Vulnerabilidad del Hormigón Armado

El hormigón armado es uno de los materiales de construcción predominantes a nivel mundial. Su fortaleza radica en la combinación de las propiedades del hormigón simple, con alta resistencia a la compresión, y el acero de refuerzo, conocido por su resistencia a la tensión. Sin embargo, esta combinación no lo exime de sufrir diversas vulnerabilidades que pueden comprometer su integridad y vida útil, especialmente ante eventos extremos como sismos y explosiones, así como patologías como la corrosión.

Vulnerabilidad Sísmica en Edificaciones

La vulnerabilidad sísmica es un aspecto crítico en el diseño y evaluación de estructuras de hormigón armado. Se han desarrollado diversas metodologías para valorar el nivel de daño que pueden alcanzar las edificaciones. Estas metodologías estiman un índice de vulnerabilidad calculado en función de las características de la estructura que más influyen en su comportamiento sísmico, y lo relacionan con un índice de daño, que a su vez depende de la acción del movimiento sísmico. El modelo puede estimar diferentes grados de vulnerabilidad y, por consiguiente, definir distintos niveles de daño ante una misma acción. La relación de la vulnerabilidad con el daño se materializa mediante una forma continua con las funciones de vulnerabilidad.

Vulnerabilidad en Edificaciones con Muros de Hormigón Reforzado

En el contexto de edificaciones con sistemas estructurales de muros de hormigón reforzado, la evaluación de la vulnerabilidad sísmica es fundamental. Estudios específicos se centran en analizar la respuesta sísmica, la vulnerabilidad y el daño esperado en edificios residenciales de hormigón armado con irregularidad estructural en planta. Esta irregularidad se debe principalmente a entrantes o salientes en las esquinas y también a diafragmas discontinuos causados por geometrías irregulares.

Vulnerabilidad Sísmica de Puentes de Hormigón Armado

Durante eventos sísmicos fuertes, muchos puentes de hormigón armado han colapsado o han sido severamente dañados, causando pérdidas humanas y materiales. Sismos como los ocurridos en Haití el 12 de enero y en Chile el 27 de febrero, ambos en el año 2010, evidenciaron la elevada vulnerabilidad de los puentes ante acciones sísmicas intensas, afectando las acciones necesarias a acometer posteriormente a estos eventos. Los daños observados en estas obras han impulsado el desarrollo de nuevos estudios, destacando la necesidad de investigar detalladamente su comportamiento, ya que la prevención y la rehabilitación son clave para un desempeño adecuado.

Metodologías de Evaluación en Cuba

Como parte de los estudios para la mitigación de desastres, internacionalmente han surgido numerosas metodologías y procedimientos para verificar el comportamiento de los puentes ante terremotos moderados y fuertes. En Cuba, específicamente en la región suroriental, se han realizado varios trabajos de evaluación de la vulnerabilidad sísmica estructural de puentes de carreteras. Una metodología utiliza un análisis modal espectral de dos puentes prefabricados emplazados en carreteras de interés nacional, demostrando la elevada vulnerabilidad que estos poseen. A pesar de que en Cuba no se han reportado daños en puentes debido a sismos de gran intensidad, es imprescindible realizar estudios para determinar los problemas que inciden en su mal comportamiento, sobre todo al considerar el escenario de la zona suroriental de Cuba, clasificada como de mayor peligrosidad sísmica del país.

Estos estudios han puesto de manifiesto la necesidad de contar con una metodología propia que permita obtener resultados preliminares acerca del comportamiento de los puentes, ya que la utilización de procedimientos extranjeros introduce incertidumbres al adaptarlos a las condiciones cubanas. Además, las metodologías existentes no siempre consideran parámetros que son indicadores del probable comportamiento de la estructura ante acciones sísmicas. En este contexto, se presenta una herramienta para la evaluación preliminar de la vulnerabilidad sísmica estructural de puentes de hormigón armado, aplicable en cualquier zona sísmica. Una versión actualizada de esta metodología, validada por expertos, incluye parámetros novedosos y el criterio de parámetros invalidantes, que otorgan mayor relevancia a aspectos que por sí solos indican una elevada vulnerabilidad estructural. Esta metodología permite establecer niveles de prioridad en el proceso de rehabilitación de un conjunto de estructuras.

Vulnerabilidad en Edificios de Hormigón Armado en Chile

Chile, ubicado en el Cinturón de Fuego del Pacífico, presenta uno de los niveles más altos de actividad sísmica a nivel mundial, con grandes terremotos como Valdivia (Mw 9.5, 1960), Valparaíso (Mw 8.0, 1985) y Maule (Mw 8.8, 2010). Este último reveló vulnerabilidades críticas en edificios con muros de hormigón armado. Si bien el código sísmico nacional se ha reforzado tras estos eventos, sus disposiciones siguen siendo en gran medida cualitativas con respecto a los niveles de desempeño esperados y carecen de criterios cuantitativos que definan umbrales aceptables de riesgo de colapso.

