INTRODUCCIÓN

Los sismos, aunque son de los desastres de origen natural con menor probabilidad de ocurrencia; se han convertido en una de las principales causas de destrucción y daños del patrimonio edificado. Sus efectos se pueden atenuar con la disminución de los niveles de riesgo sísmico. Por lo tanto, la comunidad científica se concentra en aportar nuevas técnicas de análisis y construcción con el objetivo de evitar un inadecuado comportamiento de las edificaciones nuevas. Sin embargo, para los edificios existentes, el objetivo principal para los investigadores es proponer las acciones para la rehabilitación sismorresistente de la estructura, para prevenir posibles colapsos y por supuesto, permitir que sea posible el uso de este patrimonio de forma segura para las personas. Tales propósitos son posibles lograrlos eficazmente, a través de un estudio de vulnerabilidad sísmica. Teniendo en cuenta todos los factores causantes de daños sísmicos potenciales, incluyendo la precisión de los daños patológicos, que alcanzan en ocasiones niveles de afectaciones que comprometen la resistencia y la rigidez de las edificaciones.

Los estudios de vulnerabilidad sísmica se desarrollan a principios del siglo XX, después de los sismos de San Francisco (1906), Italia (1908) y Japón (1923), pero toman auge después de los años 70. Para evaluar la vulnerabilidad sísmica, existen métodos empíricos, analíticos o teóricos y experimentales. En particular los métodos empíricos, ofrecen rapidez en su aplicación, lo mismo a nivel individual de una edificación como a nivel grupal. A nivel internacional, se pueden mencionar el Método del índice de vulnerabilidad de Benedetti y Petrini (1984) [1], Método venezolano de Rivera et. al. (1985) [2], Método de Iglesias (1989) [3], Método de Hurtado y Cardona (1990) [4], Método de Hirosawa (1992) [5], Método de Scarlat (1996) [6], entre otros.

Santiago de Cuba, debido a su ubicación geográfica en la zona de contacto de las placas de Norteamérica y el Caribe es la provincia más hostigada por los sismos en Cuba. Por eso, los especialistas del territorio desde hace algunos años, vinculados a la Universidad de Oriente, el Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas (CENAIS) y empresas de proyectos, han mostrado preocupación por el comportamiento estructural de diversas edificaciones, construidas con códigos de diseño sismorresistentes derogados y/o con un estado técnico-constructivo deficiente. Realizándose estudios de vulnerabilidad sísmica que abarcaron inicialmente a edificaciones construidas con sistemas prefabricados como el Girón, el sistema yugoslavo creado por el Instituto para la Investigación de Materiales de Servia conocido por sus siglas IMS, Gran Panel Soviético (GPS), método semiprefabricado E-14, naves industriales y Sistema Abierto de Esqueleto (SAE). Luego comprendieron, las edificaciones patrimoniales y otras pertenecientes al movimiento moderno. En la figura 1 se muestran algunas de las edificaciones a las que se le han realizado estudios de vulnerabilidad sísmica.

Después de un exhaustivo análisis de los estudios de vulnerabilidad sísmica que se han realizado en el período comprendido entre 2006-2019, a edificaciones con elementos estructurales de hormigón armado fundido in situ o prefabricado, se aprecia que algunos de los estudios, de forma simultánea contemplaron una evaluación del estado técnico-constructivo. Sin embargo, se evidencia una desarticulación de los resultados de la evaluación de los estados técnico – constructivos, con el análisis posterior del comportamiento estructural y/o los estudios de vulnerabilidad sísmica. Entonces esta investigación tiene como objetivo la precisión de las principales causas que generan esta problemática y que propician, una desacertada estimación del riesgo sísmico, así como inadecuadas acciones o soluciones para la rehabilitación sismorresistente.

MATERIALES Y METODOS

Para cumplimentar el objetivo trazado se realiza una exhaustiva revisión bibliográfica, adoptando la siguiente metodología:

1- Analizar las particularidades de los métodos existentes de evaluación de la vulnerabilidad sísmica y de evaluación del estado técnico-constructivo.

2- Precisar los métodos de evaluación de la vulnerabilidad sísmica y del estado técnico-constructivo empleados en los estudios realizados en Santiago de Cuba, en el período 2006-2019; así como valorar los resultados obtenidos.

3- Definir las limitaciones de los estudios de vulnerabilidad sísmica realizados en Santiago de Cuba y concretar las principales causas de esto.

