Informe Reparacion De Estructuras

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ESCUELA DE POST-GRADO

Maestría en Ciencias Mención: en Ingeniería civil.

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CURSO

Reparación y Reforzamiento de Estructuras. TRABAJO

Evaluación Estructural y propuestas para reforzamiento, reparación y rehabilitación de una estructura. Integrantes Videlmo Barboza Vásquez Gabriel Espinoza Altamirano Niels Erickson Tesén Torres. Anderson Smith Huayama Torres.

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Reparación y reforzamiento de estructuras

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INDICE 1.

MEMORIA ............................................................................................................................................... 3 1.1.

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................. 3

1.2.

OBJETIVO. ..................................................................................................................................... 3

1.3.

MARCO TEORICO. .......................................................................................................................... 3

1.3.1.

Fisuras: ...................................................................................................................................... 3

1.3.2.

Grietas:....................................................................................................................................... 3

1.3.3.

Reparación: ................................................................................................................................ 4

1.3.4.

Reforzamiento: ........................................................................................................................... 4

1.3.5.

Daños estructurales más frecuentes:.......................................................................................... 5

1.3.6.

Posibles formas de reparación: .................................................................................................. 5

1.3.7.

Reparación de fisuras en estructuras de concreto armado: ........................................................ 5

1.3.8.

Inyección de fisuras: .................................................................................................................. 6

1.3.8.1.

Inyección de una fisura con resina ............................................................................................. 6

1.3.9.

Pasos principales de la intervención .......................................................................................... 6

1.3.10.

Grapado: .................................................................................................................................... 7

1.3.10.1. 1.3.11.

¿En qué casos se puede emplear este método? ......................................................................... 8

1.3.12.

La reparación consiste en: ......................................................................................................... 9

1.3.13.

Vaciado y Sellado: ...................................................................................................................... 9

1.3.14.

Formación de junta y recubrimiento: ........................................................................................ 10

1.3.15.

Reparación de Columnas:......................................................................................................... 12

1.3.16.

Reparación de Vigas:................................................................................................................ 13

1.3.17.

Reparación de Losas: ............................................................................................................... 14

1.3.18.

Reparación de Muros:............................................................................................................... 15

1.4.

DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA. ........................................................................................... 16

1.5.

SITUACION ACTUAL DE LA ESTRUCTURA................................................................................... 18

1.6.

PROPUESTA DE REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO. ................................................................... 24

ANEXOS. .............................................................................................................................................. 26

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2.

Resistencia mecánica original de la zona dañada. .................................................................. 7

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1. MEMORIA 1.1. INTRODUCCIÓN. Este trabajo se realiza como parte del curso de reforzamiento y reparación de estructuras, el cual consiste en la realizar la evaluación estructural y hacer una propuesta de solución de alguna estructura de concreto o edificación con daños estructurales. Para la realización del presente estudio se ha recopilado información (planos, fotografías) de una estructura de concreto, (Tanque imhoff) construida como parte de una obra se Saneamiento, realizó también una visita a campo para poder observar de primera mano la estructura construida. Con la información recolectada se ha realizado una evaluación estructural y finalmente se ha procedido a realizar una propuesta de reforzamiento y reparación de la estructura. La estructura en estudio es un tanque Imhoff de una PTAR construida como parte de una obra de agua y desagüe, el cual al momento de la prueba hidráulica fallo, quedando a la vista una serie de fisuras producto del comportamiento estructural ante la acción de cargas laterales de agua.

1.2. OBJETIVO. La finalidad de este estudio es realizar la evaluación de los daños y lesiones detectados en muros de una estructura de concreto (Tanque Imhoff), y realizar una propuesta de reparación y reforzamiento de la estructura que garantice su funcionabilidad durante su vida útil.

