Contribución al estudio del comportamiento de pilares de hormigón armado reparados mediante morteros predosificados sometidos a comprensión centrada

Abstract

[EN] The importance of the maintenance and rehabilitation of existing structures has grown significantly in recent years. This accompanied by a very important decrease in the investments in the new construction, again after a period of growth in the number of constructed buildings. These facts have motivated that, currently, there is a large park of buildings need to be repaired and strengthened.

The columns are the elements which failure may cause a complete collapse of the structure. In the case of reinforced concrete columns, it is possible to intervene well by means of a strengthening or a repair, whose goal will be to increase or to maintain its resistance, respectively. In fact, the repair of damages of different scope and magnitude on the outside of a column by means of repair mortars is an operation very usual in rehabilitation works. There are even European standards that prescribe the characteristics of the mortars to be used.

Despite this, there are no references to study the effectiveness of a repair in reinforced concrete columns, which gives rise to a large uncertainty in the level of security that is reached in the repaired element. This lack of experimental results, together with the importance of this type of the action is that has motivated this investigation, which has studied the effectiveness of repair, using pre-bagged concrete repair mortars, of columns subjected to axially loaded. It has been determined the influence of the different geometric, mechanical and construction variables that they affect to the repair in the compressive strength of the column repaired. In order to do so, an experimental study has been realized in laboratory, in which the three most frequent cases of repair have been tested: complete repair of 4 sides, complete repair of one side and patch repair, with the variables raised in this investigation, kind of mortar (Class R3 and R4) and use or not of bonding primer.

The final aim of this investigation will be to determine the efficacy of the repair according to the conditions in which it has been realized and to obtain a series of basic rules of design and execution of the repair.

The results are analyzed and compared with the columns pattern, undamaged section without repair. The results of the investigation carried out indicates that repairs carried out with mortar Class R3 presented excellent results, while mortar Class R4, for the tested columns, only restores partially load-carrying capacity. In the case of the repair to 4 sides, if used a mortar Class R4 the load-carrying capacity on the column repaired only reached 64% of the original. In the case of the repair to 4 sides with mortar Class R3, the use of bonding primer does not have significant influence on the recovery of the load-carrying capacity. Not this way if there uses a mortar Class R4, where the use of a bonding primer improves significantly the result. Patch repair restores practically the load-carrying capacity of the structural element for both mortars (R3 and R4). In this case the use of bonding primer only has significant influence in the repair using mortar Class R4, showing an improvement of 9% more than if bonding primer is not used. In the complete repair of one side whit mortar Class R3 restores 97% of the load-carrying capacity loss while with mortar Class R4 only reaches to 66%, and without influence of the use or not of bonding primer. These results highlight the importance of the choice of the system, method and materials of the repair. These must be compatible with the materials and the state of the original structure.

[ES] En los últimos años ha crecido de manera significativa la importancia del mantenimiento y rehabilitación de estructuras existentes. Esto viene acompañado de un descenso muy importante en las inversiones en la construcción de obra nueva, después de un periodo de crecimiento en el número de edificios construidos. Estos hechos han motivado que, actualmente, exista un gran parque de edificaciones con necesidad de ser reparado o reforzado.

Dentro de un edificio, los pilares son los elementos cuyo fallo puede provocar un colapso completo de la estructura. En el caso de los pilares de hormigón armado, se puede intervenir bien mediante un refuerzo o una reparación, cuyo fin será incrementar o mantener su resistencia, respectivamente. De hecho, la reparación de daños de diverso alcance y magnitud en la parte externa de un pilar mediante morteros de reparación es una operación muy habitual en obras de rehabilitación. Incluso existen normas europeas que prescriben las características de los morteros a utilizar.

Pese a ello, no se dispone de referencias que estudien la efectividad de una reparación en pilares de hormigón armado, lo que da lugar a una gran incertidumbre en el grado de seguridad que se alcanza en el elemento reparado. Esta falta de resultados experimentales, junto con la importancia de este tipo de actuaciones es la que ha motivado esta investigación, en la que se ha estudiado la efectividad de la reparación, mediante morteros predosificados, de pilares sometidos a compresión centrada. Se ha determinado la influencia de las distintas variables geométricas, mecánicas y constructivas que afectan a la reparación en la resistencia a compresión del pilar reparado. Para ello se ha realizado un estudio experimental en laboratorio, en el que se han ensayado los tres casos de reparación más frecuentes en la práctica: reparación integral a cuatro caras, reparación integral a una cara y reparación por parcheo, con las variables planteadas en esta investigación, clase de mortero (Clases R3 y R4) y utilización o no de puente de unión.

El objetivo final de esta investigación será determinar la eficacia de la reparación en función de las condiciones en las que se ha realizado y obtener una serie de reglas básicas de diseño y ejecución para la reparación.

