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III. Técnicas de refuerzo de vigas

Repaso de nociones elementales relativas a la concepción y refuerzo de estructuras

Repaso de nociones elementales relativas a la concepción y refuerzo de estructuras


Peter Rice fue un ingeniero fabuloso, constructor a finales del siglo XX, y concibió trabajos tan prestigiosos como los invernaderos bioclimáticos de la Villette, el centro Pompidou, los tragaluces del Louvre, el aeropuerto de Kansai, el edificio de Lloyd en Londres…. Peter Rice escribía antes de su fallecimiento prematuro: "La eficacia técnica no se alcanza al añadir el último elemento posible a tu estructura, si no al contrario, al quitar el último componente inútil. ¡En ese momento surge una imagen de pureza estructural que a ojos del profano parece una gran sencillez!"

Esta cita nos recuerda el buen uso de la materia. Al reforzar elementos estructurales es útil saber dónde el material que se tiene que añadir es más eficaz, dónde va a desplegar todo su potencial.

En ciertos casos, como en el diseño frente al sismo, añadir elementos imprudentemente puede conducir al debilitamiento de la estructura. Por ejemplo, aumentar la rigidez de un pilar corto anexionando elementos estructurales conduce irremediablemente a una estructura más vulnerable. Esta ficha, que recuerda los principios elementales de resistencia de materiales, es tan útil como el estudio que precede a la ejecución y es capital para el éxito de una operación de consolidación.

Pierre Engel para
www.constructalia.com

Refuerzo de perfiles metálicos existentes mediante la soldadura de platabandas o perfiles soldados

Refuerzo de perfiles metálicos existentes mediante la soldadura de platabandas o perfiles soldados

Para el forjado, el refuerzo de la sección de acero inicial se efectúa mediante añadido de platabandas y/o perfiles metálicos que se fijan a la viga original mediante soldadura, pernos de anclaje o métodos de encolado. Los refuerzos normalmente se localizan bajo el ala inferior, o eventualmente sobre el alma de los perfiles existentes. Cuando es accesible, el ala superior también puede reforzarse.

En general, se compensa la falta de rigidez de las vigas añadiendo platabandas sobre las alas que permiten incrementar al máximo la inercia de la nueva sección. La debilidad frente al esfuerzo cortante se corrige añadiendo refuerzos al alma en las zonas de esfuerzos cortantes importantes, como los apoyos. Al añadir elementos metálicos hay que tener en cuenta la compatibilidad metalúrgica entre los materiales, especialmente si se desea soldar. Estas técnicas de consolidación de forjados metálicos por anexión de platabandas metálicas también se usan para el refuerzo definitivo de estructuras metálicas (ver ficha siguiente).

Pierre Engel para www.constructalia.com


Refuerzo de perfiles metálicos existentes mediante soldadura de platabandas o perfiles

Refuerzo de perfiles metálicos existentes mediante soldadura de platabandas o perfiles


Colocación de platabandas soldadas sobre las alas y el alma de perfiles metálicos en U, I, y L. Colocación de ángulos de recubrimiento biselados

Esta ficha muestra el ejemplo de la restauración y refuerzo de los invernaderos del Parque de la Tête d’Or en Lyon. Los elementos originales del siglo XIX estaban corroídos y en algunos casos subdimensionados. Fueron reforzados respetando la estética arquitectónica de la estructura y el estatus del monumento.

En primer lugar se procedió a la limpieza de los elementos estructurales mediante cepillado, a continuación se controlaron los elementos de unión (remaches o pernos de anclaje) y por último añadir los elementos de refuerzo, como se muestra en las figuras inferiores.

Pierre Engel para www.constructalia.com

Refuerzo de vigas de hormigón armado mediante colocación de componentes de acero

Refuerzo de vigas de hormigón armado mediante colocación de componentes de acero


Las necesidades de refuerzo de los forjados de hormigón surgen por la degradación del revestimiento y/o de las armaduras (corrosión, incendio), por el aumento de las cargas de explotación (cambio de uso) o incluso para reparar errores cometidos en las fases de diseño y ejecución (errores de cálculo, defectos del revestimiento, defectos del hormigón usado…). Citaremos también el caso de perforaciones de nuevos huecos en losas existentes o la interrupción de elementos de carga, que necesitan colocar durmientes (ver ficha siguiente). Si bien existen otras técnicas de refuerzo (hormigón proyectado, resinas sintéticas…), el refuerzo con acero de las vigas y de las losas en hormigón armado es muy apreciada por los profesionales porque ofrece flexibilidad y facilidad de ejecución.

