viga, por lo tanto a la el factor de sobre resistencia es de 0% no permitiendo dejar un
margen de seguridad en la condición de carga del elemento.
Una vez incorporado el aporte de la fibra la resistencia al cortante de la viga aumenta a
128540.3 kgf proporcionando un 8% de sobre resistencia.
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71
13. CONCLUSIONES
A partir de los objetivos planteados en este trabajo y de los resultados obtenidos en el
proceso de auscultación de la estructura y del modelamiento del edificio, se puede
concluir que:
1. La obra civil del edificio fue afectada a partir de una serie de procedimientos
inadecuados y decisiones incorrectas, tanto por parte de la constructora como de
la supervisión. En una determinada obra la supervisión se debe encargar de velar
por los intereses del dueño y el cumplimiento de todos los alcances del proyecto
de acuerdo a normativas vigentes. De no ser así la supervisión tiene la potestad
de exigir un trabajo de calidad por parte del contratista y aplicar las sanciones de
acuerdo a lo estipulado en el contrato. Tanto la inexperiencia del contratista como
la falta de rigor en la supervisión fueron puntos clave.
Según revisión de bitácoras (documento oficial del proyecto), se comprobó que
hubo segregación en muros, columnas, vigas, que se incumplía la verticalidad del
acero, que existieron espesores de recubrimiento de hasta 6 cm cuando en planos
se indica 4 cm, el uso de agregado fino y agregado grueso contaminado,
problemas con formaleteado, problemas de curado, y todo en conjunto con la
rigidez del edificio desencadenó los daños que sufre hoy día.
2. Los cambios estructurales que surgieron en campo y que fueron aprobados por la
supervisión, agregaron cargas al edificio, estas cargas no estaban consideradas
en el diseño estructural y aumentaron el peso propio, comprometiendo los
elementos principales a soportar o resistir mayor carga de la prevista.
3. Las fallas en la losa de piso las cuales siguen un patrón, partiendo
aproximadamente del centro de cada junta, estas ocurrieron ya que no se respetó
la independencia entre el desplazamiento de la estructura de piso y las paredes.
Según detalle en planos se debió hacer una junta de construcción entre estos dos
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72
elementos y colocar backer rod más sello. De haberse seguido esta indicación se
pudo evitar que las fallas del piso afectaran las paredes, como ocurrió.
En muros y columnas la falla se presenta a la misma altura en que se realizó cada
llena de concreto, sitios donde en evidencia fotográfica se observa segregación,
pérdida de lechada, ratoneras, bolsas de concreto como parte de los elementos y
por la fragilidad de la misma estructura se presta a sufrir más daños (fallas) por
cortante ante la ocurrencia de eventos sísmicos. Este corte en muros obliga a vigas
que son las que forman un anillo en la estructura a fallar por corte de igual manera
o lo que se conoce como viga castigo entre muros de concreto de alta rigidez.
4. Los daños encontrados, bajo cargas gravitacionales, dadas por las condiciones
actuales de servicio de la estructura no ponen en riesgo su estabilidad. No así,
ante la ocurrencia de eventos sísmicos de considerable magnitud podrán poner en
peligro la seguridad del edificio, disminuyendo drásticamente su vida útil.
5. Mediante el ensayo de pulso ultrasónico se logró identificar y clasificar los daños
por agrietamiento en los elementos críticos. Se encontraron fisuras las cuales
afectan solamente a nivel de repello, grietas las cuales tienen una profundidad
intermedia en el nivel del elemento, es decir que afectan a profundidad del 50% o
menos de la longitud de la sección transversal y se determinaron fracturas donde
el daño penetra totalmente en toda la sección transversal del elemento. Según los
resultados presentados en el ensayo del pulso ultrasónico los elementos que
presenten grietas y fracturas deben ser reforzados con fibra de carbono para no
comprometer la estabilidad del edificio ante cualquier evento y el tratamiento de la
fisura se realizará con sello epóxico mediante un procedimiento que se presentará
posteriormente en las recomendaciones.
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73
14. RECOMENDACIONES
Ante cualquier decisión tomada en la construcción se debe tener claro las
actividades y atribuciones que corresponde de acuerdo al cargo dado, ya que las
decisiones siempre tendrán un impacto en la estructura. En caso de la supervisión
está deberá limitarse a cumplir con las especificaciones dadas por el diseñador.
Es imprescindible que se respeten todas las especificaciones de material y de
diseño para que el comportamiento de la estructura sea de cierto modo predecible,
o bien cumpla con las proyecciones realizadas durante su concepción.
Se recomienda realizar las reparaciones necesarias en los conductos de aire
acondicionado para evitar filtraciones y humedad en el cielo raso.
Intervención en las fisuras
Se debe realizar un plan de reparación de daños en las fisuras, teniendo en cuenta
su profundidad, ya que se propone dos metodologías distintas de acuerdo a dicho
criterio. Cabe destacar que al ejecutar las obras de intervención estas deben estar
avaladas por personas certificadas y con vasto conocimiento en el campo.
Para fisuras menores a 3 cm se debe seguir la siguiente metodología:
Trazar el perímetro de trabajo en las zonas que lo amerita, para posteriormente
retirar el recubrimiento y cepillar la zona con cerdas de acero u otra herramienta
abrasiva de modo que la superficie quede completamente rugosa.
Extraer material a una profundidad indicada por el personal a cargo de la
intervención. La perforación se debe realizar sin verse afectado el refuerzo, por lo
tanto se debe tener cuidado y mantener una distancias a las barras de acero.
Limpiar la superficie de todo tipo de contaminante, partículas sueltas u otro agente
que altere la adherencia del concreto endurecido con el producto que se va a
aplicar.
Aplicar concreto fluido para rellenar la superficie, se recomienda Sika
Concrelisto-RE 5000, el cual permitirá alcanzar la alta manejabilidad requerida
para fundir secciones densamente armadas, de bajo o altos espesores. Además
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aumentará la resistencia mecánica del concreto. Ver Anexo H para revisar la hoja
técnica del producto.
Para garantizar una pega completa entre el concreto nuevo Sika Concrelisto-RE
5000 y el concreto endurecido se deberá utilizar un adhesivo epóxico Sikadur 32
Hi-Mod LPL. El epóxico deberá estar fresco, pegajoso al tacto cuando se aplique
el Sika Concrelisto-RE 5000.
Una vez finalizado el procedimiento se deberá aplicar mortero para repellar la
zona, pulir y pintar de nuevo de modo que no se altere la estética.
