FUNDAMENTOS PARA UNA METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN

POST-SÍSMICA EN LA REPÚBLICA ARGENTINA

Scotta, Daniela Micaela; Barlek Mendoza, Pablo Mariano; Molina Triviño, Analía de los Ángeles; Galíndez, Enrique Emilio Título Profesional: Ingeniero Civil

Nombre de la Institución: Instituto de Estructuras “Ing. Arturo M. Guzmán” – UNT E-mail: daniela.scotta@gmail.com, pbarlek@gmail.com, amolina@herrera.unt.edu.ar,

egalindez@herrera.unt.edu.ar

RESUMEN En este trabajo se discuten los conceptos necesarios sobre los que debe fundarse

una metodología de evaluación post-sísmica para la República Argentina. Con este fin, se exponen y clasifican las principales metodologías de evaluación post-sísmica propuestas en diferentes partes del mundo, diferenciándose los métodos de inspección rápida de los de evaluación detallada. Los métodos de inspección rápida son relevantes ya que buscan evaluar la habitabilidad de una construcción luego de ocurrido el sismo. Para ello es necesario un criterio unificado entre inspectores, técnicos e ingenieros. Dentro de los métodos de evaluación detallados, se hace alusión al método propuesto por la Asociación Japonesa de Prevención de Desastres en Edificios (JBDPA) ya que en el mismo se incorpora el concepto de capacidad sísmica residual de una estructura. Este concepto sirve para cuantificar de forma más objetiva la cantidad de energía disponible que es capaz de disipar una estructura dañada. Adicionalmente, se mencionan experiencias de evaluación post-sísmica realizadas por profesionales argentinos que sirven de punto de partida para la elaboración de una metodología propia. Basándose en estas experiencias, se incluye con este trabajo un formulario de evaluación rápida, que se considera apropiado para ser aplicado de acuerdo a las prácticas constructivas locales. ABSTRACT

The necessary concepts upon which an Argentinian post-earthquake evaluation methodology should be founded are discussed in this paper. In addition, the main post-earthquake evaluation methodologies used in different countries are both presented and classified. Quick inspections methods are discriminated from detailed assessment methods. Quick inspection methods are necessary since they assess the occupational status of a structure after an earthquake. In order to do this, common criteria must be established for inspectors, technicians and engineers. Among detailed assessment methods, special attention is given to the methodology suggested by the Japanese Building Disaster Prevention Association (JBDPA) which introduces the residual seismic capacity of a structure. This last concept quantifies in a more objective way the amount of energy that a damaged structure is able to dissipate. On the other hand, previous post-earthquake assessments carried out by Argentinian professionals are mentioned. These experiences may serve as a starting point towards an Argentinian Assessment methodology. Finally, a quick structure assessment form, based on local construction techniques is included in this work.

1. INTRODUCCIÓN

Luego de ocurrido un sismo destructivo, es de primordial importancia decidir acerca de la seguridad o riesgo de un edificio, por lo que resulta necesaria la evaluación cuantitativa del daño, para poder estimar la capacidad sísmica residual e identificar las acciones a tomar respecto al edificio dañado. Por lo tanto, es vital contar con una estrategia de manejo de desastres bien preparada antes del evento sísmico si se desea restablecer rápidamente la actividad de una comunidad castigada por este fenómeno. Si el sismo es de tal intensidad que se producen daños en las construcciones, es preciso realizar inspecciones para distinguir las estructuras seguras de las que no lo son. Esto se hace para evitar pérdida de vidas como resultado del colapso de edificios durante las réplicas. Posteriormente, una vez que medianamente se ha restablecido la tranquilidad en la comunidad, comienza el periodo de rehabilitación y reconstrucción. En él, las estructuras deben ser inspeccionadas nuevamente pero con mayor grado de detalle, de esta manera se logra establecer la necesidad de reparación o refuerzo. Ambas inspecciones se basan en la evaluación de los daños en los edificios.

Por todas estas razones, es imperioso contar con criterios y metodologías de evaluación que permitan desenvolverse de forma ordenada y rápida en tales situaciones. De esta forma se impide que los inspectores utilicen distintos instrumentos y criterios de evaluación que den resultados contradictorios. La evaluación del daño estructural no es una tarea fácil y depende de la habilidad de los inspectores. En muchas ocasiones es posible establecer a simple vista la inseguridad de una estructura debido a los daños que se observan (Figura 1), pero en la mayor parte de los casos esto no es tan fácil de determinar, como se muestra en la Figura 2. No basta sólo con evaluar los daños estructurales de los distintos elementos que componen la estructura, sino que también se debe considerar su importancia para el equilibrio global de la construcción. Por todo esto, puede concluirse que estas evaluaciones deben ser realizadas por ingenieros, arquitectos o expertos en la materia.

Figura 1. (a) Foto de un Edificio de Hormigón Armado Parcialmente Colapsado luego

del movimiento principal del terreno; (b) durante una réplica; (c) después de la misma. Sismo de El Quindío, Colombia M_W=6,2, 1999. (fotos del EERI1).

Figura 2. Fotos de Edificios de Hormigón Armado con Daño Moderado: (a) Sismo de

Izmit, Turquía 𝑀𝑀𝑤𝑤 = 7,4, 1999; (b) Sismo de L’Aquila, Italia 𝑀𝑀𝑊𝑊 = 6,3, 1999.