1.3. MARCO TEORICO. 1.3.1. Fisuras: Se llaman fisuras, a las aberturas no controladas que afectan únicamente a la superficie del elemento o a su acabado, no produciendo daños estructurales. 1.3.2. Grietas:

Item

Clasificación

Descripción

1

Microfisuras: e<0.05 mm

En general carecen de importancia

2

Fisuras:

3

Macrofisuras: 0.2<e>0.4 mm

4

Grietas: 0.4
En general son poco peligrosas, salvo en ambientes agresivos, en los que pueden favorecer la corrosión Estas son la fisuraciones que pueden, tener repercusiones estructurales de importancia Existe reducción en la capacidad sismorresistente. Debe desocuparse el edificio, proceder a una rehabilitación temporal

5

Fractura: 1.0
0.1<e<0.2 mm

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Las grietas son aberturas no controladas que afectan a todo el espesor del elemento, pudiendo provocar daños estructurales.

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Dislocación: ancho rel="nofollow">5.0 mm

Existe una reducción importante en la capacidad sismo resistente. Deberá procederse a una evaluación definitiva urgente, para determinar si se procede a la demolición Nota: Para el ACI, para fisuras mayores a 04 mm requieren de reparación

Las estructuras de concreto son susceptibles de sufrir durante su vida de servicio diversas incidencias que pueden hacer necesaria una intervención, más o menos enérgica, con objeto de recuperar su aspecto, reponer su capacidad mecánica original (reparaciones) o incrementar la misma (refuerzos). 1.3.3. Reparación: Consiste en restituir los niveles originales de seguridad de la estructura, cuando éstos se han reducido considerablemente por alguna causa. Consecuentemente, implica la existencia previa de un daño de cierta entidad

1.3.4. Reforzamiento:

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El reforzamiento está dirigido a incrementar la capacidad de carga y el estado de serviciabilidad de una estructura. Esto se vuelve necesario cuando los diseños son adaptados para cubrir nuevas solicitaciones o cuando existen errores en el diseño.

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1.3.5. Daños estructurales más frecuentes: Elemento

Columnas

Vigas

Uniones vigas columnas Sistema de Piso Muros de concreto

Tipo de Daño

Posible causa

Grietas diagonales

Cortante o torsión

Grietas verticales

Flexocompresión

Desprendimiento del recubrimiento

Flexocompresión

Aplastamiento del concreto y pandeo de las barras de refuerzo

Flexocompresión

Grietas diagonales

Cortante o torsión

Roturas de estribos

Flexión

Grietas verticales

Flexión

Rotura de refuerzo

Flexión

Aplastamiento del concreto

Flexión

Grietas diagonales

Cortante

Falla por adherencia del refuerzo de las vigas

Flexión

Grietas alrededor de las columnas en losas o placas planas

Penetración

Grietas longitudinales

Flexión

Grietas diagonales

Cortante

Grietas horizontales

Flexocompresión

Aplastamiento del concreto y pandeo de las barras de refuerzo

Flexocompresión

1.3.6. Posibles formas de reparación: 

Inyección de fisuras



Sustitución de material



Vaciado y sellado



Formación de junta y recubrimiento



Grapado



Cosido con bandas de fibra



Revestimiento y cicatrización

1.3.7. Reparación de fisuras en estructuras de concreto armado: Para evitar los efectos nocivos de la fisuración, la estrategia habitual de diseño consiste en controlar el mecanismo de figuración. Limitando el ancho máximo de fisuras hasta valores que dependen de las características y ambiente de la obra. Pág. 5 de 26

En todo caso, antes de optar por una u otra técnica de intervención, se deben estudiar cuidadosamente algunos aspectos.

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Analizar el estado de actividad de las fisuras, disponiendo testigos y, en su caso, efectuando medidas periódicas de la apertura de las fisuras. Es importante verificar si las fisuras son aisladas o se organizan en una red, determinando claramente la zona de obra afectada por el problema. Lo generalizado o no del mismo influye, evidentemente, a la hora de determinar la técnica de actuación idónea. Se debe analizar la necesidad o conveniencia de coser las fisuras, devolviendo o incrementando la resistencia original del hormigón a tracción. Como estrategia opuesta se puede optar por asumir las fisuras y convertirlas en juntas. En todo caso se deben analizar las consecuencias de una u otra decisión sobre el resto de la obra. 1.3.8. Inyección de fisuras: 1.3.8.1. Inyección de una fisura con resina La inyección se realiza, en general, con las resinas epoxi o con lechada. Inyectar grietas >0.25 mm (0.01 in) En condiciones normales, las resinas proporcionan mejores y más durables resultados. La inyección de lechada resulta especialmente indicada cuándo se requiere resistencia al fuego, o el hormigón ha de soportar temperaturas extremas.