Las fisuras mayores a 3 cm se tratarán de la siguiente manera:
Se debe preparar la superficie, eliminando el recubrimiento a una distancia de 5cm
a cada lado de las grietas a tratar, se debe llegar hasta el acero de refuerzo para
posteriormente limpiar las barrar asegurándose de eliminar polvo u otro
contaminante.
Una vez realizado la limpieza de la superficie, se procede a sellar la grieta
aplicando pasta epóxica estructural, se recomienda utilizar Sikadur Injection
GEL, este deberá ser aplicado con un equipo de inyección automático a presión.
Se recomienda revisar la hoja técnica del producto para tener conocimiento de sus
propiedades mecánicas. (Var Anexo H).
Una vez sellada las fisuras se procede aplicar concreto fluido sin retracción para
sellar, se propone utilizar Sika Concrelisto-RE 5000. Ver Anexo H para revisar la
hoja técnica del producto.
Al igual que en el tratamiento de las fisuras con espesores menores a 3cm se
deberá utilizar un adhesivo epóxico Sikadur 32 Hi-Mod LPL antes de colocar el
concreto fluido.
Reforzamiento de vigas de entrepiso
El reforzamiento de las vigas se realizará con láminas poliméricas de fibra de
carbono Sika® CarboDur® supervisado por personal calificado. A continuación
se detallará el procedimiento que se deberá seguir:
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75
Limpiar la superficie y eliminar cualquier recubrimiento de mortero donde se
pretende adherir la lámina.
Revisar si es necesario nivelar la superficie, si es necesario se nivelará aplicando
mortero de reparación estructural como el Sikadur®-30 y Sikadur® Arena en una
proporción que no exceda de 1:0.8 medida en peso. La tolerancia máxima es de
10 mm en una longitud de 2 m.
Se deberá tener cuidado a la hora de cortar las láminas al largo estipulado en el
diseño.
Para adherir la fibra al concreto se aplicará un adhesivo estructural Sikadur®-30
en la lámina Sika® CarboDur® mediante una espátula formando una capa de
aproximadamente 2 mm de espesor, esto puede diferir si el encargado de proyecto
lo autoriza.
Una vez untado el adhesivo colocar la lámina en las vigas formando una U,
cuidando que la lámina quede al ras de la losa.
Utilizando un rodillo de hule macizo u otra herramienta similar que pueda
proporcionar una presión uniforme, presionar la placa sobre el adhesivo hasta
expulsar material por ambos lados de la misma.
Remover el exceso de producto, tratando de dejar u chaflán del adhesivo en los
bordes de la lámina para asegurar que esta no se desprenda.
La lámina Sika® CarboDur® que se colocará en las vigas tendrá un espesor de
1.2 cm equivalentes a 12 capas, ya que el producto trae un espesor de 1.2mm,
con un ancho de 10 cm a una separación de 10cm.
Revisar las especificaciones técnicas de los productos a utilizar en el
reforzamiento, Ver Anexo H.
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15. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
American Concrete Institute. (2011). Reglamento para Concreto Estructural ACI
318-11. Estados Unidos: American Concrete Institute.
American Concrete Institute. (2008). Guía para el Diseño y Construcción de
Sistemas de FRP de unión externa para el Fortalecimiento de Estructuras de Concreto.
ACI 440.2R-08.Estados Unidos: American Concrete Institute.
Broto, C. (2005). Enciclopedia Broto de Patologias de la Construcción. Links
Internacional.
Cerna, M. & Galicia, W. (2010). Tesis: "Vida útil en estructuras de concreto armado
desde el punto de vista de comportamiento del material". Trujillo, Perú.
Escorcia, K. J & Ochoa, A. R. (2012). “Análisis de respuesta sísmica de sitio y su
efecto en el comportamiento dinámico de estructuras en el área urbana de la ciudad de
Managua”. Managua, Nicaragua: Tesis de grado de la Universidad Nacional de Ingeniería
Espinoza, H.A. (2014). Tesis: “Análisis de la capacidad de soporte del suelo de
cimentación del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S. J. de la
Universidad Centroamericana UCA”. Managua, Nicaragua.
Florentín, M., & Granada , R. (2009). Patologías constructivas en los edificios.
Prevenciones y soluciones. Paraguay: Universidad Nacional de Asunción.
Ministerio de Transporte e Infraestructura. (22007). Reglamento Nacional de la
Construcción. Managua, Nicaragua: Ministerio de Transporte e Infraestructura.
Moore,F.(2004). Recopilación de información sobre Amenaza Sísmica para
Managua: Proyecto Estudio de la Vulnerabilidad Sísmica de Managua. Managua,
Nicaragua.
Obando, T. Contexto geológico y particularidades geotécnicas de la Ciudad Capital
Managua. (Nicaragua) (1st ed.). Recuperado de
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
77
http://blog.uca.edu.ni/estructuras/files/2011/02/contexto-geologico-particularidades-
geotecnicas-managua.pdf
Sánchez, D. (2011). Durabilidad y patología del concreto. Colombia: Asociación
Colombiana de Productores de Concreto.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
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16. ANEXOS
Anexo A: Planos Arquitectónicos y Estructurales
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Anexo B: Dimensiones de los Elementos Estructurales
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80
Tabla 8 Tabla de columnas
Tabla de columnas
Ejes del
elemento
No.
