En el ámbito de la ingeniería estructural, la ingeniería sismorresistente desempeña un papel fundamental para garantizar la seguridad de las edificaciones en zonas propensas a sismos, como es el caso de Chile. La evaluación del estado de los edificios existentes y la aplicación de técnicas de rehabilitación, son aspectos cruciales para determinar si estos requieren ser fortalecidos o reconstruidos. En este reportaje, nos adentraremos en la importancia de la ingeniería estructural sismorresistente y analizaremos cómo Chile está enfrentando esta situación, tomando como referencia las palabras del ingeniero y académico Matías Hube, miembro del Comité ACI 369, docente del Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica UC y Director del Centro de Innovación del Hormigón UC.

Actualmente, dentro de la industria de la construcción con cemento y hormigón, se están desarrollando diversos métodos que pretenden dar solución a una amplia gama de desafíos que presenta la industria. Una de las principales oportunidades que Chile presenta en este ámbito, es su condición de país sísmico con eventuales riesgos de tsunamis debido a su extensa geografía costera. Particularmente, la ingeniería estructural sismorresistente ha sido de gran interés a nivel internacional respecto a cómo estamos enfrentando el desafío de ser un país sísmico.

La relevancia de la ingeniería estructural sismorresistente

La ingeniería estructural sismorresistente se enfoca en el diseño de edificios capaces de resistir las fuerzas generadas por los terremotos. A medida que avanzan los años, las normas de diseño se han ido actualizando para adaptarse a nuevos conocimientos y tecnologías. Adicionalmente, la exigencia de estas normas ha aumentado en los últimos años y en consecuencia, los edificios nuevos son en general más resistentes frente a sismos que los edificios antiguos. Por lo tanto, es posible inferir que existen numerosos edificios construidos hace décadas que fueron diseñados bajo estándares antiguos, lo que implica la necesidad de evaluar su comportamiento sísmico actual.

El rol del documento ACI 369 y su relevancia global

El Comité ACI 369 de la American Concrete Institute, desempeña un papel crucial al desarrollar el documento ACI 369, un manual destinado a la evaluación y rehabilitación de edificios existentes de hormigón armado en Estados Unidos. Aunque existen otras normas en este ámbito, muchas de ellas extraen información del ACI 369, lo que resalta la importancia de este documento a nivel global. Este manual proporciona recomendaciones para evaluar  edificios existentes y obtener información relevante sobre sus propiedades, permitiendo proyectar su comportamiento ante futuros sismos. De esta manera, es posible determinar si un edificio es seguro o si necesita medidas de refuerzo en columnas, vigas   o muros. “Si quieres hacer una simulación para predecir el comportamiento sísmico que tendrá un edificio frente a un futuro sismo, necesitas saber la resistencia del hormigón y del acero, y necesitas saber cómo simular las columnas y vigas.  

El documento ACI 369 entrega recomendaciones de cómo estimar la resistencia de los materiales y de cómo simular las columnas, vigas y muros de los elementos estructurales. El documento ACI 369 también tiene recomendaciones para simular aspectos que los edificios nuevos no tienen, por ejemplo, simular edificios que estén construidos  con barras lisas o no con barras estriadas”, comenta el académico Matías Hube.

Es importante destacar que el conocimiento y la participación de expertos chilenos en comités internacionales, como el Comité ACI 369, fortalecen la imagen de Chile como generador de conocimiento y actor activo en la creación de normativas internacionales.

Evaluación y rehabilitación de edificios existentes

La prevención de daños sísmicos está estrechamente relacionada con la construcción de edificios nuevos y la modificación de las normas de diseño estructural. Sin embargo, cuando se trata de edificios existentes, la evaluación y la rehabilitación se convierten en la clave para reducir el riesgo de daños ante futuros sismos. La rehabilitación implica reforzar y/o modificar elementos dañados o vulnerables, elevando así el estándar de resistencia del edificio. 

“En un edificio que sufrió un cierto nivel de daño sísmico, rehabilitar implica  modificar las  propiedades de los elementos. Los haces más resistentes, les pones más fierro, los refuerzas con alguna estrategia de refuerzo. Entonces eso se llama rehabilitación sísmica de un edificio, ya que le aumentas la resistencia y capacidad para resistir sismos futuros. Sin embargo, lo que podría ocurrir al rehabilitar un edificio, es que los muros rehabilitados del primer y segundo piso no se dañen en un terremoto y el daño se concentre en el tercer piso donde no se hizo una rehabilitación. Por este motivo los procedimientos de rehabilitación sísmica de edificios son complejos, ya que un edificio rehabilitado se puede dañar de una manera distinta a la que habías pensado, y por lo tanto se requiere práctica, documentos y recomendaciones".