En este contexto, varios estudios han avanzado en la caracterización de la vulnerabilidad sísmica de los edificios chilenos, evaluando la vulnerabilidad sísmica de edificios residenciales de mediana y gran altura, caracterizados por muros de hormigón armado con secciones en forma de Y. Se modelaron arquetipos variando altura, rigidez, clase de sitio, zona sísmica y época de diseño (pre- y post-2010). La respuesta estructural se analizó mediante análisis estáticos y dinámicos no lineales, que sirvieron de base para un Análisis de Franjas Múltiples (MSA) utilizando registros de movimiento del suelo chilenos. A partir de este enfoque, se derivaron curvas de fragilidad de colapso y se calcularon métricas de riesgo sísmico como la tasa media anual de colapso (λc) y la probabilidad de colapso a 50 años (Pc(50)). Los resultados indican que la probabilidad de colapso a 50 años aumenta con la altura del edificio, alcanzando niveles críticos para edificios de 25 pisos, mientras que los arquetipos de 10 y 15 pisos exhiben el desempeño más favorable. Respecto a las condiciones del sitio, se observó una reducción en la vulnerabilidad de la Clase de Sitio A y B a la Clase de Sitio C. Además, los edificios ubicados en la Zona Sísmica III muestran mayores probabilidades de colapso que los de la Zona II.

Vulnerabilidad en Edificios con Irregularidad en Planta (Venezuela)

En la zona metropolitana de Barquisimeto en Venezuela, donde la peligrosidad sísmica es importante, se analizan edificaciones residenciales de hormigón armado con irregularidad estructural en planta. Esta irregularidad se debe principalmente a entrantes o salientes en las esquinas y a diafragmas discontinuos. También se estudia la influencia de plantas simétricas en el comportamiento sísmico de la estructura. Los edificios analizados fueron proyectados de acuerdo con la norma sismorresistente del país. Se propone un método específico de evaluación, basado en los análisis estático y dinámico clásicos, pero considerando la tridimensionalidad del problema.

El estudio estático incluye el análisis de la rigidez inicial, de curvas de capacidad, así como de desplazamientos globales y relativos. Estos resultados se contrastan con los del análisis dinámico incremental, para el que se usan acelerogramas seleccionados que son compatibles con las características geológicas y geotécnicas de la zona, y con el espectro de diseño de la norma para zonas de alta peligrosidad sísmica. Para el análisis de la tridimensionalidad, las acciones sísmicas se aplican según combinaciones adecuadas en los ejes X e Y, promediando los resultados para obtener la curva envolvente IDA, los desplazamientos en función de la aceleración pico, la torsión y la rotación de los ejes resistentes verticales. Los principales resultados indican que:

• Los momentos torsionales en ejes resistentes adyacentes a las áreas entrantes son mayores que en ejes resistentes lejanos.
• En edificios con aberturas internas, la torsión aumenta en estructuras asimétricas y disminuye en modelos con simetría en planta.
• El daño esperado es mayor en edificios irregulares; para estos edificios y las acciones sísmicas esperadas en la zona son esperables estados de daño entre Severo y Colapso, siendo significativamente menores los esperados para edificios regulares.

Vulnerabilidad Sísmica Implícita en Edificios

Un estudio sobre la vulnerabilidad sísmica implícita evalúa 24 edificios teóricos estructurados en base a Muros de Rigidez, Marcos Rígidos y Mixtos (núcleo central de muros y marcos rígidos en sus fachadas), con alturas entre 5 y 40 pisos. Se calculó el punto de desempeño de cada edificio y se obtuvo un Factor de Seguridad mediante el “Método Inverso”. Este Factor de Seguridad se define como el cuociente entre la aceleración máxima que lleva a la estructura a su estado límite de desempeño (el menor valor de demanda para producir una ductilidad global de 3 o un desplazamiento de 1.5% de la altura total) y la aceleración del espectro elástico de la Norma Sísmica Chilena.

Vulnerabilidad ante Otros Eventos: Explosiones Accidentales

Colombia ha experimentado eventos de explosión accidental de origen antrópico que han causado pérdidas de vidas humanas, heridos y daños económicos en la infraestructura. Ante esta situación, una investigación busca establecer un marco de referencia para evaluar la vulnerabilidad de edificaciones construidas según la Norma de Construcción Sismo Resistente para Colombia (NSR-10) con sistemas estructurales en pórticos de concreto reforzado ante eventos de explosión accidental, utilizando curvas de fragilidad.

Metodología de Evaluación y Niveles de Daño

Esta investigación propone una metodología robusta para evaluar cargas explosivas contra edificaciones, basada en documentos del Departamento de Defensa de los Estados Unidos y software de la Agencia de Protección Ambiental. Para evaluar la respuesta estructural ante la carga explosiva, se utiliza el software OpenSees, con procesamiento de datos mediante rutinas de Python. Se evalúan más de 27.000 eventos explosivos por edificio típico, condensándolos en curvas de capacidad. Esta herramienta entrega curvas de fragilidad para edificaciones típicas de hasta 4 niveles, elaborando curvas log-normal que grafican la probabilidad de excedencia contra una sobrepresión dada, basado en el modelo de análisis de múltiples franjas (MSA). Además, identifica niveles de daño asociados a las metodologías HAZUS y RISK-UE para los niveles de daño leve, moderado, severo y colapso.

Patologías del Hormigón Armado: Corrosión

El concreto reforzado es un material fundamental, pero una de las patologías que más lo afecta es la corrosión en el acero de refuerzo. Si no se interviene a tiempo, la corrosión puede disminuir significativamente la vida útil de la estructura. Para determinar las acciones de intervención, es crucial conocer el estado de la estructura frente a este problema.

Impacto y Evaluación de la Corrosión

Las evaluaciones o ensayos aplicados en el concreto se clasifican en destructivos y no destructivos, según las alteraciones que producen. Aunque los ensayos destructivos son más certeros, dañan la estructura, impidiendo su aplicación periódica. Por otro lado, se ha demostrado que la combinación de diversos ensayos no destructivos constituye una alternativa confiable que causa el menor daño y puede implementarse regularmente, lo cual es ideal para un control periódico de la corrosión.

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