Asignado
Tipo a b Refuerzo Rec Estribos
(m) (m) (cm)
6, A-B C-1 C-2 Ver
detalle
16#6 + 6#5 4 Est. Octuples #3
8, A-B C-2 C-2 Ver
detalle
16#6 + 6#5 4 Est. Octuples #3
B,1 C-3 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
B,12 C-4 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
C,6 C-5 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
C,8 C-6 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
E,1 C-7 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
H,2 C-8 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
H,11 C-9 C-1 Ver
detalle
12#7 4 Est. Cuadruples #3
1, C-D C-1' C-3 0.25 0.3 4#5 4 Estribos #3
12, C-D C-2' C-3 0.25 0.3 4#5 4 Estribos #3
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81
Tabla 9 Tabla de vigas
Tabla de Vigas
Ejes del
elemento
Tipo a b Refuerzo Rec Estribos
(m) (m) (cm)
6, A-B V-1 0.3 0.5 4#7 4 #3
8, A-B V-2 0.25 0.4 4#6 4 #3
B,1 V-3 0.25 0.5 4#7 4 #3
B,12 V-4 0.2 0.4 4#6 4 #3
C,6 V-5 0.2 0.25 4#4 3 #2
C,8 V-6 0.2 0.3 4#5 3 #3
E,1 V-7 0.15 0.15 4#3 3 #2
H,2 V-8 0.25 0.25 4#6 3 #3
H,11 V-9 0.2 0.4 4#5 3 #3
1, C-D V-10 0.2 0.55 4#6 3 #3
12, C-D V-11 0.25 0.4 4#7 3 #3
V-12 Ver detalle 11#7 3 Triples #3
V-13 0.2 0.5 4#6 3 #3
V-I 0.15 0.2 4#2 3 #3
Tabla 10 Tabla de muros
Tabla de Muros
Ejes del elemento
No. Asignado
Tipo a b Refuerzo Rec Estribos
(m) (m) (cm)
A,4 M-1 M-15
Ver detalle
8#8 + 4#7 + 2#3 4 Cuadruples #3
A,9 M-2 M-15
Ver detalle
8#8 + 4#7 + 2#3 4 Cuadruples #3
B,2 M-3 M-3 Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
3, B-C M-4 M-5 Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5
4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3
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Tabla 10 Tabla de muros (continuación)
Tabla de Muros
Ejes del
elemento
No. Asigna
do
Tipo
a b Refuerzo Rec
Estribos
(m)
(m)
(cm)
B, ent 3-4
M-5 M-12
Ver detalle
4#6 + 4#5 4 Dobles #3
B,4 M-6 M-8 Ver detalle
8#8 + 10#6 + 10#5 4 9#3
7, B-C M-7 M-17
Ver detalle
48#6 + 24#5 + 8#4 4 21#3
B,9 M-8 M-14
Ver detalle
8#8 + 10#6 + 10#5 + 3#3
4 9#3
B, 9-10 M-9 M-12
Ver detalle
4#6 + 4#5 4 Dobles #3
10, B-C
M-10 M-5 Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5 4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3
B,11 M-11 M-3 Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
C,1 M-12 M-3 Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
C,4 M-13 M-13
Ver detalle
8#8 + 6#6 + 12#5 +2#3
4 Sextuples #3
C,9 M-14 M-7 Ver detalle
8#8 + 6#6 + 12#5 +2#3
4 Sextuples #3
C,12 M-15 M-3 Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
D, 1-2 M-16 M-5 Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5 4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3
3, D-E M-17 M-1 Ver detalle
16#8 + 26#5 4 Dobles #3 + 4 alacranes #3
D,4 M-18 M-11
Ver detalle
8#8 + 6#6 + 18#5 4 9#3
D, ent 6-7
M-19 M-9 Ver detalle
8#7 + 6#5 4 Cuadruples #3
D, ent 7-8
M-20 M-9 Ver detalle
8#7 + 6#5 4 Cuadruples #3
D,9 M-21 M-10
Ver detalle
8#8 + 8#6 + 20#5 4 9#3
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Tabla 10 Tabla de muros (continuación)
Tabla de Muros
Ejes del
elemento
No. Asignado
Tipo
a b Refuerzo Rec
Estribos
(m)
(m)
(cm)
10, D-E
M-22 M-1
Ver detalle
16#8 + 26#5 4 Dobles #3 + 4 alacranes #3
D, 11-12
M-23 M-5
Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5
4 Sextuples #3 + 4 alacranes #3
E,2 M-24 M-4
Ver detalle
16#6 + 8#8 + 14#5
4 11#3
E, 4-6 M-25 M-1
Ver detalle
16#8 + 26#5 4 Dobles #3 + 4 alacranes #3
7, E-H M-26 M-2
Ver detalle
24#8 + 28#7 + 54#5
4 Sextuples y dobles #3 + 8 alacranes #3
E, 8-9 M-27 M-1
Ver detalle
16#8 + 26#5 4 Dobles #3 + 4 alacranes #3
E, 11-12
M-28 M-18
Ver detalle
16#8 + 837 + 26#5 + 4#3
4 Octuples #3 + alacranes #3
F,2 M-29 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
F,11 M-30 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
G,2 M-31 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
G,11 M-32 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
H, 3-4 M-33 M-6
Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5
4 Cuadruples #3 + 4 alacranes #3
H,6 M-34 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
H,8 M-35 M-3
Ver detalle
8#8 + 8#7 4 Cuadruples #3
H, 9-10
M-36 M-6
Ver detalle
16#8 + 8#7 + 26#5
4 Cuadruples #3 + 4 alacranes #3
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A continuación se presentan las secciones de los elementos estructurales.
Figura 44 Secciones de las columnas
Figura 45 Secciones de los muros
Muro M1
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85
Muro M-3
Muro M-4
Muro M-5
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86
Muro M-6
Muro M-7
Muro M-8
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87
Muro M-9
Muro M-10
Muro M-11
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88
Muro M-13
Muro M-14
Muro M-15
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89
Muro M-16
Muro M-17
Muro M-18
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90
Anexo C: Auscultación de la Estructura
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91
Figura 46 Instrumentos utilizados para las pruebas no destructivas
Figura 47 Registro de fotografías de las mediciones de resistencia a compresión
Martillo suizo
Pulso Ultrasónico Pundit Lab
Medición en el muro M-3 del 1er
nivel
Doce puntos de ensayo por cada
elemento
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92
Figura 48 Curva de calibración del martillo suizo
Figura 49 Registro de fotografías de las mediciones de profundidad de grietas
Medición de profundidad de grieta en
viga de escalera V-8
Medición de profundidad de grieta en
viga V-4
Medición de profundidad de grieta en
viga V-4
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93
Figura 50 Ubicación de los elementos ensayados en planta mediante el pulso ultrasónico
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94
Anexo D: Coeficiente Sísmico
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Condiciones de regularidad (Art. 23, RNC-07)
De acuerdo al Arto. 23 se debe hacer una revisión del cumplimento de las condiciones
de regularidad y luego determinar la corrección por irregularidad Q´ por medio del inciso
d) de dicho artículo.
