Edificios Frágiles

Edificios Frágiles

El Cobre en la construcción de fachadas y cubiertas arquitectónicas
Cuando BIM llega al proyecto

Este es el segundo de varios artículos sobre amenazas naturales en Guatemala y los riesgos derivados de esas amenazas. El primer artículo planteaba la necesidad de que estos riesgos se atiendan preventivamente en forma permanente, empezando hoy para prevenir que se materialicen mañana. Los desastres se incuban a menos que los atajemos con prevención y socialización del problema. Este artículo es una píldora de información para contribuir a esa socialización.

Por: Héctor Monzón Despang, Ingeniero Civil, Ph.D
Director de Comités Técnicos
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica
AGIES

Deje caer una taza de loza o de vidrio al suelo. Se rompe en pedazos. Era frágil. Deje caer una taza de hojalata al suelo. Levántela. Tal vez tendrá un abollón pero aún puede utilizarse. Lance la taza de hojalata con fuerza al piso. Levántela. Seguramente se abolló más y tal vez se habrá dañado severamente.  Pero aún hay taza. Aún podría usarse. Además puede repararse. Si el daño fue severo tal vez haya que cambiarla;  pero mal o bien, la taza siguió disponible a pesar del maltrato.

¿Qué es esa cualidad tan ventajosa de la taza de metal? Es ductilidad.

Un objeto dúctil no se quiebra sino que da de sí aunque se dañe. De hecho, precisamente en el proceso de dañarse y distorsionarse su estructura interna absorbe la energía del impacto permitiéndole conservar su integridad.  En el ejemplo, la taza no quedó indemne pero siguió siendo taza.

Las cosas frágiles no tienen esa cualidad. Al recibir cargas y sobrecargas lo frágil se mantiene íntegro e indemne hasta un cierto punto de rotura. Justo antes no habrá pasado nada. Justo después, habrá súbita desintegración, como la taza de vidrio al golpear el piso. Eso le pasa a los edificios frágiles cuando el sismo excede lo originalmente previsto.

Edificaciones frágiles versus edificaciones dúctiles

El concepto de ductilidad y fragilidad aplica a edificaciones en general. Aplica particularmente a edificios de varios pisos que son el tema central de este artículo.

La sismo-resistencia de los últimos 40 años se ha apoyado más y más en la ductilidad para lograr edificios que resistan y sobrevivan eficazmente sismos de gran intensidad.  La manera de hacerlo ha sido introduciendo detallado especial en las edificaciones. Lograr edificios con ductilidad es la meta de la ingeniería sismo-resistente hoy en día.

Por supuesto, cuando se generalice la sismo-resistencia del Siglo XXI habrá edificaciones construidas sobre aisladores sísmicos o bien edificaciones con amortiguadores y la ductilidad será un recurso de respaldo y no el recurso principal de protección – pero ése es tema para otra ocasión.

Aquí en este artículo se abordan edificios de varios pisos que son frágiles por la técnica de refuerzo que se utilizó y que podrían ser peligrosos en caso de sismos muy intensos. De sobrepasar su punto de rotura durante uno de esos sismos, podrían colapsar total o parcialmente de manera súbita, atrapando  a sus ocupantes como lo ilustran las Fotos 1, 2 y 3.  En general, estos edificios fueron diseñados y construidos hace cinco o seis décadas con tecnología que ahora es obsoleta y cuyo grado de amenaza sísmica debe ser evaluado ya que no todos encierran el mismo riesgo.  Por supuesto, esta nota de precaución abarca a edificios más recientes construidos al margen de normativas actualizadas.