Las autoridades de algunos países de América Latina se percataron de este problema y redactaron o adoptaron metodologías de evaluación post-sísmica propuestas por otros países con elevada peligrosidad sísmica. En este sentido, Colombia2 y México3 fueron pioneros. En 2013 se publicó en la República Argentina el nuevo proyecto de Reglamento INPRES – CIRSOC 103 Parte I4 que incluye por primera vez un capítulo denominado “Construcciones Existentes”. El mismo es aplicable a edificaciones existentes cuando en ellas se realicen ampliaciones, reformas o consolidaciones. Sin embargo, todavía no se hace referencia a la evaluación post-sísmica de una construcción ni se dan lineamientos o criterios a ser utilizados por los profesionales en estos casos.

2. METODOLOGÍAS PROPUESTAS PARA LA EVALUACIÓN POST-SÍSMICA DE ESTRUCTURAS

En los últimos años se publicaron una serie de estudios que contribuyeron de manera sustancial a la evaluación post-sísmica de estructuras. A continuación se presentan los desarrollos claves en este campo de investigación.

Para comenzar, puede decirse que las metodologías de evaluación post-sísmica de estructuras se clasifican según su grado de complejidad en:

• Métodos de Inspección Rápida o de Habitabilidad: entre estos se pueden mencionar el método del Consejo de Tecnología Aplicada (Applied Technology Council, ATC-20), el método AeDES y el de la Asociación Japonesa de Prevención de Desastres en Edificios (Japanese Building Disaster Prevention Association, JBDPA), entre otros.

• Métodos de Evaluación Detallada: entre estos se destacan el método de la Agencia Federal de Manejo de Emergencias de EE.UU. (Federal Emergency Management Agency, FEMA 306) y el de la JBDPA.

En los apartados que siguen se hace una breve reseña de cada uno de los métodos mencionados.

2.1. Métodos de Inspección Rápida

Los métodos de inspección rápida fueron desarrollados para evaluar la habitabilidad de estructuras dañadas después de un sismo y deberían realizarse en el transcurso de la primera semana después del evento. La duración de la evaluación de una estructura suele oscilar entre 10 y 40 minutos, aunque esto depende del grado de complejidad de la estructura. En la evaluación, los inspectores revisan la superestructura y la fundación. Comúnmente sólo se consideran los indicadores de daño que pueden observarse a simple vista o con herramientas simples. Estos indicadores de daño pueden ser el desprendimiento del hormigón de recubrimiento, el pandeo o la ruptura de la armadura longitudinal y tanto los anchos como las orientaciones de las fisuras. En esta etapa se analiza también el posible peligro que puede generar la caída de objetos del edifico, u objetos adjuntos inestables que pueden terminar de caer con las réplicas. Se juzga la severidad del daño mediante la comparación con daños observados en descripciones de documentos redactados por expertos. Basándose en el daño observado, se evalúa cualitativamente la capacidad de la estructura para resistir futuras cargas y, consecuentemente, se define su nivel de seguridad. El evaluador concluye esta etapa indicando si la estructura es insegura, de ingreso restringido, o si no representa peligro.

Las diferencias entre los métodos de inspección rápida de distinto países se deben principalmente a la clasificación del nivel de daño adoptada y al conjunto de indicadores de daño tomados en cuenta. Estas dos fuentes de diferencias están directamente relacionadas con el problema de estimar la capacidad sísmica residual.

A continuación se presentan las características más importantes de algunos de los métodos más conocidos.

2.1.1. Método del ATC-20

Uno de los primeros procedimientos para la evaluación post-sísmica de estructuras fue publicado por el Consejo de Tecnología Aplicada (ATC, 1989) de EE.UU. bajo el título de “Procedimientos para la Evaluación Post-sísmica de la Seguridad de Edificios”5. Este documento contiene directivas para la evaluación de edificaciones dañadas por sismos, sobre todo en lo que respecta a la seguridad de los ocupantes. El procedimiento apunta a que el inspector asigne un status de habitabilidad (entiéndase: segura, ingreso restringido o insegura como se muestra en la Figura 3) a la construcción dañada. Los formularios de evaluación de seguridad son provistos en forma de listas de verificación.

Estos procedimientos apuntan a evaluaciones rápidas que son realizadas por individuos con menor grado de conocimiento sobre el comportamiento de estructuras sismorresistentes que ingenieros estructuralistas. En el año 2003 se desarrolló un sistema de recolección de datos en la evaluación de daños ATC-20i, y en 2005 se publicó la segunda edición del ATC-20-1 “Manual de Campo: Evaluación Post-sísmica de la Seguridad de Edificios”6.

2.1.2. Método AeDES

Con el objetivo de unificar la evaluación post-sismo de edificios en Europa, el Centro de Investigación Conjunta publica el documento “Manual de Campo para

Evaluación Post-sísmica de Daño y Seguridad y Contra-Medidas de Corto Plazo” (AeDES)7. Esta metodología fue desarrollada por un grupo de expertos italianos.

El método consta de una serie de planillas donde quedan plasmadas propiedades importantes tanto de la estructura como del sitio. Mediante estos formularios también se busca que quede especificada la magnitud del daño en la estructura, en los componentes no estructurales y en las fundaciones. En este manual se encuentran descripciones de niveles de daños correspondientes a distintos grados de severidad. Dentro de estas descripciones pueden encontrarse parámetros como los desplazamientos residuales. La habitabilidad de una construcción es evaluada en base a los datos recolectados durante la evaluación. Las fuentes de riesgo consideradas por este método están relacionadas con el estado de los elementos estructurales, los componentes no estructurales, las construcciones linderas, la fundación y el suelo. Además, este documento especifica algunas medidas de corto plazo que los inspectores deben tener presente para reducir el riesgo de la estructura en la fase post-sismo, estas medidas incluyen la colocación de puntales y soportes temporarios.

Figura 3. Status de Habitabilidad según ATC-20 (a) Estructura Segura;

(b) Ingreso Restringido; (c) Estructura Insegura.