1. La estructura en planta es sensiblemente simétrica con respecto a dos ejes
ortogonales que tocan el centro geométrico de dicha edificación. OK
2. La relación de su altura a la dimensión de su base menor:
19.60 𝑚
9.08 𝑚= 2.16 < 2.5 OK
3. La relación de largo a ancho de la base es:
30.00 𝑚
19.60 𝑚= 1.53 < 2.5 OK
4. La planta no tiene entrantes ni salientes que exceda el 20% de la longitud total
paralela a la dirección considerada. OK
5. El entrepiso está conformado por lámina troquelada y concreto, lo suficientemente
rígido y resistente. OK
6. Posee una abertura en el centro geométrico del edificio, y excede del 20% del área
en planta de éste. OK
7. El peso de cada nivel y el área de cada planta no es mayor del 110% de su
inmediatamente inferior. OK
CM+CV de azotea < 0.7*(CM+CV del piso inferior)
CM+CV del piso < 1.10*(CM+CV del piso inferior)
8. Todas las columnas están restringidas en todos los pisos en dos direcciones
sensiblemente ortogonales por diafragmas horizontales y por trabes o losas
planas. OK
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96
Zona Sísmica y determinación de la aceleración espectral del suelo
Según la Figura 52. Zonificación Sísmica de Nicaragua Arto. 24 y la Figura 51. Mapa de
Isoaceleraciones (Anexo C) ambos extraídos del RNC 07, el edificio Julio y Adolfo López
de la Fuente S.J., localizado en Managua, pertenece a la zona sísmica C, una zona donde
hay una mayor ocurrencia de sismos por la cadena volcánica que alberga y la cercanía
con la zona de subducción entre las placas Coco y Caribe, y le corresponde un coeficiente
de aceleración de 0.30.
Influencia del suelo y del período del edificio (Art. 25)
Con el fin de tomar en cuenta la amplificación sísmica se tienen cuatro tipos de suelos
según el RNC-07, los cuales se clasifican de acuerdo a la velocidad promedio de ondas
de cortante, entre los cuales se tiene que:
Tipo I: Afloramiento rocoso con Vs >750 m/s,
Tipo II: Suelo firme con 360 < Vs ≤ 750 m/s,
Tipo III: Suelo moderadamente blando, con 180 ≤ Vs ≤ 360 m/s,
Tipo IV: Suelo muy blando, con Vs <180 m/s.
Figura 52 Zonas sísmicas de Nicaragua
Figura 51 Mapa de Isoaceleraciones
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97
Figura 53 Zonificación propuesta en base al parámetro Vs30.
En la actualidad se realiza gran cantidad de estudios de suelo en la ciudad de Managua
pero para fines privados en construcciones de gran envergadura.
Espinoza, H. (2014) cita a (Hernández, 2009) quien se encargó de elaborar una propuesta
de microzonificación de la ciudad basada en mediciones de ruido ambiental. Dicho
estudio se basó en la agrupación por familias los cocientes o razones espectrales (H/V)
que tuvieran una similitud entre frecuencia y amplificación. De esta manera se agrupan
suelos que pueden tener una respuesta sísmica similar, luego procedió a definir los
modelos de estratigrafía y velocidades para cada estrato.
Tabla 11 Clasificación de los suelos de Managua con fines de diseño sísmico, (Hernández, 2009).
Tipo de suelo Descripción del suelo Vs30 (m/s)
Tipo I Afloramiento rocoso 909
Tipo II-A Suelo firme (suelos muy densos) 609
Tipo II-B Suelo firme (suelos densos) 471
Tipo III Suelo moderadamente blandos 360
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98
Ubicando el edificio en el mapa de zonificación se puede clasificar el suelo donde se
ubica el Laboratorio de Ingeniería, como tipo II-B (suelo firme o denso) con velocidad de
ondas de cortante de 471 m/s y haciendo una comparación con el artículo 25 del
Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07), el cual dicta que para las velocidades
promedio de ondas de cortante de 360 m/s a 750 m/s se clasifica como suelo firme Tipo
II. Se tiene entonces que S= 1.5.
Zona sísmica Tipo de suelo
I II III
A 1.0 1.8 2.4
B 1.0 1.7 2.2
C 1.0 1.5 2.0
Coeficiente sísmico
𝑐 =𝑉0
𝑊0=
𝑆(2.7 ∗ 𝑎0)
𝑄′ ∗ Ω
𝑐 =1.5(2.7 ∗ 0.30)
2.4 ∗ 2= 0.25 < 1.5 ∗ 0.30 = 0.45
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99
Anexo E: Cargas del Edificio
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100
Tabla 12 Cargas vivas unitarias mínimas (kg/m2). Fuente: Reglamento Nacional de la Construcción
En las siguientes tablas se presentan las cargas vivas y muertas extras tributadas en
todas las vigas de entrepiso.
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
101
Tabla 13 Cargas tributarias para las vigas externas de entrepiso
Tributación de cargas en Entrepiso
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria (m2)
Carga extra puntual (kg)
Carga extra (kg/m)
Carga viva (kg/m)
Carga viva reducida (kg/m)
Vigas Externas en dirección X
V4-6A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33
V6-8A 63 4.16 262.08 87.36 346.67 173.33
V8-9A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33
V1-2B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2-3B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V3-4B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V9-10B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V10-11B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11-12B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1-2E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11-12E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2-3H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V3-4H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V4-6H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V6-7H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V7-8H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V8-9H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V9-10H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V10-11H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
Vigas Externas en dirección Y
V4A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67
V9A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67
V1B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
102
Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso
Tributación de cargas en Entrepiso
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
Vigas Internas en dirección X
V4-6B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08
V6-8B 63 10.91 687.33 229.11 909.17 454.58
V8-9B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08
V1-2C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8C 63 11.27 710.01 236.67
C8-9C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11-12C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V1-2D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11-12D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
103
Tabla 14 Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso (continuación)
Tributación de cargas en Entrepiso
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva reducida
(kg/m)
V10-11F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Vigas Internas en dirección Y
V2B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33
V6B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
104
Tabla 14Cargas tributarias para las vigas internas de entrepiso (continuación)
Tributación de cargas en Entrepiso
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
V7G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33
V8B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea
Tributación de cargas en Azotea
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
Vigas Externas en dirección X
V4-6A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33
V6-8A 63 4.16 262.08 87.36 346.67 173.33
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
105
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea (continuación)
Tributación de cargas en Azotea
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
V8-9A 63 1.76 110.88 36.96 146.67 73.33
V1-2B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2-3B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V3-4B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V9-10B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V10-11B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11-12B 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1-2E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11-12E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2-3H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V3-4H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V4-6H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V6-7H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V7-8H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V8-9H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V9-10H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V10-11H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
Vigas Externas en dirección Y
V4A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67
V9A-B 63 0.64 40.32 13.44 53.33 26.67
V1B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V1D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12B-C 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12C-D 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V12D-E 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V2G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11E-F 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11F-G 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
V11G-H 63 2.25 141.75 47.25 187.5 93.75
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
106
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea (continuación)
Tributación de cargas en Azotea
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
Vigas internas en dirección X
V4-6B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08
V6-8B 63 10.91 687.33 229.11 909.17 454.58
V8-9B 63 4.01 252.63 84.21 334.17 167.08
V1-2C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8C 63 11.27 710.01
C8-9C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11-12C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V1-2D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11-12D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
107
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea (continuación)
Tributación de cargas en Azotea
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
V6-8F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2-3G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3-4G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4-6G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6-8G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
C8-9G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9-10G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10-11G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Vigas internas en dirección Y
V2B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V2D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V3G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V4G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33
V6B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
108
Tabla 15 Cargas tributarias para las vigas de la azotea (continuación)
Tributación de cargas en Azotea
Elemento C.M. Extra
(kg/m2)
Área tributaria
(m2)
Carga extra
puntual (kg)
Carga extra
(kg/m)
Carga viva
(kg/m)
Carga viva
reducida (kg/m)
V6F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V6G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V7G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8A-B 63 1.28 80.64 26.88 106.67 53.33
V8B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V8G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V9G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10E-F 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10F-G 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V10G-H 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11B-C 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11C-D 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
V11D-E 63 4.5 283.5 94.5 375 187.5
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
109
Anexo F: Resultados de las Pruebas No Destructivas
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
110
A continuación se detallaran los resultados obtenidos del ensayo con el martillo suizo o
esclerómetro, se indican el ángulo de inclinación del instrumento para posteriormente
realizar el proceso de iteración utilizando las curvas de calibración y así obtener la
resistencia.