RESULTADOS Y DISCUSION

Al revisar varios reportes de investigaciones, se constata que a nivel internacional existen varios métodos de evaluación de la vulnerabilidad sísmica. Estos métodos pueden ser empíricos, analíticos o teóricos y experimentales. En estudios a gran escala, fundamentalmente por la rapidez que ofrecen, se usan los empíricos. Entre ellos se encuentran: Método del índice de vulnerabilidad de Benedetti y Petrini (1984) [1], Método venezolano de Rivera et. al. (1985) [2], Método de Iglesias (1989) [3], Método de Hurtado y Cardona (1990) [4], Método de Hirosawa (1992) [5], Método de Scarlat (1996) [6], entre otros.

Estos métodos, engloban aspectos relativos a las condiciones de suelo y condiciones preexistentes. Dentro de las condiciones de suelo se pueden mencionar la posibilidad de ocurrencia de fenómenos inducidos (licuación, deslizamientos) y el tipo de suelo. En las condiciones preexistentes se hallan la configuración en planta y elevación, modificaciones estructurales, efecto de golpeteo, daños patológicos, la forma de realización de las juntas en caso de una estructura prefabricada, entre otros.

En la tabla 1, se recoge una comparación entre los métodos empíricos estudiados, teniendo en cuenta la descripción de los daños patológicos, la inclusión o no de modificadores en base a los daños presentes y a la presencia de elementos prefabricados, así como su aplicabilidad de acuerdo al tipo de material estructural.

Se concluye que ninguno de estos métodos empíricos permite obtener una evaluación de la vulnerabilidad sísmica, que integre una detallada y precisa evaluación de daños patológicos cuando se necesita evaluar una edificación antes de la ocurrencia de un sismo. Éstos no precisan explícitamente diferentes niveles de afectación para los daños patológicos que relacionan, lo que induce un alto grado de subjetividad a la hora de evaluarlos. Aunque el Método Scarlat (1996) [6], aporta consideraciones importantes para modificar la respuesta de la estructura con presencia de daños patológicos, con un tratamiento diferenciado cuando es prefabricada. No obstante, es muy general el tratamiento de las estructuras prefabricadas a base de grandes paneles; porque no se particulariza en el sentido de transmisión de cargas, cruzada, longitudinal o transversal. Tampoco estima las repercusiones de los daños patológicos de las juntas entre los elementos estructurales.

Igualmente se aprecia, que subsisten incertidumbres en la inclusión de los daños patológicos al análisis del comportamiento estructural, cuando se emplean métodos analíticos, a través de la modelación estructural aplicando los códigos de construcción para una estructura nueva y/o las normas de construcción sismorresistente. Aunque entre las normas revisadas como la del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial de Colombia (NSR-10) [8], de la Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica de Guatemala (NSE-6) [9], del Comité Ejecutivo de la Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC-11) [10], de New Zealand Society for Earthquake Engineering (NZSRR-2006) [11], de la Oficina Nacional de Normalización de Cuba (NC 46:2017) [12] y (NC 46:1999) [13], del Ministerio de Fomento y Obras Públicas de Perú (RNE-2006) [14], las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo de México (2008) [15], la del Ministerio de Transporte e Infraestructura de Nicaragua (RNC -2007) [16], del Consejo Superior de FONDONORMA de Venezuela (COVENIN 1756) [17], del Comité Europeo de Normalización Eurocódigo 8 [18] y la American Society of Civil Engineers (ASCE/SEI 7-05) [19], existe un consenso de la necesidad de identificar los daños patológicos y reducir la resistencia de los materiales por esta causa. Pero sólo la norma NSR-10 [8], ofrece explícitamente coeficientes que reducen la resistencia real de los elementos que conforman la edificación, en base a una evaluación cualitativa, pero sin exponer criterios de aceptación para esa evaluación.

Otras metodologías que se han elaborado en Cuba para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica, poseen a la par limitaciones. A continuación, se detallan estas limitaciones en cada una de ellas:

Metodología integral para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones en Cuba de Oliva et. al (2004) [20]: No incluye criterios, ni indicadores para dar un resultado de la evaluación de la estructura en base a los daños patológicos detectados.

Evaluación rápida por análisis dinámico de sistemas constructivos en zonas sísmicas (ERAD) de Álvarez (2012) [21]: No puntualiza la evaluación de daños patológicos en el análisis del comportamiento, ni modificadores en base a ellos.

Metodología para categorizar estado técnico, vulnerabilidad y riesgos de edificaciones del Ministerio de la Construcción en Cuba (2016) [22]: Si bien incorpora la evaluación de daños patológicos, no tiene en cuenta daños patológicos que repercuten en la respuesta sísmica de la estructura, como los mecanismos de desintegración del hormigón y afectaciones como la pérdida de adherencia y aplastamiento del hormigón. No precisa inclusive el ancho de grietas o fisuras. Tampoco contempla aspectos que condicionan daños sísmicos potenciales como la asimetría de la edificación en elevación, modificación de la rigidez de los elementos, tipos de juntas entre elementos prefabricados, entre otros.

