El impacto de los movimientos telúricos ha sido unos de factores de interés en la industria de la construcción, incentivando el avance hacia ciudades más resilientes y sostenibles que permitan reducir víctimas, pérdidas económicas, tiempos de inactividad e impactos ambientales provocados por daños sísmicos. Considerando que el hormigón es el material más consumido en el mundo después del agua, es fundamental seguir avanzando en tecnologías y análisis del impacto de los sismos en edificios de hormigón armado, material que lidera en el entorno construido.

Para analizar el impacto que los sismos pueden provocar en los edificios existentes y futuros, se requieren estimaciones precisas del comportamiento sísmico de los edificios mediante simulaciones numéricas. Respecto a esta temática, recientemente se publicó el artículo científico “Impact of Probabilistic Modeling Alternatives on the Seismic Fragility Analysis of Reinforced Concrete Dual Wall–Frame Buildings towards Resilient Designs” de los autores Ivanna Martínez (estudiante de Doctorado UC), y los académicos Marco F. Gallegos, Gerardo Araya Letelier y Diego López-García, que evalúa los impactos numéricos de diferentes modelos probabilísticos y métricas de riesgo sísmico para edificios con sistemas duales de muro-marco, tipo de edificación utilizado preferentemente para oficinas, pero que cuenta con menor análisis de resistencia y fragilidad sísmica que los edificios de muro de corte en Chile.

 Fuente: Gráfico extraído del artículo científico referido en la nota.

El académico Gerardo Araya, miembro asociado del Centro de Innovación del Hormigón UC y profesor asociado de la Escuela de Construcción Civil UC, nos explica que actualmente nuestros códigos de diseño son prescriptivos, por lo que no están orientados a que nuestros edificios de hormigón armado tengan un desempeño establecido, motivo por el cual diversos académicos en Chile están trabajando en estudios sobre ingeniería sísmica basada en desempeño (PBEE, por sus siglas en inglés). “Este tipo de análisis requiere de sofisticados modelos de elementos finitos, análisis dinámicos incrementales y una serie de otros procesos que son computacionalmente muy costosos, y cuyos análisis pueden tomar meses para obtener resultados muy precisos y confiables”, explica el académico Gerardo Araya.

Posterior a las etapas de modelación y análisis, "existe un post procesamiento con una serie de metodologías probabilísticas establecidas (por ejemplo, asumir las curvas de fragilidad como Log normales y la detección de datos atípicos con el criterio de Pierce). Sin embargo, si bien el uso de las metodologías probabilísticas establecidas tiene como base que son bastante robustas y pueden ajustarse bien a diversos tipos de simulaciones, la evidencia muestra que no siempre producen los mejores ajustes a los datos, lo cual puede tener un impacto incluso mayor en la variabilidad de los resultados finales que la aplicación de distintos métodos de modelación sofisticados. Es decir, estamos realizando un tremendo esfuerzo en hacer los modelos y análisis más sofisticados, con un altísimo costo computacional, pero no en post procesar los datos con diversos modelos probabilísticos para buscar los mejores ajustes a los datos, lo cual tiene un costo computacional mucho menor, y puede tener un impacto incluso mayor en los resultados finales", explica el académico Araya.

“Dado que la aplicación de métodos probabilísticos alternativos tiene un costo computacional mucho menor al modelamiento y análisis de la estructura, es que el estudio recomienda el uso de los métodos estándar y también de los métodos alternativos para encontrar la combinación que mejor se ajuste a los datos y poder entregar los resultados más confiables. Adicionalmente, este estudio propone una función de distribución de probabilidad que es una combinación de una Log-normal (en la parte inferior de las curvas de fragilidad) y Weibull (en la parte superior de las curvas de fragilidad), cuyo ajuste es muchas veces mejor que el estándar (Log normal)”.

Gerardo Araya

Académico UC

¿Cómo se relaciona este tipo de estructuras con la sustentabilidad?

La ingeniería sísmica basada en desempeño caracteriza el comportamiento de las estructuras a través de cuatro variables de decisión: fatalidades, pérdidas económicas, tiempo de disrupción de operación, e impacto medioambiental. Los sismos pueden dañar el ambiente construido y esto trae como consecuencia impactos medio ambientales importantes, tanto en la generación de escombros de estructuras dañadas y/o colapsadas, como en todos los nuevos materiales y procesos constructivos necesarios para poder recuperar la operación normal de nuestro ambiente construido.

Para realizar adecuadas evaluaciones del desempeño sísmico de nuestra infraestructura, incluido el de impactos medioambientales, es necesario la aplicación de métodos confiables y precisos que representen de la manera más adecuada los datos en los cuales se basan, que es lo que aporta nuestra investigación.

¿Cuáles son los próximos desafíos a considerar luego de esta investigación?

Queremos trabajar una herramienta computacional que, una vez obtenidos los resultados de modelamiento y análisis de la estructura, entregue las curvas de fragilidad que mejor se adapten a los datos de cada estudio, evaluando no solo la metodología tradicional utilizada comúnmente en PBEE, sino también todos los métodos probabilísticos alternativos que menciona nuestro estudio.

Autora: Valeria F. Moraga D.