Tabla 16 Resistencias a la compresión de columnas del 1er nivel
I NIVEL
Columnas Exteriores
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
C1 0 30 211 3000
C2 0 31 225 3200
C3 0 30 211 3000
C4 0 29 197 2800
C7 0 27 169 2400
C8 0 27 169 2400
C9 0 29 197 2800
Columnas Interiores
C5 0 30 211 3000
C6 0 27 169 2400
Tabla 17 Resistencias a la compresión de vigas de entrepiso
I NIVEL
Vigas de Entrepiso
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
V4D-E 0 30 211 3000
VC8-9 0 31 225 3200
VD3-4 0 30 211 3000
V4C-D 90 30 141 2000
Tabla 18 Resistencias a la compresión de vigas de techo
II NIVEL
Vigas De Techo
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
VD3-4 0 40 352 5000
V7C-D 90 42 312 4440
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
111
Tabla 19 Resistencias a la compresión de columnas del 2do nivel
II NIVEL
Columnas Exteriores
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
C1 0 28 183 2600
C2 0 26 155 2200
C3 0 29 197 2800
C4 0 25 141 2000
C7 0 31 225 3200
C8 0 27 169 2400
C9 0 30 211 3000
Columnas Interiores
C5 0 28 183 2600
C6 0 30 211 3000
C10 0 27 169 2400
C11 0 29 197 2800
C12 0 29 197 2800
C13 0 28 183 2600
C14 0 27 169 2400
C15 0 27 169 2400
Tabla 20 Resistencias a la compresión de losa de piso
I NIVEL
Losa de Piso
Ubicación α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
Lab. De Suelos -90 41 411 5840
Pasillo -90 42 427 6080
Lab. De Suelos -90 40 394 5600
Tabla 21 Resistencias a la compresión de losa de entrepiso
I NIVEL
Losa de Entrepiso
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
Lab. De Suelos 90 44 343 4880
Pasillo 90 40 281 4000
Lab. De Suelos 90 47 392 5580
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
112
Tabla 22 Resistencias a la compresión de losa de techo
II NIVEL
Losa de Techo
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
Aula de hidráulica 90 51 460 6540
Pasillo 90 48 409 5820
Lab. De Simulaciones 90 51 460 6540
Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel
I NIVEL
Muros
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
M1 0 28 183 2600
M2 0 28 183 2600
M3 0 27 169 2400
M4 0 32 239 3400
M5 0 27 169 2400
M6 0 27 169 2400
M7 0 30 211 3000
M8 0 27 169 2400
M9 0 27 169 2400
M10 0 27 169 2400
M11 0 32 239 3400
M12 0 27 169 2400
M13 0 27 169 2400
M14 0 28 183 2600
M15 0 29 197 2800
M16 0 28 183 2600
M17 0 31 225 3200
M18 0 28 183 2600
M19 0 32 239 3400
M20 0 25 141 2000
M21 0 28 183 2600
M22 0 31 225 3200
M23 0 29 197 2800
M24 0 27 169 2400
M25 0 29 197 2800
M26 0 28 183 2600
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
113
Tabla 23 Resistencias a la compresión de muros del 1er nivel (continuación)
I NIVEL
Muros
M27 0 29 197 2800
M28 0 27 169 2400
M29 0 26 155 2200
M30 0 30 211 3000
M31 0 29 197 2800
M32 0 26 155 2200
M33 0 27 169 2400
M34 0 27 169 2400
M35 0 28 183 2600
M36 0 27 169 2400
Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel
II NIVEL
Muros
ID α Rbm Fc (kg/cm2) Fc (Psi)
M1 0 28 183 2600
M2 0 28 183 2600
M3 0 27 169 2400
M4 0 28 183 2600
M5 0 25 141 2000
M6 0 26 155 2200
M7 0 28 183 2600
M8 0 28 183 2600
M9 0 25 141 2000
M11 0 27 169 2400
M12 0 26 155 2200
M15 0 24 129 1833
M16 0 28 183 2600
M17 0 27 169 2400
M19 0 28 183 2600
M20 0 26 155 2200
M24 0 26 155 2200
M25 0 27 169 2400
M28 0 26 155 2200
M29 0 27 169 2400
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
114
Tabla 24 Resistencias a la compresión de muros del 2do nivel (continuación)
II NIVEL
Muros
M30 0 29 197 2800
M31 0 28 183 2600
M32 0 26 155 2200
M33 0 27 169 2400
M34 0 29 197 2800
M35 0 30 211 3000
M36 0 29 197 2800
M37 0 27 169 2400
M38 0 28 183 2600
M39 0 24 129 1833.333
M40 0 27 169 2400
M41 0 28 183 2600
A continuación se presenta la tabla con los resultados obtenidos a partir del ensayo de
pulso ultrasónico, estos muestran la profundidad de grieta por cada ítem. Cada ítem de