Para valorar otras formas de evaluar los daños patológicos de las edificaciones, se examinan los métodos que evalúan la resistencia o estado constructivo de la edificación. Estos métodos se clasifican dentro de tres categorías: los métodos de porcentajes preestablecidos, los de análisis del estado de esfuerzos y los de pruebas de carga. En la categoría de métodos de porcentajes preestablecidos, según Morán (1993) [23], es común “(…) aceptar que todos los elementos que perdieron menos de un cierto porcentaje (determinado con anterioridad) de su resistencia (y no de su sección) pueden ser aún útiles y que todos los elementos que han perdido más de ésta porción de resistencia son no útiles” (p.3). Continúa argumentando que “las pérdidas de resistencia admisible pueden ser establecidas a cualquier nivel no mayor del 15 %, según la obra que se considere, de acuerdo a los criterios de uso” (p.3). Se aprecia que estos métodos son muy subjetivos, no fijan el porcentaje admisible de pérdida de resistencia de acuerdo al tipo de daño y dependen de la experticia del evaluador.

De los más difundidos y empleados en Cuba son el Procedimiento para determinar el estado técnico de la vivienda (PINV) de 1991 [24] y la metodología de Tejera y Álvarez (2013) [25] perfeccionada por Ravelo (2014) [26]. Parten de la valoración por medio de una puntuación del estado técnico que presenta cada uno de los componentes estructurales y no estructurales. Fijan un peso porcentual y una puntuación máxima por componente; ofreciendo una evaluación sobre la base de una puntuación ponderada del diagnóstico integral. Si se usan para evaluar sólo los componentes estructurales, es confuso precisar el estado técnico constructivo. Al mismo tiempo, no son específicas para estructuras de hormigón armado, ni enclavadas en zonas de peligro sísmico.

Otra categoría, la conforman los métodos de análisis del estado de esfuerzos. Estos, a través de la modelación estructural, evalúan la resistencia y seguridad residual de la estructura, después de ser caracterizada a través de ensayos. No obstante, no establecen el porcentaje máximo de pérdida de resistencia. Son igualmente subjetivos a pesar de auxiliarse de métodos de modelación estructural, ya que no fijan criterios de aceptación, todo depende de la apreciación del especialista. A decir de Casanovas (2007) [27], la evaluación de la resistencia de la estructura, “(…) es especialmente conflictiva ya que los estándares de seguridad estructural están pensados para construcciones nuevas (…) y es prácticamente imposible asimilarlas en la realidad tradicional” (p.27). Por su parte, los métodos basados en pruebas de carga, pueden representar una buena alternativa. Sin embargo, su empleo tiene que ser muy cuidadoso, para no provocar daños adicionales a la estructura. Tampoco se justifica su empleo en estructuras muy dañadas.

Para precisar cuáles métodos se emplearon en los estudios de vulnerabilidad sísmica en Santiago de Cuba, así como el alcance de estos, se realizó una pesquisa de los estudios de vulnerabilidad que se realizaron en el período comprendido entre 2006-2019. Estos se concretaron en tesis de culminación de maestría y de grado, vinculadas a la carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Construcciones de la Universidad de Oriente y/o en artículos publicados en las memorias de los congresos Internacionales de Peligrosidad Riesgo Geológico e Ingeniería Sísmica (SISMOS) de los años 2006, 2008, 2012, 2014 y 2016, que sesionaron en Santiago de Cuba. (Berenguer et. al.,2006; Calderín et.al., 2006; Calderín y Rodríguez, 2006; Morejón, 2006; Álvarez et. al., 2006; Candebat y Morejón, 2006; Ruiz et. al., 2006; Carrazana et. al., 2008; Ruiz, 2008 a; Ruiz, 2008 b; Chia, 2008; Candebat et. al., 2008; Mustelier, 2010; Macías, 2010; Danger, 2010; Diéguez, 2011; Velar, 2012; Morejón et. al., 2014; Legrá, 2015; García, 2017 y Durand, 2017) [28-48].

En total se revisaron 47 estudios de vulnerabilidad sísmica que se hicieron a edificaciones con elementos estructurales de hormigón armado fundido in situ o prefabricado. En la tabla 2 se resumen estos, de acuerdo a la tipología de construcción de las edificaciones estudiadas.