2.1.3. JBDPA Los profesionales japoneses tienen amplia experiencia en la evaluación del daño

en edificaciones como consecuencia de la acción sísmica. El método de inspección rápida de la JBDPA considera una evaluación a simple vista, la influencia de las construcciones vecinas, las condiciones del suelo, el daño de la estructura y el riesgo de los componentes no estructurales. Para tal fin la JBDPA elaboró formularios que pueden ser adaptados para países en desarrollo.

2.1.4. Otros Métodos de Inspección Rápida

Goretti y Di Pasquale8 (2008) presentan una síntesis de los diferentes métodos de evaluación del daño usados a lo largo de los años en Italia, Turquía, Japón y el estado de California.

Basados en la experiencia de terremotos y evaluaciones previas, Anagnostopoulos y Moretti9 (2008) propusieron un sistema de evaluación estructural post-sismo. Este sistema, utilizado en Grecia, incorpora formularios para una evaluación estructural rápida, así como también la descripción de los aspectos referidos a la organización asociada al restablecimiento de los sistemas.

En 2009 la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica2 publicó un manual de

evaluación post-sismo de edificaciones, que incluye formularios y guías de valoración del riesgo de los edificios, para definir su nivel de habitabilidad.

2.2. Métodos de Evaluación Detallada

Los métodos de evaluación detallada tienen como propósito predecir el desempeño de una estructura en el futuro, también intentan evaluar la relación costo-efectividad de estrategias de reparación y rehabilitación. Esto hace que los tiempos requeridos para la evaluación de una estructura dañada se extiendan, pudiendo durar en el rango de semanas y meses. Se analiza el desempeño futuro de la edificación teniendo en cuenta los efectos del daño en las propiedades estructurales. Para este fin se debe definir un modelo analítico de la estructura.

Estos métodos difieren entre sí en la manera en que el desempeño sísmico de la estructura es medido y definido. Para una estructura dañada dada, algunos métodos intentan identificar los niveles de deformación correspondientes a diferentes niveles de peligro mientras que otros tratan de estimar la capacidad residual para disipar energía. En el primer caso, la relación esfuerzo – deformación de cada componente dañado debe ser estimada, esto se realiza modificando el comportamiento de cada componente en su estado original (es decir, sin daño). Dicha modificación se determina en base al modo de comportamiento inelástico del elemento (modo de falla por flexión, corte, compresión, etc.) y al nivel del daño sufrido por el mismo. Las modificaciones apropiadas son establecidas mediante ensayos y la opinión de expertos. En el segundo caso, la capacidad residual para disipar energía se define tomando como referencia la energía total que la estructura puede disipar bajo un estado de deformaciones laterales crecientes de forma monotónica. Como consecuencia de esta diferencia de criterios es posible que las decisiones que se toman sobre una determinada construcción dañada difieran usando los distintos métodos.

Adicionalmente, la diferencia de criterios expuesta anteriormente ocasiona que la manera en que se modifican los parámetros estructurales varíe. Algunos métodos sugieren que los ingenieros modifiquen la rigidez y la resistencia mediante el uso de factores determinados, mientras que los otros métodos proveen la relación entre la energía residual que puede disipar el elemento y la energía total que es capaz de disipar el mismo para un estado sin daño. En los apartados que continúan se tratan los métodos más difundidos.

2.2.1. FEMA 306

En 1998 el ATC publicó el documento FEMA 306: “Evaluación de Daños Sísmicos en Edificios de Tabiques de Hormigón Armado y Mampostería”10. El mismo fue redactado con el objetivo de establecer un criterio para analizar el desempeño futuro y la necesidad de reparación o rehabilitación de estructuras dañadas por sismos. El enfoque del mismo apunta a seleccionar objetivos de desempeño para un edificio y analizar el desempeño relativo de la construcción en su estado original, en su estado dañado y en su estado rehabilitado. El nivel del daño sobre los componentes se identifica en base a indicadores visibles de daño (anchos de fisuras y desprendimiento del hormigón de recubrimiento). En la Figura 4 pueden observarse

las indicaciones para estimar la relación esfuerzo – deformación de un tabique de hormigón armado con “daño moderado”. Luego de que se determinan todas las curvas esfuerzo – deformación para los componentes dañados, se evalúa el desempeño de la estructura dañada. Para ello pueden utilizarse análisis estáticos y dinámicos, ambos del tipo no lineal. Por último se evalúa la efectividad de la estructura rehabilitada modificando donde sea apropiado el modelo matemático y analizando los cambios producidos en el desempeño con respecto a la estructura dañada.

Figura 4. Método propuesto en FEMA 306 (a) Parámetros para Modelar un

Componente Dañado; (b) Factores de Modificación y Apariencia del Componente. 2.2.2. JBDPA

El método japonés de evaluación post-sísmica de estructuras se basa en estimar la energía que aún puede disipar una estructura dañada una vez que ha ocurrido un sismo. Justamente por esto es que en este caso se habla de capacidad sísmica residual de una estructura.