1.3.9. Pasos principales de la intervención

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Efectuar taladros de 15 a 20 mm de diámetro a intervalos regulares entre 15 y 30 cm, colocando válvulas fijadas con resina en los mismos. Las separaciones menores se adoptarán para fisuras pequeñas.

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Obturar la fisura entre los orificios de inyección. A este fin pueden utilizarse materiales termoplásticos, resinas epoxi o, en caso de fisuras pequeñas, una cinta adhesiva puede ser suficiente. Inyectar agua o disolvente de modo que se verifique la estanqueidad y se elimine todo resto de suciedad, grasa, etc. Dejar secar, utilizando chorro de aire caliente si fuera necesario.

Inyectar la resina por cada válvula, cerrando el restante, y manteniendo la presión unos minutos, hasta que la resina rezume por puntos contiguos o la presión hinche

1.3.10.Grapado: 1.3.10.1. Resistencia mecánica original de la zona dañada. Ello obliga a estudiar rigurosamente el alcance de la actuación teniendo en cuenta otros, los siguientes aspectos. Aplicación: Reparación de grietas en losas Reparación de grietas en muros

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 

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Grapado de fisuras en muro

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Grapado de fisuras en losa

El grapado debe ejecutarse de modo multidireccional, y de distintas longitudes y espaciamientos. Así se asegura la transferencia de tracciones de un lado a otro de la fisura, y evitando acumulaciones locales. En casos extremos, conviene reforzar el hormigón en que se entregan las grapas.

El grapado de una fisura implica una rigidización local que puede provocar concentraciones de tensiones en la zona reparada y que, en general, puede alterar la distribución de esfuerzos y tensiones en la estructura, creando problemas que deben ser evaluados. 1.3.11.¿En qué casos se puede emplear este método?

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El procedimiento de grapado se utiliza generalmente en estructuras de albañilería o de hormigón sin armar, cuando la grieta se ha producido por esfuerzo de corte.

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1.3.12.La reparación consiste en: Reparar la grieta con mortero y puente de adherencia, colocando previamente en el fondo de la grieta picada, una barra de acero. Ranura el muro en forma perpendicular a la grieta, cada 30 a 50 cm, en un ancho de 5 cm y una profundidad de 7cm. Colocar en el fondo de cada ranura una barra de acero y rellenar con un mortero, previa aplicación de un puente de adherencia epóxido, o bien rellenar con un mortero epóxido.

El diámetro del acero necesario, así como la longitud de grapado está definida por diseño. Sin embargo, normalmente se utiliza barras de un diámetro de 12 mm y una longitud de grapado de 1 m, es decir 50 cm a cada lado de la grieta. La barra central colocada en el fondo de la grieta, tiene por objeto absorber esfuerzos en otras direcciones que la del grapado.

1.3.13.Vaciado y Sellado:

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Es la técnica más simple y comúnmente utilizada para la reparación de fisuras. Consiste en vaciar la cabeza de la fisura, agrandándola al menos 5 mm, limpiar con agua los bordes y sellar.

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Los materiales de sellado son muy variados, y van desde resinas epoxi a alquitranes. Aplicación:   

Reparación de fisuras en losas Reparación de fisuras en vigas Reparación de fisuras en muros. Se puede aplicar en inyecciones de grietas inactivas, en represas, puente, pavimentos, pilotes, elementos prefabricados, elementos pretensados, construcciones industriales y civiles en general, para recuperar las características monolíticas de una estructura agrietada.

Características / Ventajas:      

Elevado poder de penetración en fisuras muy angostas. Puede ser aplicado sobre superficies saturadas superficialmente secas sin problemas de adherencia. No tiene retracciones durante su endurecimiento. Excelente resistencia en pocas horas. No contiene solventes Sistemas base para inyecciones de grietas y confecciones de morteros epóxicos.