Los edificios de interés son de concreto reforzado con un sistema estructural que se diseminó por el mundo, incluyendo Guatemala, después de la Segunda Guerra Mundial. Entraron en la trama urbana con un concepto novel para la  época: quitar paredes de soporte; usar sólo un esqueleto llamado “marco estructural” que consistía en columnas verticales y vigas horizontales interconectadas sobre el cual se echaba todo el peso de la edificación; se forra la edificación con vidrio y se ponen tabicaciones livianas; se ponen paredes delgadas donde se necesiten para división pero cargadas en la estructura – no ayudan a cargar como en las edificaciones anteriores a 1950.  En Guatemala y América Latina en general se utilizaron tabicaciones de ladrillo (un tanto más pesadas que lo deseable) y en el primer piso se suprimieron casi todas las paredes para generar vestíbulos y comercios.  Resultado: edificios de 5 a 10 pisos soportados en una estructura muy esforzada, un esqueleto de esbeltas columnas de 40 o 50 centímetros por lado… y frágiles (porque se desconocía el concepto de ductilidad)

Hagamos cuentas: columnas separadas 5 metros entre sí, o sea un área tributaria de 25 metros cuadrados por columna.  Con 8 pisos encima, cada columna en uno de estos edificios soporta  200 metros cuadrados cuyo peso ronda un cuarto de millón de libras; equivalente a tener el peso de unos 80 automóviles sobre una sola columna de 50 por 50 centímetros…

Pero no es  el peso en sí mismo el problema; las estructuras fueron bien calculadas para su época. El problema es que son frágiles: si un sismo un poco más intenso que el previsto en el diseño original excede su capacidad de rotura por una mísera tonelada, la columna se desintegra.

Los edificios modernos usan básicamente el mismo sistema estructural: un esqueleto forrado y divisiones internas, pero tienen el beneficio de mejoras sustanciales derivadas de más de medio siglo de experiencia a nivel global.  Sobre todo la estructura es dúctil, una cualidad que se empezó a introducir en 1971 y ha venido progresando desde entonces. Si el sismo se excede del previsto, los soportes dan de sí, no se desintegran.  Además, los soportes actuales son mucho más robustos. Que las columnas frágiles de aquel tiempo son un riesgo se ha venido demostrando terremoto tras terremoto: Managua 1972 (Foto 3), Ciudad de México 1985, San Salvador 1986 (Fotos 1 y 2), C. de México 2017; sin mencionar San Fernando, California 1971,  Caracas 1968, Anchorage, Alaska 1964.  La lista es enorme y trasciende nuestro continente.

Pero en Guatemala en 1976 ¿hubo colapsos de edificios frágiles?

Sí hubo, pero en forma limitada, hablando de edificios frágiles (porque ya había algunos dúctiles que tuvieron poco daño).

Entre los edificios frágiles, menos de 5 colapsaron, pero varios estuvieron  a segundos de colapsar, como Cruz Azul cuyos 11 pisos coronaban la ciudad y hoy sólo tiene 3.  Un número significativo tuvo que ser reparado (aunque con las técnicas de la época que, cuando mucho, regresaban las estructuras a su condición original sin considerar fortificarlas). Puede ser que algunos edificios de este tipo debieran haber sido reemplazados pero al final resultaron reparados. Hoy esos detalles se han olvidado, no hay crónicas de daños ni bitácoras de reparación disponibles.  La memoria colectiva sólo recuerda que “aguantaron el 76” y eso les ha dado un tácito salvoconducto de “cero riesgo”.  Desafortunadamente eso no es así por al menos dos razones.

Primera razón: las características del sismo de 1976 en Ciudad de Guatemala (donde entonces se concentraban los edificios de interés).  No hay registros sismográficos directos, pero investigaciones disponibles (Alfredo Arce Valenzuela, 1992) indican que las pulsaciones sísmicas en las frecuencias de vibración que afectan edificios de mediana altura (5 a 12 pisos) llegaron al valle de Guatemala relativamente atenuadas desde su origen en la cuenca del Motagua a más de 25 kilómetros de distancia.

¿Lo apuntado le  parece un galimatías? Pongámoslo de otra forma: Cada sismo intenso tiene su “firma” característica;  el terremoto de 1976 se “ensañó” con edificaciones bajas y fue “misericordioso” con las altas. En cambio, los terremotos de San Salvador en 1986 y Managua en 1972 castigaron severamente las edificaciones de varios pisos; el terremoto de Ciudad de México en 1985 se “especializó” en edificios de 15 a 25 pisos y dejó indemnes a las más bajas.  Si el suelo vibra rápido sufren las edificaciones bajas; si vibra más pausadamente sufren las más altas.