Las tres técnicas presentadas resumen muchas de las posibles intervenciones. La colocación de elementos a una viga en paralelo (figura a) de hormigón armado permite el refuerzo o el anclaje en caso de un hueco. La figura b muestra el refuerzo de una viga embebiendo perfiles compactos. Por último, la figura c muestra el refuerzo de una sección de viga por encolado de placas de chapa por medio de resina epoxi. Esta técnica se llama “método l’Hermite” y se utiliza también para reforzar los tableros de puente de hormigón armado. Hay que recordar que esta solución no permite aumentar la estabilidad ante el fuego, dada la resistencia al fuego de los pegamentos. Añadir una vigueta de acero debidamente conectada (penetración de la losa para los pasadores) en la cara inferior de una losa o viga también es una solución eficaz de refuerzo.

Pierre Engel para www.constructalia.com

Refuerzo de vigas de madera mediante la colocación de perfiles metálicos de acero

Refuerzo de vigas de madera mediante la colocación de perfiles metálicos de acero


El refuerzo de las vigas maestras de antiguas estructuras se lleva a cabo fácilmente gracias al acero. Son numerosas las posibles soluciones. La presente ficha da algunos ejemplos de forma no exhaustiva. Figura a) la viga de madera se refuerza mediante la colocación de perfiles en paralelo U, I o H. También, (figura b), se puede deslizar una vigueta para sostener la viga existente cuando no hay problemas de gálibo bajo la viga. La colocación de conectores (tirafondos), en número suficiente, tiene como objetivo hacer solidarios la madera y el acero, para obtener una inercia superior a la suma de las inercias de ambas vigas.

Por último, la figura c) muestra un ejemplo de refuerzo de una viga en madera por suspensión. Se ancla en los muros una viga metálica perpendicular a la viga original. Las vigas de madera se unen a esta nueva viga, de suficiente inercia, mediante estribos.

Pierre Engel para www.constructalia.com

Refuerzo o reparación de viguetas de forjado de madera mediante la colocación de perfiles metálicos de acero

Refuerzo o reparación de viguetas de forjado de madera mediante la colocación de perfiles metálicos de acero

Como en el caso de las estructuras, el refuerzo de forjados de madera mediante perfiles de acero es válido, tanto para reforzar elementos deteriorados (podridos o carcomidos) como para soportar los incrementos de carga. Los perfiles de refuerzo se apoyan en los elementos existentes o añadidos (muros, vigas…). Los diseños mostrados a continuación, que se dan a título de ejemplo, muestran algunas opciones de refuerzo de viguetas de forjado que permiten conservar el techo existente sin quitarlo.



La figura a) muestra un antiguo forjado reforzado con “viguetas cojas”. El refuerzo mediante viguetas metálicas se efectúa con perfiles en U, unidos con pasadores para limitar el riesgo de desbordamiento y se sitúan a uno o a ambos lados de la pieza a reforzar. Las viguetas defectuosas, a menudo alabeadas, se calzan sobre los nuevos perfiles.





La figura b) muestra un refuerzo sin utilizar las viguetas existentes, que soportan únicamente el techo. Las cargas son soportadas íntegramente por vigas metálicas de sustitución alojadas en el cuerpo del forjado. Los apoyos de las viguetas deterioradas pueden reforzarse mediante placas metálicas.





El problema se soluciona creando un nuevo apoyo, sea en forma de repisa, de pilar o muro. Se puede ensamblar una nueva pieza de madera tratada a la vigueta defectuosa mediante dos placas metálicas unidas por tirafondos o por bulonado.















Pierre Engel para
www.constructalia.com


Reparación de un forjado o de una estructura de madera mediante sujeción de las vigas en los apoyos

Reparación de un forjado o de una estructura de madera mediante sujeción de las vigas en los apoyos



El forjado y tejado de los edificios antiguos a menudo están construidos por medio de troncos de madera toscamente escuadrados y que se han empotrado, de manera más o menos regular en la mampostería. La pérdida de estanqueidad del tejado o simplemente una humedad persistente puede conducir a que se pudran elementos de carga del forjado o del tejado, con daños irremediables y el riesgo, a largo plazo, de un hundimiento generalizado. Después de apuntalar la estructura, la limpieza de los daños y el tratamiento de los elementos podridos, un método de consolidación eficaz consiste en colocar una viga de borde de acero perpendicular a las viguetas del forjado o a las vigas afectadas. Calzar cuidadosamente la viga mediante puntales bajo las viguetas de madera, empotrar la viga de acero de tipo IPE o HE en los muros adyacentes, para que sirva de apoyo a las viguetas. En esta operación, el uso de una viga de acero garantiza, gracias al elevado módulo del material, una rigidez y unas dimensiones reducidas.




Calzar cuidadosamente la viga mediante puntales bajo las viguetas de madera, empotrar la viga de acero de tipo IPE o HE en los muros adyacentes, para que sirva de apoyo a las viguetas. En esta operación, el uso de una viga de acero garantiza, gracias al elevado módulo del material, una rigidez y unas dimensiones reducidas.



Pierre Engel pour www.constructalia.com


Ilustraciones de consolidaciones de estructura de madera con perfiles de acero

Ilustraciones de consolidaciones de estructura de madera con perfiles de acero

Pierre Engel para www.constructalia.com


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