Limitaciones:    

Máximo ancho de las grietas a ser inyectadas: 5 mm Máxima temperatura del sustrato: 30 °C Mínima temperatura del sustrato 5 °C Edad mínima del concreto de 3 a 6 semanas.

Esta técnica presenta semejanzas con la de vaciado y sellado, con la diferencia esencial de que el objetivo no es sólo sellar la fisura, sino convertirla en una junta controlada y estanca.

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1.3.14.Formación de junta y recubrimiento:

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El procedimiento consiste en el vaciado o cajeado de la cabeza de la fisura, y su recubrimiento con un material adecuado. Dependiendo de este material de recubrimiento, se establecen la forma, dimensiones y características principales de actuación.

Puede ser recomendable este sistema consistente en recubrir la fisura mediante una banda metálica de sección “en avión” que proporciona estanqueidad permite ciertos movimientos transversales.

 

Reparación de fisuras en losas Reparación de fisuras en vigas

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Aplicación:

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

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Reparación de fisuras en muros 1.3.15.Reparación de Columnas:

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En el cuadro siguiente se presenta las causas principales de los daños más frecuentes en columnas, sus causas y las alternativas de reparación.

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1.3.16.Reparación de Vigas:

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En el cuadro siguiente se presenta las causas principales de los daños más frecuentes en vigas, sus causas y las alternativas de reparación.

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1.3.17.Reparación de Losas:

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En el cuadro siguiente se presenta las causas principales de los daños más frecuentes en losas, sus causas y las alternativas de reparación.

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1.3.18.Reparación de Muros:

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En el cuadro siguiente se presenta las causas principales de los daños más frecuentes en muros, sus causas y las alternativas de reparación.

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1.4. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA. ARQUITECTURA La estructura en cuestión está compuesta por muros de concreto armado de 25.5 metros de longitud en la dirección longitudinal, 9.4 metros en la dirección trasversal y 8.75 metros de altura. El espesor de los muros varia con la altura de 0.25 metros en la parte superior hasta 0.60 metros en la base (ver figura y figura 2 y plano adjunto). En la parte interior de la estructura se han construido placas de concreto armado de 0.20m de espesor por 3.55 m de alto anclados en los muros trasversales, para formar la parte de sedimentación de la estructura. En la parte superior de la estructura han sido diseñadas pasarelas de inspección de concreto armado apoyadas sobre los muros laterales. ESTRUCTURAS Los muros cuentan con acero vertical de Ø 5/8” @.20 y horizontal de Ø ½” @ 0.25 en ambas caras, en la cara externa tiene un bastón vertical de 5/8” @ 0.125. las placas que forman el sedimentador tiene una malla de acero de Ø ½” @ 0.20, la viga superior que forman las pasarelas tiene 10 barras de acero de Ø ½” con estribos de Ø 3/8” [email protected], [email protected], 5@ .15, resto @0.20 ( ver figura y plano adjunto )

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Figura N°1: Tanque Imhoff – Planta

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Figura N°2: Sección Transversal -Arquitectura

Figura N°4: Viga De Plataforma De Inspección.

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Figura N°3: Sección Transversal – Estructuras.

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1.5. SITUACION ACTUAL DE LA ESTRUCTURA. En la visita realizada a la estructura se observó el comportamiento de la estructura bajo la actuación de la carga lateral de agua. Se puede observar el desplazamiento lateral de los muros lo cual han producido grietas y fisuras en los mismos. En la unión entre la pasarela y el muro se observa el desprendimiento del y la rotura del concreto producido por el desplazamiento lateral de los muros. ESTRUCTURA A EVALUAR

Figura N°5: tanque Imhoff (estructura a evaluar).

Rotura de concreto en unión de pasarela y muro

Figura N°6: Vista de muro lateral tanque Imhoff, se observan filtraciones de agua durante la prueba hidráulica.

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fisuras horizontales y diagonales

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Figura N°7: Vista de la otra cara lateral de tanque Imhoff, se observan filtraciones de agua durante la prueba hidráulica.