la tabla representa una grieta específica, de igual manera se identifica el tipo de elemento
al cual pertenece el dato. En dependencia de la longitud de la fisura y de la accesibilidad
para realizar el procedimiento se realizó desde uno hasta cuatro mediciones por ítem
Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico
Ítem
ID Ubicació
n Descripción Nivel Espesor
Tiempo 1 [µs]
Tiempo 2 [µs]
Distancia [m]
Profundidad de
grieta [m]
1
22 Eje
6, B-C
Viga de escalera
I Nivel
Menor de 1 mm 48.6 53.4 0.05 0.184
23 I
Nivel Menor de 1
mm 48.1 57.4 0.05 0.124
24 I
Nivel Menor de 1
mm 39.8 64.9 0.05 0.045
2 25
Eje B, 1-
2
Boquete de ventana
I Nivel
Menor de 1 mm 66.7 85.1 0.03 0.059
26 I
Nivel Menor de 1
mm 116.4 81.2 0.03 0.041
3 27
Eje E, 3-
4 Viga dintel
I Nivel
Menor de 1 mm 85.1 140.6 0.03 0.026
28 I
Nivel Menor de 1
mm 81.9 98.9 0.03 0.071
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
115
Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico (continuación)
Ítem
ID Ubicación
Descripción Nivel Espesor Tiempo 1 [µs]
Tiempo 2 [µs]
Distancia [m]
Profundidad de
grieta [m]
4 29
Eje D, 3-
4 Viga dintel
I Nivel
Menor de 1 mm 102.9 91.3 0.03 0.096
30 I
Nivel Menor de 1
mm 89.9 121.4 0.03 0.049
5
31
Eje 4, D-E
Cerramiento mampostería
I Nivel
Menor de 1 mm 108.6 115.8 0.03 0.138
32 I
Nivel Menor de 1
mm 57.4 66.8 0.03 0.082
33 I
Nivel Menor de 1
mm 60.4 49.4 0.03 0.068
6 34
Eje H, 3-
4 Boquete de ventana
I Nivel
Menor de 1 mm 88.4 62.6 0.03 0.043
35 I
Nivel Menor de 1
mm 70.6 52.8 0.03 0.051
7
36
Eje 4, B-C
Muro
I Nivel
Menor de 1 mm 98.4 95.6 0.03 0.212
37 I
Nivel Menor de 1
mm 110.9 105.1 0.03 0.152
38 I
Nivel Menor de 1
mm 85.4 120.9 0.03 0.043
8
39
Eje 4-B
Muro M-8
I Nivel
Menor de 1 mm 91.9 103.4 0.03 0.097
40 I
Nivel Menor de 1
mm 101.9 121.1 0.03 0.076
41 I
Nivel Menor de 1
mm 87.9 75.9 0.03 0.084
9 42
Eje A, 4-
C Viga dintel
I Nivel
Menor de 1 mm 112.4 97.9 0.03 0.088
43 I
Nivel Menor de 1
mm 105.2 151.4 0.03 0.041
10 44 Eje 4D Muro M-11
I Nivel
Menor de 1 mm 25.4 35.9 0.03 0.043
11 45 Eje 8, A-B Columna C-2
I Nivel
Menor de 1 mm 73.7 49.7 0.03 0.037
12
49
Eje 10-B
Muro
I Nivel
Menor de 1 mm 84.2 102 0.03 0.07
50 I
Nivel Menor de 1
mm 66.7 55.5 0.03 0.072
51 I
Nivel Menor de 1
mm 77.7 82.7 0.03 0.14
13 53 Eje 9-
E Muro M-1
II Nivel
Menor de 1 mm 63.6 33.4 0.05 0.019
54 II
Nivel Menor de 1
mm 69.7 54.9 0.05 0.099
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
116
Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico (continuación)
Ítem
ID Ubicación Descripció
n Nivel Espesor
Tiempo 1 [µs]
Tiempo 2 [µs]
Distancia [m]
Profundidad de grieta
[m]
14 55
Eje 10-E
II Nivel
Menor de 1 mm 94.9 111.2 0.05 0.133
56 I
Nivel Menor de 1
mm 47.7 61.2 0.05 0.096
15 57
Eje 11-G Muro M-3
I Nivel
Menor de 1 mm 49.2 55.2 0.2 0.651
58 I
Nivel Menor de 1
mm 51.9 91.1 0.2 0.133
16
59
Eje H, 9-10
Muro M-6
I Nivel
Menor de 1 mm 41.9 56.9 0.2 0.32
60 I
Nivel Menor de 1
mm 51.4 65.7 0.2 0.387
61 I
Nivel Menor de 1
mm 60.4 66.9 0.2 0.7
62 I
Nivel Menor de 1
mm 70.9 106.4 0.2 0.237
17 63 Eje 8-H Muro M-3 I
Nivel Menor de 1
mm 82.9 100.1 0.2 0.472
18 64 Eje D-E,
8-9
I Nivel
Menor de 1 mm 87.6 71.9 0.2 0.456
65 I
Nivel Menor de 1
mm 92.7 65.1 0.2 0.278
19 66
Eje 11-B Muro M-3
I Nivel
Menor de 1 mm 109.4 84.2 0.2 0.367
67 I
Nivel Menor de 1
mm 58.1 98.2 0.2 0.157
20
68
Eje 10-B y 11-B
Muro M-3
I Nivel
Menor de 1 mm 162.4 91.4 0.2 0.126
69 I
Nivel Menor de 1
mm 73.4 140.2 0.2 0.073
70 I
Nivel Menor de 1
mm 68.2 83.9 0.2 0.441
21 71 Eje D, 7-8 Muro M-9 I
Nivel Menor de 1
mm 94.2 115.2 0.2 0.45
22 72 Eje 12-C Muro I
Nivel Menor de 1
mm 49.9 55.7 0.2 0.67
23 73 Eje E, 11-
12 Muro
I Nivel
Menor de 1 mm 101.9 55.6 0.2 0.105
74 I
Nivel Menor de 1
mm 78.9 43.2 0.2 0.107
24 75
Eje 6, G-H Muro
I Nivel
Menor de 1 mm 63.9 76.7 0.1 0.241
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