Esta metodología es tratada con mayor profundidad que el resto, ya que el concepto de capacidad sísmica residual permite cuantificar de una manera más objetiva la energía remanente que es capaz de disipar una estructura dañada luego de un sismo. 3. Evaluación Post-Sismo Basada en el Índice de Capacidad Sísmica Residual 3.1. Antecedentes e Historia

Como consecuencia de los sismos ocurridos en la década de 1970, los ingenieros japoneses se enfrentaron al desafío de evaluar las estructuras dañadas por sismo, decidir sobre su rehabilitación, y de diseñar, si así lo indicaba la evaluación, el esquema de rehabilitación. Para facilitar el proceso de decisión, diferentes asociaciones de ingenieros se propusieron elaborar una metodología, con diferentes niveles de complejidad según la precisión requerida, que permitiera evaluar la seguridad estructural de un edificio rápidamente. Las experiencias acumuladas durante esos años sirvieron de base para el desarrollo y calibración de la metodología. En 1977 la JBDPA publicó la versión original de los métodos de evaluación sísmica de edificios existentes. Otro aspecto a considerar para los

edificios dañados durante un sismo, se refiere a la necesidad de inspección de seguridad y resistencia ante la posible incidencia de réplicas del sismo principal, para poder juzgar la posibilidad de uso y habitabilidad. Por tal motivo, desde 1981 hasta 1985 se desarrolló el proyecto “Desarrollo de la Tecnología de Rehabilitación de Edificios Dañados por Sismos” financiado por el Ministerio de Construcción de Japón. En 1985 la guía fue aplicada a estructuras de hormigón armado en el terremoto de México. En 1991 la JBDPA publicó la “Guía para Evaluación Post-Sísmica del Daño y Rehabilitación”, que describe los métodos de evaluación y reparación para estructuras de hormigón armado. Después del sismo de Hyogoken-Nambu (Kobe), 1995, el Ministerio de Construcción, las autoridades locales y organizaciones privadas relacionadas con la construcción aplicaron las guías de este manual para evaluar más de 46000 edificios. En el año 2001 la guía fue revisada y publicada nuevamente11 teniendo en cuenta la experiencia adquirida durante el terremoto de Kobe. Los criterios básicos planteados originalmente fueron mantenidos en esta revisión. 3.2. Índice de Capacidad Sísmica Residual de una Estructura

La metodología tiene como fin calcular un parámetro denominado “capacidad sísmica Residual 𝑅𝑅” que es utilizado para definir la clase de daño de una construcción, y en base a la misma se decide si es necesario rehabilitar, reparar, o se puede dejar a la estructura dañada en el estado en que se encuentra. El índice de capacidad sísmica residual de una estructura se calcula como:

𝑅𝑅[%] = 𝐼𝐼𝑆𝑆 𝐷𝐷

𝐼𝐼𝑆𝑆⋅ 100 (1)

Con:

𝐼𝐼𝑆𝑆 𝐷𝐷: Índice Estructural de la Estructura Dañada. 𝐼𝐼𝑆𝑆: Índice Estructural de la Estructura Original Sin Daño.

El índice 𝐼𝐼𝑆𝑆 tiene en cuenta la resistencia, la ductilidad, la irregularidad de la configuración estructural, la discontinuidad de la rigidez en altura, la excentricidad en la distribución de la rigidez en planta y el grado de deterioro de la estructura por envejecimiento de materiales. Las metodologías para calcular este coeficiente se encuentran descriptas en el “Código Japonés para la Evaluación Sísmica de Edificios Existentes de Hormigón Armado”12 también editado por la JBDPA. Basta con decir aquí que existen tres procedimientos definidos como de primer, segundo y tercer nivel. La minuciosidad del cálculo y la confiabilidad de los resultados son mayores mientras más alto sea el nivel de procedimiento. Sin embargo, la necesidad de información detallada también aumenta para niveles mayores de análisis, como por ejemplo propiedades del material y de la sección, detalles de armado, etc. No siempre se cuenta con esa información ni con el tiempo necesario para un procedimiento de cálculo largo durante la evaluación post-sismo. Por este motivo la guía propone un procedimiento alternativo, basado en el primer nivel, para calcular el índice 𝐼𝐼𝑆𝑆 de forma simplificada. Así es posible estimar el daño de edificios para identificar la necesidad de rehabilitación de forma eficiente, especialmente cuando el

daño por sismo es extenso y deben ser evaluados muchos edificios.

El índice 𝐼𝐼𝑆𝑆 𝐷𝐷 de la estructura dañada es calculado de forma análoga a 𝐼𝐼𝑆𝑆, sólo que se deben afectar sus variables por los factores de reducción de la capacidad sísmica 𝜂𝜂 de los elementos de la estructura, para considerar el deterioro en la capacidad de disipar energía. 3.3. Clase de Daño de una Estructura

La clase de daño de una estructura se establece según el valor calculado de 𝑅𝑅. En la Tabla 1 se observan los límites adoptados en la guía de evaluación de la JBDPA para cada clase de daño.

Clase de Daño Índice 𝑹𝑹

Ligero 𝑅𝑅 ≥ 95% Leve 80% ≤ 𝑅𝑅 ≤ 95%

Moderado 60% ≤ 𝑅𝑅 ≤ 80% Severo 𝑅𝑅 < 60% Colapso Estructura con 𝑅𝑅 ≈ 0 por colapso parcial o total

Tabla 1. Clase de Daño de una Estructura de acuerdo al Índice de Capacidad Sísmica Residual.

La experiencia en la evaluación post-sísmica de estructuras utilizando esta

metodología ha demostrado que el límite entre daño ligero y leve (R=95%) constituye un estado límite de servicio, por lo que las estructuras con daño ligero no necesitan reparaciones y pueden continuar funcionando luego de un evento.

Asimismo, casi todos los edificios evaluados con clase de daño severa y aproximadamente un tercio con daño moderado fueron demolidos y reconstruidos luego del sismo de Kobe. Por ello, se decide tomar el límite entre daño moderado y severo (R=60%) como límite de reparabilidad de una estructura.

3.4. Nivel de Daño de un Elemento Estructural de Hormigón Armado

Es necesario diferenciar la clase de daño de una estructura del nivel de daño de un elemento estructural. Por un lado, la clase de daño se refiere a la clasificación subjetiva global de la estructura analizada, se define en base al índice 𝑅𝑅 según la Tabla 1.