Matías Hube Ginestar

Ingeniero estructural UC

El objetivo de los documentos para evaluación y rehabilitación sísmica de edificios, como el ACI 369, es otorgar las herramientas adecuadas que permitan evaluar y predecir el eventual daño, logrando un mejor comportamiento sísmico a futuro. En este sentido, Chile desempeña un papel importante en el ámbito de la ingeniería estructural sismorresistente debido a su frecuente exposición sísmica y sus diversas técnicas empleadas.

"En Chile se han usado varias técnicas de rehabilitación en edificios que han tenido daño debido a terremotos pasados. Por ejemplo, después del terremoto de 2010, edificios de muros de hormigón se rehabilitaron usando aumento de espesor de muro, reemplazo de armadura de refuerzo y también aumento de confinamiento de borde en los muros. Ahora claro, se usaron bastantes técnicas en edificios después del terremoto del 2010, y es necesario validar estas técnicas de rehabilitación en un futuro terremoto. En el año 1985, después del terremoto ocurrido en la Región de Valparaíso, también se usaron técnicas de rehabilitación, tales como aumento en el espesor de muros, entre otros".

Matías Hube Ginestar

Ingeniero estructural UC

En conversación con el académico Hube, las técnicas de rehabilitación más utilizadas en edificios de muros de hormigón son el aumento del espesor de muro, el reemplazo de la armadura dañada y la aplicación de confinamiento en los muros, y añade que, dentro de la rehabilitación puede ocurrir que, al momento de corregir daños por sismo en un edificio existente, se produzcan daños en otros elementos en un futuro terremoto.  Esto ocurrió por ejemplo, en un edificio rehabilitado en el año 1985 en Viña del Mar, el cual sufrió posteriores daños en muros y losas.

Evaluar el estado de los edificios existentes implica realizar inspecciones detalladas y evaluaciones estructurales para identificar posibles deficiencias y debilidades. Algunos aspectos clave a considerar incluyen la resistencia de los materiales utilizados en la construcción, el diseño estructural, la integridad de las conexiones entre los diversos materiales, la capacidad de resistencia, año de construcción, entre otros. Los métodos de evaluación pueden incluir análisis experimentales de las estructuras y/o modelación computacional. No obstante, independientemente del método que se aplique, es importante obtener la mayor cantidad de información del edificio a evaluar. Cuanta más información se tenga, menor será la incertidumbre y más precisa será la evaluación.

Prevención y posibles riesgos al momento de la construcción

Si bien existen diferentes métodos para fortalecer edificios existentes para que puedan soportar esfuerzos sísmicos, también existen riesgos en la construcción de edificios nuevos que pueden hacer más propenso el daño a futuro. El profesor Matías Hube menciona dos factores principales de riesgos: el primero corresponde a situaciones que se generan en plena faena, donde se podrían desarrollar nidos en el hormigón, es decir, espacios de aire en el material lo que afecta su resistencia. Durante la construcción también se pueden generar problemas en las juntas al momento de trabajar el hormigón, es decir, cómo se adhieren las piezas hormigonadas cuando se efectúan en diferentes días, donde varían factores como la humedad y las partículas de polvo o suciedad, lo que también afecta la resistencia. El segundo factor, y muy importante también, son los posibles problemas de diseño estructural, es decir, que el edificio estuviese mal diseñado a-priori, con irregularidades o zonas débiles que pueden afectar su desempeño.

“La prevención de daños sísmicos en edificios nuevos se logra principalmente modificando las normas de diseño sísmico. Por lo tanto, la estrategia fundamental que puede adoptar el país para limitarlos daños por sismos, es modificar las normas actuales que rigen el diseño sísmico de los edificios. En este sentido, se han hecho cambios en las normas de diseño sísmico en Chile, y en estos momentos, la norma NCh433 de diseño sísmico de edificios está en proceso de actualización bajo el alero del Instituto Nacional de Normalización. La prevención de daños sísmicos en edificios ya construidos se logra con otra estrategia.. Para esos edificios la única estrategia para poder disminuir su riesgo ante un futuro terremoto, es mediante la rehabilitación”.

Matías Hube Ginestar

Ingeniero estructural UC

Es importante destacar que Chile ha experimentado terremotos significativos en el pasado y ha aprendido lecciones importantes de ellos. Los desastres naturales han impulsado mejoras en la ingeniería estructural y han llevado a una mayor conciencia sobre la importancia de la construcción sismorresistente en el país. A través del desarrollo de investigaciones, se pretende seguir abordando esta temática y evaluar con mayor precisión el desempeño estructural de edificios de hormigón armado.

Actualmente el Centro de Innovación del Hormigón UC, dispone de datos experimentales de diversos ensayos de muros, los cuales se encuentran disponibles en la página web.

[Ensayo de muros]