Contribuciones a la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de edificios

Una de las principales preocupaciones de los especialistas relacionados con el medio construido tiene que ver con la capacidad de las estructuras para soportar acciones excepcionales. Entre éstas está el efecto de los fenómenos ambientales y naturales que imponen cargas extraordinarias que, de forma inesperada, pueden afectar a los edificios, provocando una respuesta que puede conducir al daño de componentes estructurales y no estructurales o, incluso, al colapso de la estructura. Entre las acciones extraordinarias que pueden afectar las estructuras dentro de la ventana de vida útil se encuentran las producidas por el viento y los terremotos, entre los más importantes. Tanto el daño parcial como el colapso de los edificios pueden afectar a las personas que habitan o realizan actividades en estas, produciéndo heridos o incluso fallecidos y enormes pérdidas económicas. Dentro de este contexto se han venido desarrollando trabajos de investigación que han tenido como objetivo determinar la vulnerabilidad sísmica de los edificios, con el fin de conocer cuál sería su comportamiento frente a la acción hipotética de un sismo determinado. En esta monografía se recogen contribuciones en este campo que se organizan en nueve capítulos. En el primer capítulo, titulado Metodologías de evaluación de vulnerabilidad sísmica de edificios, se presenta una revisión exhaustiva del estado del conocimiento de los métodos que han venido siendo desarrollados y aplicados y se proporcionan algunos ejemplos de los resultados obtenidos a nivel mundial para diferentes tipologías estructurales y para diferentes contextos de amenaza sísmica. En el siguiente capítulo, Evaluación de la vulnerabilidad a través de un índice de daño, se desarrolla un índice de daño objetivo, independiente de la tipología estructural adoptada y del nivel de amenaza considerado en el diseño, para establecer una relación entre la evolución del daño y el desplazamiento del nivel de cubierta bajo la acción de cargas laterales. Este índice de daño objetivo ha sido aplicado al estudio del comportamiento de estructuras de ductilidad limitada, cuya utilización en zonas de alta amenaza sísmica está restringida por las normas existentes. Los resultados de este estudio se presentan en el capítulo 3, titulado Vulnerabilidad de edificios de ductilidad limitada. Se muestran resultados para edificios porticados con vigas planas y para edificios con forjados reticulares y se comparan la respuesta de edificios porticados convencionales. El análisis no lineal se ha convertido en una herramienta de especial importancia a la hora de estimar la respuesta sísmica de las estructuras. Los resultados de este tipo de análisis permiten formular expresiones en la que se asocian parámetros de la respuesta con valores de daño. Este tema se aborda en el capítulo 4, Umbrales de estados de límite de daño sísmico, en el que los autores presentan una propuesta de umbrales de daño sísmico formulada sobre base en el análisis estático no lineal incremental (pushover analysis). Las estructuras metálicas son ampliamente utilizadas en áreas de alta amenaza símica, dadas las ventajas constructivas del acero estructural. Dentro de sus desventajas se encuentran su gran flexibilidad frente a cargas laterales, por lo que las estructuras porticadas se refuerzan mediante diagonales excéntricas y concéntricas. Las diagonales concéntricas, conocidas como Cruces de San Andrés, son quizá las más populares; sin embargo su emplazamiento dentro de la estructura se ve limitado por razones de espacio, haciéndose necesario el estudio de su efecto sobre los diferentes pórticos de la estructura. Por esta razón este tema se desarrolla en el capítulo 5, Vulnerabilidad de edificios de acero con diagonales concéntricas tipo Cruz de San Andrés, en el que se presentan resultados del análisis no lineal tanto estático como dinámico aplicado a edificios de diversas alturas. En el capítulo 6, Vulnerabilidad de edificios de acero con diagonales concéntricas tipo V invertida, se estudia la respuesta de edificios que han sido reforzados mediante diagonales concéntricas que han recibido menor atención que las estructuras mostradas en el capítulo anterior. Se muestran los resultados del análisis no lineal tanto estático como dinámico, obteniendo de éstos valores característicos de la respuesta sísmica como son la ductilidad y la reserva de resistencia, que son esenciales de cara a la determinación de la vulnerabilidad sísmica. La irregularidad de las edificaciones suele introducir modificaciones significativas en la respuesta sísmica. Las normas de proyecto sismorresistente procuran establecer limitaciones en la irregularidad tanto en planta como en elevación, con la finalidad de controlar comportamientos indeseados de las estructuras. A partir de recientes estudios efectuados sobre edificios de hormigón armado en Venezuela, se presenta este tema en el capítulo 7, Vulnerabilidad de edificaciones con irregularidad en planta. En el proceso de evaluación de la vulnerabilidad se ha incorporado el efecto de amplificación de los momentos torsores en zonas de la estructura con entrantes. La ocurrencia de terremotos fuertes da la oportunidad para que se evalúen no solo los daños ocurridos en las estructuras de las zonas afectadas, sino que también permite calibrar los procedimientos de diseño contenidos en las normas sismorresistentes. En el año 2009 la costa nor-occidental de Venezuela fue afectada por un terremoto de Mw 6,4. Este terremoto causó daños especialmente en edificios de mediana altura, por lo que fue interesante estudiar la respuesta de un edificio de hormigón armado localizado a 15 km del epicentro. El edificio presentó daños ligeros en los componentes no estructurales, condición que logró ser simulada de forma eficiente mediante análisis no lineal. En el capítulo 8 titulado Evaluación numérica de la respuesta de un edificio dañado por el Terremoto de Tucacas, se muestran los resultados de este estudio. Finalmente, en el capítulo 9, Procedimiento basado en el análisis incremental dinámico para determinar curvas de fragilidad, se expone un procedimiento para obtener las curvas de fragilidad, esenciales a la hora de establecer la vulnerabilidad sísmica de los edificios, con base en los resultados del análisis incremental dinámico que, actualmente, es considerado uno de los más completos y eficientes métodos de análisis en el rango no lineal.