Paralelamente, nivel de daño se corresponde con el deterioro alcanzado por un único elemento de la estructura. En el caso de elementos de hormigón armado, la guía define cinco niveles de daño que van en orden ascendente del I al V según la extensión del mismo. Los diferentes niveles de daño se identifican en función del máximo ancho de fisura residual (𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0) medido en el elemento y de las descripciones dadas por la JBDPA que se transcriben en la Tabla 2.

La Figura 5 sirve para ilustrar mediante fotografías los distintos niveles de daño en columnas de hormigón armado. Nótese como las imágenes se corresponden con las descripciones de la Tabla 2.

Nivel de Daño

Máximo Ancho de Fisura Residual (𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝑾𝑾𝟎𝟎) [mm]

Descripción

I 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0 < 0,20 Pequeñas fisuras visibles en la superficie de hormigón.

II 0,20 ≤ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0 ≤ 1,00 Fisuras visibles en la superficie de hormigón.

III 1,00 ≤ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0 ≤ 2,00 Desprendimiento localizado del recubrimiento. Fisuras de ancho apreciable.

IV 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0 > 2,00 Desprendimiento de hormigón que deja expuestas las barras de acero.

V -

Pandeo de barras longitudinales. Fisuras en el núcleo confinado de hormigón.

Deformación vertical visible en columnas. Asentamiento visible, inclinación, o ambas.

Tabla 2. Niveles de Daño de un Elemento de Hormigón Armado.

Figura 5. Niveles de Daño en Columnas de Hormigón Armado (a) Nivel de Daño I;

(b) Nivel de Daño II; (c) Nivel de Daño III; (d) Nivel de Daño IV; (e) Nivel de Daño V.

3.5. Factor de Reducción de la Capacidad Sísmica 𝜼𝜼

El factor de reducción de la capacidad sísmica, denotado 𝜂𝜂, se define como la relación entre la energía residual 𝐸𝐸𝑟𝑟 y la energía total 𝐸𝐸𝑇𝑇 de la curva carga - desplazamiento de un elemento. Esto se encuentra ilustrado en la Figura 6, donde 𝐸𝐸𝑇𝑇 es la suma de la energía disipada 𝐸𝐸𝑑𝑑 y la energía residual 𝐸𝐸𝑟𝑟 (𝐸𝐸𝑇𝑇 = 𝐸𝐸𝑑𝑑 + 𝐸𝐸𝑟𝑟). Matemáticamente, este factor puede expresarse como: 𝜂𝜂 = 𝐸𝐸𝑟𝑟

𝐸𝐸𝑇𝑇= 𝐸𝐸𝑟𝑟

𝐸𝐸𝑑𝑑+𝐸𝐸𝑟𝑟 (2)

Figura 6. Concepto Básico del Factor de Reducción 𝜂𝜂 para un Elemento Estructural.

3.6. Relaciones 𝜼𝜼 − 𝜹𝜹𝟎𝟎 − 𝑾𝑾𝟎𝟎

La determinación del factor de reducción sísmica 𝜂𝜂 se realiza a partir de ensayos a carga cíclica reversible en laboratorio, en los cuales se ensayan elementos estructurales similares a los que se quiere evaluar en el campo. De los ensayos realizados se obtiene la curva carga - desplazamiento que permite determinar la capacidad sísmica total y la capacidad sísmica disipada en cada ciclo y con ello calcular el factor 𝜂𝜂 correspondiente. Esto permite establecer la relación entre el factor de reducción de cada ciclo y el desplazamiento residual 𝛿𝛿0 correspondiente.

Sin embargo, como la variable utilizada en esta metodología para clasificar el daño es el ancho de fisuras residuales 𝑊𝑊0, es necesario hallar una relación que vincule a estas con el factor de reducción. Con este fin se miden las fisuras residuales 𝑊𝑊0 después de la descarga para cada ciclo durante el ensayo, y se establece la relación 𝑊𝑊0 − 𝛿𝛿0. Finalmente, combinando ambas relaciones se puede establecer la relación 𝜂𝜂 − 𝑊𝑊0. El procedimiento completo para la obtención de esta relación se encuentra ilustrado en la Figura 7.

Se han realizado numerosos ensayos de columnas y muros para determinar la relación 𝜂𝜂 − 𝑊𝑊0. Como ejemplo puede citarse el trabajo de Maeda, Nakano y Lee13 donde se presenta la evaluación del factor de reducción de la capacidad sísmica de elementos dúctiles basados en el ensayo de cuatro elementos bajo cargas axiales sometidos a cargas cíclicas de flexión. El análisis se acompaña por un modelo analítico, que con una propuesta simple permite relacionar el ancho de la máxima fisura residual 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑊𝑊0 con la deformación residual 𝛿𝛿0. Por otro lado, en el trabajo de Choi, Nakano y Takahashi14 (2006) se ensayan y estudian analíticamente dos muros

encadenados rellenos de bloques de hormigón. Los muros ensayados representan el primer y el cuarto piso de una escuela de cuatro pisos típica de Corea. Con los resultados de todos estos ensayos, la JBDPA propuso factores de reducción de la capacidad sísmica 𝜂𝜂 para los diferentes elementos estructurales de acuerdo al nivel de daño que tengan. En la Tabla 3 se reproducen los valores sugeridos por la JBDPA, se entiende que cuando se hace mención a columnas, el material de las mismas es hormigón armado.

En la República Argentina, el primer ensayo con el objetivo de establecer los factores de reducción 𝜂𝜂 sobre elementos de hormigón armado flexionados sin carga axial fue realizado por Scotta15 en el año 2013.

Figura 7. Procedimiento para obtener factor de reducción 𝜂𝜂 en campo como función

de 𝑊𝑊0.