117
Tabla 25 Resultados del ensayo de pulso ultrasónico (continuación)
Ítem
ID Ubicac
ión Descripció
n Nivel Espesor
Tiempo 1 [µs]
Tiempo 2 [µs]
Distancia [m]
Profundidad de grieta
[m]
25 78 Eje 9,
D-E
II Nivel
Menor de 1 mm 37.7 44.9 0.12 0.299
79 II
Nivel Menor de 1
mm 54.7 49.9 0.12 0.448
26
81
Eje 9, D-E
II Nivel
Menor de 1 mm 45.9 79.4 0.12 0.086
82 II
Nivel Menor de 1
mm 24.9 23.1 0.12 0.503
83 II
Nivel Menor de 1
mm 68.1 51.9 0.12 0.214
84 II
Nivel Menor de 1
mm 41.9 46.9 0.12 0.396
85 II
Nivel Menor de 1
mm 57.1 37.2 0.12 0.133
27 87 Eje 8-
D II
Nivel Menor de 1
mm 44.1 35.2 0.15 0.31
28 88 Eje D,
7-8
II Nivel
Menor de 1 mm 71.4 79.4 0.15 0.513
89 II
Nivel Menor de 1
mm 30.9 46.7 0.15 0.174
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
118
Anexo G: Diseño para el Reforzamiento de Vigas utilizando Láminas
poliméricas de Fibra de Carbono
Análisis Patológico y Propuesta de Intervención Estructural del Laboratorio de Ingeniería Julio y Adolfo López de la Fuente S.J. de la Universidad Centroamericana, Managua, Nicaragua
119
1. Propiedades mecánicas de la lámina de fibra de carbono Sika®CarboDur®
1.1 Resistencia última a tensión corregida de la fibra
𝑓𝑓𝑢 = 𝐶𝐸 × 𝑓𝑓𝑢∗
𝑓𝑓𝑢 = 0.95 × 440.92 𝑘𝑠𝑖
𝑓𝑓𝑢 = 418.78 𝑘𝑠𝑖
1.2 Deformación unitaria de la fibra
ℰ𝑓𝑢 = 𝐶𝐸 × ℰ𝑓𝑢∗
ℰ𝑓𝑢 = 0.95 × 0.02𝑖𝑛/𝑖𝑛
ℰ𝑓𝑢 = 0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛
1.3 Módulo de elasticidad
𝐸𝑓𝑢 =𝑓𝑓𝑢
ℰfu
𝐸𝑓𝑢 =418.78𝑘𝑠𝑖
0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛= 23,468.52 𝑘𝑠𝑖
1.4 Módulo de elasticidad del concreto
𝐸𝑐 = 57,000√𝑓𝑐
𝐸𝑐 = 57,000√3.015 𝑘𝑠𝑖 = 3,129.995 𝑘𝑠𝑖
2. Diseño de la viga por flexión
2.1 Deformación unitaria presentes en la superficie antes de adherir la lámina FRP
ℰ𝑏𝑖 =𝑀𝐷𝐿(𝑑𝑓 − 𝑘𝑑)
𝐼𝑐𝑟𝐸𝑐
ℰ𝑏𝑖 =168.225 𝐾𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛(19.685𝑖𝑛 − 9.922𝑖𝑛)
5,189.072𝑖𝑛4 × 3,129.995 𝑘𝑠𝑖= 0.0001
2.2 Deformación por ruptura de la lámina de FRP
ℰ𝑓𝑑 = 0.083√𝑓𝑐
𝑛𝐸𝑓𝑡𝑓≤ 0.9 𝐸𝑓𝑢
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ℰ𝑓𝑑 = 0.083√3.015
10 × 0.047𝑖𝑛 × 23,468.52 𝑘𝑠𝑖= 0.001368
ℰ𝑓𝑑 = 0.001368 ≤ 0.0144
La deformación por ruptura es menor que la permitida.
2.3 Estimación de la profundidad del eje neutral
𝑐 = 0.20𝑑
𝑐 = 0.20 × 17.685𝑖𝑛 = 3.537𝑖𝑛
2.4 Deformación unitaria en la lámina de FRP
ℰ𝑓𝑒 = 0.003 (𝑑𝑓 − 𝑐
𝑐) − ℰ𝑏𝑖 ≤ ℰ𝑓𝑑
ℰ𝑓𝑒 = 0.003 (19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛
3.537𝑖𝑛) − 0.0001 = 0.0136
ℰ𝑓𝑒 ≤ ℰ𝑓𝑑
0.0136 > 0.001368
Como la deformación unitaria en la lámina de FRP es mayor que la deformación por
ruptura, por lo tanto la deformación unitaria se iguala a la deformación por ruptura.
ℰ𝑓𝑒 = 0.001368
2.5 Deformación unitaria del concreto
ℰ𝑐 = (ℰ𝑓𝑒 + ℰ𝑏𝑖)(𝑐
𝑑𝑓 − 𝑐)
ℰ𝑐 = (0.0014 + 0.0001) (9.685𝑖𝑛
19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛) = 0.0003
2.6 Deformación unitaria del acero
ℰ𝑠 = (ℰ𝑓𝑒 + ℰ𝑏𝑖)(𝑑 − 𝑐
𝑑𝑓 − 𝑐)
ℰ𝑠 = (0.0014 + 0.0001) (17.685𝑖𝑛 − 9.685𝑖𝑛
19.685𝑖𝑛 − 3.537𝑖𝑛) = 0.0013
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121
2.7 Esfuerzo en el acero
𝑓𝑠 = 𝐸𝑠ℰ𝑠 ≤ 𝑓𝑦
𝑓𝑠 = 29,000 𝑘𝑠𝑖 × 0.0013 = 37.347 𝑘𝑠𝑖
37.347 𝑘𝑠𝑖 < 40 𝑘𝑠𝑖
2.8 Esfuerzo en la lámina de FRP
𝑓𝑓𝑒 = 𝐸𝑓ℰ𝑓𝑒
𝑓𝑓𝑒 = 23,468.52 × 0.0014 = 32.123 ksi
2.9 Chequeo de las condiciones de equilibrio en la zona de compresión
2.9.1 Parámetros que dependen de la distancia de los esfuerzos asumidos para el
concreto
ℰ′𝐶 =1.7 𝑓𝑐
𝐸𝐶
ℰ′𝐶 =1.7 × 3.1015 𝑘𝑠𝑖
3,129.995 𝑘𝑠𝑖= 0.002
Chequear la profundidad del eje neutro
𝑐 =𝐴𝑠 × 𝑓𝑠 + 𝐴𝑓 × 𝑓𝑓𝑒
∝1× 𝑓′𝑐 × 𝛽1 × 𝑏
𝑐 =2.41𝑖𝑛2 × 37.347 𝑘𝑠𝑖 + 2.41𝑖𝑛2 × 32.123 ksi
0.85 × 3.015 𝑘𝑠𝑖 × 0.85 × 11.81𝑖𝑛= 10.457 𝑖𝑛
Como el valor de C difiere a la estimación realizada inicialmente se procede a iterar el
valor de c, teniendo en cuenta
A partir de un proceso iterativo se recalcula el valor de c, teniendo en cuenta que la
deformación unitaria del concreto no debe exceder el valor permitido de 0.003.