Figura N°8: Rotura de concreto en la unión entre la pasarela y el muro, producido por el desplazamiento de la parte superior del durante la construcción se hiso una mala interpretación de los planos ya que los detalles se mostraba la pasarela apoyada sobre el muro como se muestra en la figura N° 9

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muro actuando bajo la presión lateral del agua. La rotura se produjo porque el acero de la viga había sido anclado en el muro,

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Detalle de la pasarela simplemente apoyada sobre el muro

Figura N°10: Rotura de concreto en la unión entre la pasarela y el muro, producido por el desplazamiento de la parte superior del muro actuando bajo la presión lateral del agua.

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Figura N°9: detalle mostrado en los planos, se indica que la pasarela valla apoyada sobre el muro, sin anclar el acero al muro.

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Figura N°11: Rotura y desprendimiento del concreto del muro en la unión entre la pasarela y el muro, producido por el desplazamiento de la parte superior del muro actuando bajo la presión lateral del agua.

Grietas horizontales

Figura N°12: grietas horizontales en el muro producto del comportamiento estructural de la estructura bajo carga lateral del agua, esto produjo porque muro del tanque del tanque según el detalle de la figura N°9 habría sido diseñado como en voladizo, por lo que al momento que se anclo el acero de la viga pasarela en el muro, el comportamiento vario y esta funcionaba como arriostre en la parte superior, haciendo que la parte externa que debería trabajar a compresión, empezó a trabajar a tracción y al no tener Pág. 21 de 26

el suficiente refuerzo se produjo el agrietamiento del concreto (Grietas).

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Figura N°13: grietas horizontales en la cara exterior del muro a mitad de la altura, producto que del anclado de las vías pasarela en el muro, no dejándolo desplazarse libremente conforme a la concepción estructural al momento del diseño (diseño como muro

Figura N°14: Gritas en las esquinas en la unión entre muros longitudinales y transversales producto del desplazamiento de los muros. No se colocó refuerzo adicional en las esquinas para evitar el agrietamiento.

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en voladizo).

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Figura N°14: Gritas diagonal en esquina de los muros, producidas por el desplazamiento de los muros bajo la presión

Figura N°14: Visita a obra para la realización de del presente trabajo.

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lateral del agua.

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1.6. PROPUESTA DE REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO. Después de haber realizado la inspección visual de la estructura y con la información recopilada, se ha realizado una propuesta de reparación válida solamente para los efectos de este curso.  Para controlar los desplazamientos laterales excesivos se plantea reforzar la estructura con una viga collar exterior al muro una en la parte superior de 0.25m x 0.30m y una viga como cinturón a la mitad de la altura del muro de 0.25m x0.45, ver detalle en plano adjunto a este informe.

Figura N°15: vigas perimetrales de reforzamiento propuestas.

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Figura N°16: secciones de vigas perimetrales de reforzamiento propuesta

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 Se construyen vigas de arriostre longitudinales y transversales en el interior del tanque, a la mitad de la altura de los muros amarrándolas con la viga perimetral exterior propuesta. (ver plano adjunto a este informe)  Para evitar el agrietamiento del muro en las esquinas, se plantea colocar un ochavo en las esquinas y colocar refuerzo adicional que ayude a controlar el agrietamiento y no dejar que las esquinas se abran.

Figura N°17: Reforzamiento en las esquinas del tanque. Se coloca refuerzo adicional.  Para evitar la rotura del concreto en el encuentro ente muro y viga de la pasarela, se recomienda separar la pasarela con una junta de 1” (2.5 cm) de espesor, y permitir el libre desplazamiento del muro.  Para el tratamiento de fisuras se plantea colocar grapas de acero y evitar que vuelvan a abrirse. Para ello se limpiarán las fisuras y/o grietas, se colocarán los refuerzos (grapas), luego se rellenarán con mortero compuesto por cemento y arena + impermeabilizante, también deberá utilizarse aditivo para unir concreto nuevo con concreto fraguado para asegurar una adherencia perfecta.

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 Los detalles de la propuesta planteada se muestran en el plano de reparación adjunto a este informe.

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2. ANEXOS.  Plano de arquitectura del proyecto original.  Plano de estructuras del proyecto original.

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 Plano de propuesta de reparación y reforzamiento de la estructura.

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