Nivel de

Daño

Columna Dúctil

Columna Frágil

Tabique de Hormigón

Armado sin Elementos de

Borde

Tabique de Hormigón

Armado con un Elemento

de Borde

Tabique de Hormigón

Armado con dos Elementos

de Bordes I 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 II 0,75 0,60 0,60 0,60 0,60 III 0,50 0,30 0,30 0,30 0,30 IV 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 V 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Tabla 3. Valores de 𝜂𝜂 sugeridos por la JBDPA para distintos elementos estructurales de acuerdo al nivel de daño.

4. EXPERIENCIAS PREVIAS DE PROFESIONALES ARGENTINOS EN EVALUACIÓN POST-SÍSMICA DE ESTRUCTURAS

Hasta aquí se expusieron los enfoques propuestos en distintos países con elevada peligrosidad sísmica. Sin embargo, es necesario también tratar las experiencias que van acumulando algunos profesionales argentinos en esta materia. En ese sentido, en este trabajo se describen dos experiencias concretas de evaluación post-sísmica llevadas a cabo por ingenieros argentinos.

4.1. Investigadores de la Universidad Nacional de San Juan (2010)

Como consecuencia del terremoto de Chile el 27 de Febrero de 2010, la Embajada Argentina en ese país convocó a un grupo de docentes e investigadores de la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ) con el objetivo de colaborar con las autoridades locales en la evaluación del daño. La delegación estuvo compuesta por profesionales del Instituto de Investigaciones Antisísmicas “Ing. Aldo Bruschi” (IDIA) y del Departamento de Ingeniería Civil.

Este equipo de ingenieros realizó sus trabajos en las comunas de La Granja, Maipú y Quirihue, divididos en distintas comisiones a cargo de las autoridades chilenas. En este caso no se llenaron formularios de evaluación, sino que el equipo emitió una serie de informes breves16,17,18 en los que se describen el sistema estructural de las construcciones inspeccionadas, los daños observados en la misma (acompañados por fotografías ilustrativas) y se proponen medidas a adoptar en un corto plazo. Para las construcciones seriamente dañadas se recomendó que los trabajos de reparación o rehabilitación fueran supervisados por ingenieros estructurales.

Durante su estadía en ese país, estos ingenieros pudieron presenciar el accionar de sus colegas chilenos y familiarizarse con su proceder en caso de emergencias. Además, entraron en contacto con diversos documentos elaborados por las autoridades locales. Entre estos se destacó un Informe Parcial para edificios de 3 o más pisos elaborado por la Municipalidad de la Ciudad de Concepción19, una de las más castigadas por el sismo. En este documento las construcciones evaluadas fueron clasificadas dentro de las tres categorías indicadas a continuación:

• Categoría 1: Edificio con colapso inminente, que necesita ser demolido inmediatamente. Estas estructuras pueden colapsar total o parcialmente con movimientos sísmicos leves.

• Categoría 2: Edificios con daño estructural severo en sus líneas resistentes, con peligro de colapso ante réplicas fuertes. En estas estructuras es necesario un estudio avanzado para determinar su recuperación o demolición.

• Categoría 3: Edificios habitables, recomendándose una revisión estructural de los mismos. 4.2. Gea y Ceballos (2011)20

En este trabajo se describe una experiencia de evaluación post-sísmica realizada luego del sismo ocurrido el 27 de Febrero de 2010 en la Provincia de Salta, con una magnitud de 6,1 en la escala de Richter. Este evento produjo daños en numerosas construcciones de las localidades de Cerrillos y Campo Quijano, y puso en evidencia la falta de un equipo de evaluadores entrenados que pudieran trabajar en las

primeras horas luego de ocurrido el fenómeno.

Frente a esta situación, el Colegio de Arquitectos de Salta solicitó a profesionales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Salta (UNSa) que organizaran una tarea de evaluación de daños. Dicha tarea constó de cuatro etapas: la preparación y el dictado de un curso de capacitación para profesionales de la arquitectura, que actuaron de manera voluntaria como inspectores, la elaboración de formularios de inspección, la supervisión del relevamiento en campo y, finalmente, el diagnóstico para cada construcción inspeccionada.

Gea y Ceballos elaboraron un formulario de inspección post-sísmica detallada basándose en la propuesta de Anagnostopoulos y Moretti9 pero considerando los tipos constructivos locales.

Dicho formulario se dividide en cinco apartados que se enumeran a continuación: • Localización e Identificación del Edificio: se especifica la ubicación de la

construcción y si se encuentra colindando con otras construcciones vecinas. • Descripción de la Construcción: aquí se incluye información como el número de

pisos, sistema estructural, destino, área en planta, año de construcción, etc. Estos datos pueden ser conseguidos preguntando a los habitantes de la edificación.

• Daño: en esta sección se evalúa la severidad del daño en los diferentes elementos estructurales de acuerdo a tablas que se adjuntan para cada una de las tipologías. El nivel del daño es clasificado en una escala creciente de acuerdo al grado de severidad. Se pueden incluir fotografías indicativas de los daños relevados.

• Datos del Equipo de Inspección: un requisito de forma. • Datos del Receptor del Formulario: también un requisito de forma. Los grupos de trabajo estuvieron compuestos por dos inspectores a los que se les

asignó un número determinado de viviendas. Cada grupo contaba con una cinta métrica, una cámara fotográfica y un medidor de anchos de fisuras. En la Figura 8 puede apreciarse el proceso de medición de ancho de fisuras por comparación con líneas de diferente espesor.

Figura 8. Medición de Ancho de Fisura por Comparación.

La experiencia de campo logró completarse solamente en la localidad de Cerrillos.