Las deformaciones se recalculan a partir del valor obtenido de la iteración.
C 11.2486 in
Ec 0.0020
Es 0.0011
Fs 32.5213 ksi
No cumple, por lo tanto Fs=Fy
Fs 33 ksi
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3. Cálculo de la resistencia a la flexión
3.1 Momento nominal producido por el acero de refuerzo
𝑀𝑛𝑠 = 𝐴𝑠 × 𝑓𝑠 (𝑑 −𝛽1𝑐
2)
𝑀𝑛𝑠 = 2.41𝑖𝑛2 × 32.521 𝑘𝑠𝑖 (17.685𝑖𝑛 −0.85 × 11.248𝑖𝑛
2)
𝑀𝑛𝑠 = 1,009.42 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛
3.2 Momento nominal correspondiente a la lámina de fibra de carbono
𝑀𝑛𝑓 = 𝐴𝑓 × 𝑓𝑓𝑒
(𝑑𝑓 −𝛽
1𝑐
2)
𝑀𝑛𝑓 = 5.58𝑖𝑛2 × 32.123 𝑘𝑠𝑖 (19.685𝑖𝑛 −0.85 × 11.248𝑖𝑛
2)
𝑀𝑛𝑓 = 2,671.563 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛
3.3 Momento resistente total
𝜙𝑀𝑛 = 𝜙[𝑀𝑛𝑠 + ѱ𝑓𝑀𝑛𝑓]
𝜙𝑀𝑛 = 0.9[1,009.42 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛 + 0.85 × 2,671.563 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛]
𝜙𝑀𝑛 = 2,952.22 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛
3.4 Chequeo de resistencia a flexión
𝜙𝑀𝑛 ≥ 𝑀𝑢
2,952.22 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛 > 2,532.37 𝑘𝑖𝑝𝑠. 𝑖𝑛
4. Revisión de las condiciones de servicio 4.1 Revisión para el acero de refuerzo
𝑓𝑠,𝑠 ≤ 0.80𝑓𝑦
8.255 𝑘𝑠𝑖 ≤ 0.80 × 40 𝑘𝑠𝑖
8.255 𝑘𝑠𝑖 < 32 𝑘𝑠𝑖
El nivel de tensión es menor que el recomendado
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4.2 Falla por Fatiga y Ruptura por Flujo en Láminas de FRP
𝑓𝑓,𝑠 ≤ 0.55𝑓𝑓𝑢
6.029 𝑘𝑠𝑖 ≤ 0.55 × 418.878 𝑘𝑠𝑖
6.029 𝑘𝑠𝑖 < 230.383 𝑘𝑠𝑖
Cumple el valor máximo permisible para evitar ruptura por flujo o falla por fatiga
5. Reforzamiento de la viga por cortante
5.1 Longitud de unión activa
𝐿𝑒 =2500
(𝑛𝑡𝑓𝐸𝑓)0.58
𝐿𝑒 =2500
(1 × 0.047 × 23.468𝑝𝑠𝑖)0.58
𝐿𝑒 = 0.78𝑖𝑛
5.2 Coeficiente de reducción de adherencia
𝐾𝑣 =𝑘1𝑘2𝐿𝑒
468ℰ𝑓𝑢≤ 0.75
𝐾𝑣 =0.828 × 0.939 × 0.78𝑖𝑛
468 × 0.0161𝑖𝑛/𝑖𝑛= 0.0807
0.0807 < 0.75
El coeficiente de reducción por adherencia es menor que el permitido
5.3 Deformación efectiva en el refuerzo de corte de FRP
ℰ𝑓𝑒 = 𝑘𝑣ℰ𝑓𝑢 ≤ 0.004
ℰ𝑓𝑒 = 0.0807 ×0.0161𝑖𝑛
𝑖𝑛= 0.0013
0.0013 < 0.004
La fibra cumple con el límite de deformación permisible
5.4 Área de refuerzo de la lámina de fibra de carbono
𝐴𝑓𝑣 = 2𝑛𝑡𝑓𝑤𝑓
𝐴𝑓𝑣 = 2 × 1 × 0.047𝑖𝑛 × 3.937𝑖𝑛
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𝐴𝑓𝑣 = 0.372𝑖𝑛2
5.5 Esfuerzo efectivo en la lámina de fibra de carbono
𝑓𝑓𝑒
= ℰ𝑓𝑒𝐸𝑓
𝑓𝑓𝑒
= 0.0013 × 23,468.52 𝑘𝑠𝑖 = 30.4079 𝑘𝑠𝑖
6. Resistencia al cortante de la sección
6.1 Resistencia al cortante proporcionada por la fibra
𝑉𝑓 =𝐴𝑓𝑣𝑓𝑓𝑒(sin 𝛼 + cos 𝛼)𝑑𝑓𝑣
𝑆𝑓
𝑉𝑓 =0.372𝑖𝑛2 × 30.4079 𝑘𝑠𝑖(1)12.76𝑖𝑛
3.94𝑖𝑛= 36.6727𝑘𝑖𝑝𝑠
6.2 Resistencia al cortante proporcionada por el concreto
𝑉𝑐 = 22.93 𝑘𝑖𝑝𝑠
6.3 Resistencia al cortante proporcionada por el acero
𝑉𝑠 = 323.7321 𝑘𝑖𝑝𝑠
6.4 Resistencia a cortante total
𝜙𝑉𝑛 = 𝜙[𝑉𝐶 + 𝑉𝑆 + ѱ𝑓𝑉𝑓]
𝜙𝑉𝑛 = 0.9[22.93 𝑘𝑖𝑝𝑠 + 323.7321 𝑘𝑖𝑝𝑠 + 0.85 × 36.6727𝑘𝑖𝑝𝑠]
𝜙𝑉𝑛 = 283.382 𝑘𝑖𝑝𝑠
6.5 Chequeo de resistencia a cortante
𝜙𝑉𝑛 ≥ 𝑉𝑢
283.382 𝑘𝑖𝑝𝑠 > 260.004 𝑘𝑖𝑝𝑠
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Anexo H: Fichas Técnicas de los productos de SIKA