Los resultados son analizados y comparados con los pilares patrón, sección intacta sin reparación. De los resultados de la investigación realizada se desprende que, las reparaciones realizadas con mortero Clase R3 presentan unos excelentes resultados, mientras que el mortero Clase R4, para los pilares ensayados, únicamente restituye de forma parcial la capacidad portante. Para el caso de la reparación a 4 caras, si se emplea un mortero Clase R4 la capacidad portante del pilar reparado tan sólo alcanza un 64% de la original. Para el caso de reparación de las 4 caras con mortero Clase R3, el empleo de un puente de unión no tiene una influencia significativa en la recuperación de la capacidad portante. No así si se emplea un mortero Clase R4, donde el empleo de un puente de unión mejora significativamente el resultado. La Reparación por Parcheo prácticamente restaura la capacidad portante del elemento estructural para ambos morteros (R3 y R4). En este caso la utilización del puente de unión solo tiene influencia significativa en la reparación mediante mortero Clase R4, presentando una mejoría de un 9% más que si no se utiliza el puente de unión. En la Reparación Integral a 1 Cara con mortero Clase R3 se restituye un 97% de la capacidad portante perdida mientras que con mortero Clase R4 tan solo se llega a un 66%, y sin influencia de la utilización o no del puente de unión.

Estos resultados resaltan la importancia de la elección del sistema, método y materiales de la reparación. Estos deben ser compatibles con los materiales y el estado de la estructura original.

[CA] En els últims anys ha crescut de manera significativa la importància del manteniment i rehabilitació d'estructures existents. Açò ve acompanyat d'un descens molt important en les inversions en la construcció d'obra nova, després d'un període de creixement en el nombre d'edificis construïts. Estos fets han motivat que, actualment, existisca un gran parc d'edificacions amb necessitat de ser reparat o reforçat.

Dins d'un edifici, els pilars són els elements la fallada dels quals pot provocar un col·lapse complet de l'estructura. En el cas dels pilars de formigó armat, es pot intervindre bé per mitjà d'un reforç o una reparació, el fi de la qual serà incrementar o mantindre la seua resistència, respectivament. De fet, la reparació de danys de divers abast i magnitud en la part externa d'un pilar per mitjà de morters de reparació és una operació molt habitual en obres de rehabilitació. Inclús hi ha normes europees que prescriuen les característiques dels morters a utilitzar.

A pesar d'això, no es disposa de referències que estudien l'efectivitat d'una reparació en pilars de formigó armat, la qual cosa dóna lloc a una gran incertesa en el grau de seguretat que s'aconseguix en l'element reparat. Esta falta de resultats experimentals, junt amb la importància d'este tipus d'actuacions és la que ha motivat aquesta investigació, en la que s'ha estudiat l'efectivitat de la reparació, per mitjà de morters predosificats, de pilars sotmesos a compressió centrada. S'ha determinat la influència de les distintes variables geomètriques, mecàniques i constructives que afecten la reparació en la resistència a compressió del pilar reparat. Per a això s'ha realitzat un estudi experimental en laboratori, en el que s'han assajat els tres casos de reparació més freqüents en la pràctica: reparació integral a quatre cares, reparació integral a una cara i reparació per parcheo, amb les variables plantejades en esta investigació, classe de morter (Classes R3 i R4) i utilització o no de pont d'unió.

L'objectiu final d'esta investigació serà determinar l'eficàcia de la reparació en funció de les condicions en què s'ha realitzat i obtindre una sèrie de regles bàsiques de disseny i execució per a la reparació.

Els resultats són analitzats i comparats amb els pilars patró, secció intacta sense reparació. Dels resultats de la investigació realitzada es desprén que, les reparacions realitzades amb morter Classe R3 presenten uns excel·lents resultats, mentres que el morter Classe R4, per als pilars assajats, únicament restituïx de forma parcial la capacitat portant. Per al cas de la reparació a 4 cares, si s'empra un morter Classe R4 la capacitat portant del pilar reparat tan sols aconseguix un 64% de l'original. Per al cas de reparació de les 4 cares amb morter Classe R3, l'ocupació d'un pont d'unió no té una influència significativa en la recuperació de la capacitat portant. No així si s'empra un morter Classe R4, on l'ocupació d'un pont d'unió millora significativament el resultat. La Reparació per Parcheo pràcticament restaura la capacitat portant de l'element estructural per a ambdós morters (R3 i R4). En este cas la utilització del pont d'unió només té influència significativa en la reparació per mitjà de morter Classe R4, presentant una millora d'un 9% més que si no s'utilitza el pont d'unió. En la Reparació Integral a 1 Cara amb morter Classe R3 es restituïx un 97% de la capacitat portant perduda mentres que amb morter Classe R4 tan sols s'arriba a un 66%, i sense influència de la utilització o no del pont d'unió.

Estos resultats ressalten la importància de l'elecció del sistema, mètode i materials de la reparació. Aquestos han de ser compatibles amb els materials i l'estat de l'estructura original.