Se evaluaron un total de 35 construcciones de esta población, el 86% de las mismas

no fue diseñada de acuerdo con las especificaciones del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 (1991), el código vigente cuando se realizó la inspección. Dentro de este grupo, el 94% registró daños visibles, el 54% requería un refuerzo de forma urgente y un 6% necesitaba un análisis de mayor complejidad. Por otro lado, se observó que las construcciones que cumplían con la norma (aproximadamente el 14% de las inspeccionadas) tuvieron un comportamiento satisfactorio, sin daño alguno o con daños leves de simple reparación. En total, solo el 15% de las construcciones evaluadas no registraron daños visibles. 5. FORMULARIO DE INSPECCIÓN RÁPIDA POSTSISMO PARA ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO A continuación se propone un formulario de inspección rápida post-sismo, que es una adaptación de la tabla 3.2.2-1 del documento del Instituto de Investigación de Edificios de Japón21 que toma como base el método de la JBDPA. El mismo se considera apropiado para ser aplicado en el medio y de acuerdo a las prácticas constructivas locales. En este caso se presenta el formulario correspondiente a la tipología estructural de pórticos de hormigón armado y/o tabiques del mismo material. (Apartado 5.2.)

La inspección o evaluación rápida es cualitativa y tiene por objetivo identificar y categorizar el edificio desde el punto de vista de la seguridad y habitabilidad después de la ocurrencia del evento sísmico, clasificándolas y etiquetándolas como seguro, ingreso restringido o inseguro. 5.1. Instructivo para el proceso de inspección rápida

El formulario debe ser llenado en forma particular para cada edificio o construcción. Consta de distintas partes, que se describen a continuación:

• Datos de la inspección: fecha y hora, nombre del inspector y N° del informe. • Datos de la edificación: a fin de ubicar y tipificar la edificación, se indican

dirección, ubicación, destino, dimensiones aproximadas en planta y número de pisos.

• Inspección o evaluación: En el proceso de evaluación se indican tres etapas de la inspección,

identificadas con los números 1 a 3. En la inspección 1, que es solamente exterior, se debe detectar a simple vista

si hay fallas evidentes como ser derrumbe parcial o total, inclinación o desplazamiento significativo de la estructura o destrucción de la fundación de la misma, que signifiquen un peligro de colapso cierto y en consecuencia pueda afectar la seguridad de las personas. Si alguna de estas condiciones está presente en el caso analizado, debe marcarse con una X el casillero correspondiente y detenerse la inspección. Automáticamente finaliza la evaluación y se debe clasificar a la edificación como INSEGURA.

Si no es este el caso, se continúa el proceso con la Inspección 2. En esta etapa, que consiste en una evaluación del exterior y del interior de la construcción, los inspectores deben revisar las evidencias de fallas en la estructura, así como las condiciones del suelo circundante y/o de edificaciones vecinas o colindantes. En un

primer paso (Paso 1), se deben detectar si existen elementos estructurales con nivel de daño mayor a III (de acuerdo a las definiciones de niveles de daño estipulados en Tabla 2). Si esta condición no se cumple, se marca a este ítem como Grado A; de lo contrario, se marca como Grado B indicando con un círculo alrededor de la respuesta correspondiente. Se procede luego al Paso 2. En este caso se analizan diferentes aspectos, en cada uno de los cuales, de acuerdo a los daños observados en la edificación, se marca la columna correspondiente englobando con un círculo. Como resultado de este Paso 2, se obtiene una primera clasificación de la edificación:

- Si las marcas en todos los ítems se ubican en la primera columna correspondiente al Grado A, la estructura se clasifica como de GRADO A.

- Si se marca uno de los ítems en la segunda columna (Grado B) y los demás en la primera (Grado A), se debe clasificar la estructura como de GRADO B.

- Si uno o más ítems corresponden a la tercera columna (Grado C) o dos o más ítems a la de Grado B, la edificación es clasificada como de GRADO C.

Esta clasificación debe compararse con la del Paso 1 anterior, y debe tomarse la más desfavorable de las dos. De esto resulta la clasificación de la estructura de la Inspección 2, como SEGURA, DE USO RESTRINGIDO o INSEGURA según corresponda a los grados A, B y C de los pasos anteriores.

Posteriormente se procede a la tercera etapa, llamada Inspección 3, que tiene en cuenta los peligros por probables caídas o vuelcos de elementos no estructurales. En esta etapa se analizan diferentes ítems, cada uno de los cuales se marca con un círculo, según corresponda, en la columna de grado A, B o C. Como conclusión de la Inspección 3 se obtiene la clasificación de la construcción en:

- SEGURA (si todos los ítems son grado A). - DE USO RESTRINGIDO (si uno o más ítems son grado B). - INSEGURA (si uno o más ítems son grado C) De las clasificaciones de las Inspecciones 2 y 3, se adopta como resultado

global de la evaluación la más desfavorable de ambas, y esta será la clasificación con la que se etiquetará la edificación correspondiente.

En la Figura 9 de indican las etiquetas para los diferentes niveles de habitabilidad estipulados en la propuesta de Formulario de Inspección Rápida.

Figura 9. Propuesta de Etiquetas para Edificios Inspeccionados.

SEGURO OCUPACIÓN PERMITIDA

Esta construcción fue inspeccionada y no se

encontró amenaza aparente. La capacidad

sismorresistente se mantiene.

USO RESTRINGIDO

ENTRADA LIMITADA

Pueden existir condiciones peligrosas. Sólo se permite ingreso al propietario y por

emergencias.

INSEGURO ACCESO PROHIBIDO

Existen daños de gran magnitud y riesgo de colapso.

No se permite el ingreso, excepto a personal calificado.