Resumiendo la primera razón: el terremoto de 1976 no trató tan mal a los edificios de mediana altura que interesan aquí. Los indicios son que los terremotos de 1917-18 hubieran tenido mayor impacto sobre ellos. ¿Y el próximo sismo intenso? No sabemos y no nos deberíamos atener.

La segunda razón para preocuparse por las estructuras potencialmente frágiles: cada sismo intenso “desgasta” las estructuras existentes (ya sean dúctiles o frágiles).  Si una estructura potencialmente frágil fue sacudida por un sismo como el de 1976 su punto de rotura se redujo en alguna medida.  Si tuvo que ser reparada, la preocupación aumenta y más si la  reparación post-1976 fue a la condición original sin reforzarla agregando componentes que hubieran en primera instancia prevenido el daño incurrido.

¿Hay medidas preventivas para los edificios descritos?

Si el edificio supera los 40 o 50 años de haber sido construido su sismo-resistencia debiera ser necesariamente evaluada, especialmente si tiene 4 o más pisos o si es una escuela, auditórium u otro  sitio de asamblea. Debe apuntarse enfáticamente que este artículo no trata de afirmar que todos los edificios de varias décadas atrás corran el riesgo de colapsar durante un terremoto. NO. El autor recomienda que sus potenciales vulnerabilidades, a la luz de tecnologías más modernas, debieran ser identificadas.  Tal como una persona de cierta edad debería incrementar sus diagnósticos clínicos, así edificios de otra época tecnológica deberían pasar un tamiz de diagnósticos y enmendar lo que se considere sísmicamente vulnerable..

El proceso usual tiene varios pasos: el primero es una evaluación visual rápida que indicará si se considera necesaria una evaluación más detallada y de qué tipo.  La evaluación detallada producirá un plan de acción, desde no hacer nada hasta recomendar readecuaciones estructurales que  pueden ser de diversa índole.  En Guatemala ya hay ejemplos de evaluación sismo-resistente y de readecuación estructural preventiva que obviamente tendrían que exponerse en abstracto;  es como un tratamiento médico; se habla de la enfermedad más no del paciente.  Se podrían describir casos genéricos y casos especiales en otro artículo.

¿Pero cuáles serían las medidas que como sociedad o como administración municipal se podrían tomar? Prevenir este tipo de siniestros por medio de medidas coercitivas no es viable y todas las ciudades en zonas altamente sísmicas comparten el problema en alguna medida. Algunas evaluaciones pueden llegar a hacerse obligatorias según el uso de la edificación: escuelas, hospitales, centros de emergencia. La contribución del estado para readecuación estructural podría consistir en ser facilitador de préstamos blandos a largo plazo.  Identificada la vulnerabilidad, la readecuación sismo-resistente podría ser coercitiva para las escuelas y otras instancias sensitivas, pero hasta allí.

¿Cómo podrían las municipalidades ayudar a prevenir colapsos en sus jurisdicciones?  Tal vez por medio de recomendaciones escritas sobre “evaluaciones rápidas de sismo-resistencia” a ciertos tipos de edificaciones al recibir el pago del IUSI.  Lo inicialmente importante para un ente estatal es el apercibimiento de riesgos genéricamente identificados en función de sistemas estructurales o ubicaciones.  Y qué bueno si el apercibido lograra demostrarse a sí mismo la ausencia de la vulnerabilidad bajo sospecha genérica.

Otro aspecto importante es la cantidad de ingenieros realmente capacitados para hacer estas evaluaciones; actualmente es relativamente reducido y el número de capacitados para plantear readecuaciones estructurales suele ser menor. Las universidades deben poner énfasis en enseñar sobre readecuación estructural preventiva de lo existente.

Seguramente el esfuerzo puede acometerse con la oferta de cursos de actualización y educación continua  sobre el particular.  En paralelo deben estar los esfuerzos de información seria y socialización serena sobre este campo espinoso…

 

COMMENTS

WORDPRESS: 0
DISQUS: 0