5.2. Formulario de Inspección Rápida para Estructuras de Hormigón Armado Informe N°___________ Fecha: dd/mm/aa _________ Hora:___________ Nombre del Inspector:_________________________________________________

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL EDIFICIO 1. Localidad__________________________ 1.1 Provincia__________________ 2. Dirección__________________________________________________________ 3. Destino: [ ] Educación [ ] Oficinas públicas [ ] Depósito [ ] Gimnasio

[ ] Hospital [ ] Museo, teatro o templo [ ] Comercio [ ] Oficina [ ] Industria [ ] Vivienda [ ] Hotel [ ] Otro:___

4. Número de pisos: _________ Subsuelo: [ ] Si [ ] No 5. Dimensiones aproximadas del edificio en planta baja:________(m) x ________(m) INSPECCIÓN Inspección 1. Inspección externa a simple vista Marcar la opción adecuada con una X si corresponde y detener la inspección. De lo contrario seguir con la inspección 2.

1. Colapso total o parcial y caída de pisos del edificio [ ]

2. Falla importante de la fundación y desplazamiento significativo de la superestructura

[ ]

3. Inclinación significativa del edificio o parte de él [ ]

4. Otros:______________________________________________

[ ]

Inspección 2. Inspección externa e interna Paso (1) Grado A Grado B 1.Hay elementos con nivel de daño mayor a III No Si Paso (2) Grado A Grado B Grado C 1. Peligro causado por la destrucción de edificios adyacentes o suelo circundante No Dudoso Si

2. Asentamiento del edificio completo por falla del suelo < 0,2m 0,2m - 1m > 1m

3. Inclinación del edificio completo por asentamientos diferenciales < 1/60 1/60 -1/30 >1/30

Daño en columnas: nivel estructural con mayor daño (piso N°______) (Si el sistema estructural principal corresponde a tabiques de H° A°, la cantidad de columnas en 5. y 6. debe ser sustituida por la longitud de tabiques) 4. Cantidad de columnas con nivel de daño V ( ) Cantidad de columnas evaluadas ( ) [Porcentaje ( %)]

<1% 1% - 10% >10%

5. Cantidad de columnas con nivel de daño IV ( ) Cantidad de columnas evaluadas ( ) [Porcentaje ( %)]

<10% 10% - 20% > 20%

Resultado del paso (2)

Grado A (si todos los ítems

son grado A)

Grado B (si uno de los ítems es grado

B y los demás grado A)

Grado C (si uno o más ítems son grado C o dos o más ítems son grado B)

Resultado de la inspección 2: Se determina a partir de los resultados de los pasos (1) o (2), el que sea más desfavorable.

SEGURO INGRESO RESTRINGIDO INSEGURO

Inspección 3. Inspección de elementos no estructurales Grado A Grado B Grado C 1. Marcos y vidrios de

ventanas Casi sin daño

Deformaciones y fisuras Peligro de caída

2. Revoque y terminaciones de construcción húmeda

Casi sin daño

Fisuras y grietas parciales

Fisuras significativas y desprendimientos

3. Terminaciones de construcciones en seco

Daño ligero ej. fisuras en la unión

Grietas en la placa

Desplazamiento significativo de la junta y destrucción de la placa

4. Carteles y marquesinas

Sin inclinación

Levemente inclinado Peligro de caída

5. Escaleras de emergencia

Sin inclinación

Levemente inclinado Inclinación significativa

6. Otros (___________) Seguro Dudoso Peligroso Resultado de la inspección 3

SEGURO (si todos los ítems son A)

INGRESO RESTRINGIDO (si uno o más ítems son B)

INSEGURO (si uno o más ítems son C)

RESULTADOS GLOBALES DE LA EVALUACIÓN RÁPIDA El edificio debe ser considerado peligroso, si en la inspección 1 se determina que lo es; de lo contrario deberá considerarse el nivel de peligrosidad de acuerdo con las inspecciones 2 y 3, la que fuera más desfavorable.

SEGURO INGRESO RESTRINGIDO INSEGURO

Comentarios:

6. CONCLUSIONES

El presente trabajo se inserta en el Proyecto de Investigación denominado “Evaluación Post-Sismo Basada en el Índice de Capacidad Residual” (CIUNT 26/E545/1) actualmente en desarrollo en el Instituto de Estructuras “Ing. Arturo Guzmán”. El objetivo general del mismo es proponer una metodología de evaluación post-sísmica de estructuras de hormigón armado. En este trabajo se realizó una revisión bibliográfica de las diferentes metodologías de evaluación utilizadas en los países referentes. Se analizó en detalle el Método japonés que se considera válido y apropiado para adaptar a nuestro medio. Posteriormente se procedió a la elaboración de una propuesta de Formulario de evaluación rápida post- sismo para estructuras de hormigón armado. Con el mismo se pretende definir la habitabilidad o clausura de las construcciones dañadas, contribuyendo de esta manera a la seguridad pública.

El formulario propuesto aquí surgió del análisis crítico y comparativo de diferentes formularios y/o planillas de inspección. No resulta sencillo definir este tipo de planilla ya que se debe encontrar un balance apropiado entre la cantidad e importancia de datos a relevar, así como también su nivel de detalle. Las consecuencias de clasificar las estructuras de manera incorrecta, ya sea permitiendo la habitabilidad de una edificación riesgosa o por el contrario, demoliendo una construcción segura, implican que este instrumento debe acompañarse con manuales de evaluación o guías con ejemplos y fotografías.

En el marco del citado proyecto de investigación se está avanzando en la elaboración de un manual de campo para la inspección post-sísmica de edificaciones.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Earthquake Engineering Research Institute (EERI). “El Quindío, Colombia

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Inspección de Edificaciones Después de un Sismo”, Colombia, 2009. 3. Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), “Norma para la

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