En la figura 2 se aprecia que el 55.31 % de los estudios de vulnerabilidad sísmica se realizaron a través de la metodología ERAD de Álvarez (2012) [21] combinada con el Método Scarlat (1996) [6] en el nivel III de aplicación. En el resto de los estudios, se utilizó sólo la modelación estructural empleando la NC 46:1999 [13] en el 14.9%; Método Scarlat (1996) [6] en el nivel III en el 10.64%, Método Scarlat (1996) [6]en el nivel I en el 10.64 % y sólo ERAD de Álvarez (2012) [21] en el 4.25 %.

Estos concluyeron la elevada vulnerabilidad sísmica de las edificaciones construidas fundamentalmente con los sistemas prefabricados: Girón, SAE, E-14 y naves industriales; así como de las edificaciones patrimoniales y del movimiento moderno, a causa de escasa resistencia y/o rigidez, concepción estructural inadecuada, detallado estructural insuficiente, concepción de las uniones, etc.

De forma paralela, en 43 de los estudios que se examinaron, se efectuó la evaluación del estado técnico constructivo. En la figura 3 se aprecia que en el 85,10 % se realizó la evaluación del estado técnico constructivo, a través de inspecciones visuales, apoyadas en un 10,64 % de ensayos destructivos y/o no destructivos y en un 8,51 % de la aplicación del PINV [24], para evaluar sólo los elementos estructurales, obviando las instalaciones eléctricas, sanitarias e hidráulicas.

El resultado de la evaluación del estado técnico constructivo en la mayor cantidad de las edificaciones fue de regular a malo. Estas edificaciones presentan daños patológicos como la humedad, organismos, suciedades, mecanismos de desintegración, corrosión de armaduras y grietas.

En la tabla 3 se especifican los cuatro estudios de vulnerabilidad sísmica que solamente contemplaron criterios aleatorios para incluir los daños patológicos al análisis del comportamiento. Es decir, aunque en la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de estructuras enclavadas en zonas de peligro sísmico se requiere de un análisis de los aspectos causantes de vulnerabilidades sísmicas, hay insuficiencias en la inclusión de los daños patológicos. Los que deben de evaluarse de acuerdo a su incidencia en la respuesta de la edificación ante un sismo, y ponderarlos teniendo en cuenta la importancia del elemento estructural en esa respuesta. Solo así se puede obtener una evaluación del daño sísmico potencial de forma global.

En investigaciones recientes, como las realizadas por Socarrás et. al. (2020 a) [50], Socarrás et. al. (2021 a) [51] y Socarrás et. al. (2021 b) [52], en edificaciones construidas con el sistema prefabricado Gran Panel Soviético, se evidencian los cambios en el comportamiento sísmico, en las edificaciones que poseen daño patológico y contravenciones estructurales. Socarrás et. al. (2021a) [51]por vía instrumental, valoran los cambios de los períodos de oscilación de 7 edificaciones, con el consecuente incremento de las deformaciones y el acoplamiento de las oscilaciones. Por vía analítica, Socarrás et. al. (2021 b) [52] obtienen iguales resultados. Se calibran los modelos estructurales de las edificaciones anteriormente instrumentadas, incorporando de forma iterativa, modificadores de rigidez a flexión, como una forma de incluir en el análisis los daños patológicos. Además, se asumieron las propiedades de los materiales en base a los resultados de ensayos destructivos y no destructivos al hormigón de Socarrás et. al. (2020 b) [53]y Socarrás et. al. (2020 c) [54].

Después de analizar las particularidades de los métodos existentes de evaluación de la vulnerabilidad sísmica a nivel internacional y nacional, de las metodologías para evaluar el estado técnico constructivo, junto a la valoración de los resultados del diagnóstico realizado, se concluye que en los estudios de vulnerabilidad sísmica realizados en Santiago de Cuba, en el período 2006-2019, existen limitaciones relacionadas con:

· La modelación de los materiales y de la fuerza sísmica, teniendo en cuenta los daños patológicos.

· Restricciones para realizar los ensayos establecidos, ya sea por carencia de tecnología o por el propio estado de la estructura.

· Insuficiencias en el diagnóstico de las edificaciones. En las prefabricadas, en particular, no se estima las repercusiones de los daños patológicos de las juntas entre los elementos estructurales.

Se precisan como principales causas de esta situación:

Carencia de un procedimiento que permita evaluar los daños sísmicos potenciales de forma global, que incluya todos los aspectos causantes de vulnerabilidades sísmicas en las estructuras de hormigón y que se caracterice por integrar la evaluación de los daños patológicos.

· Inexistencia de normativas cubanas que contengan acápites relacionados con estructuras existentes y específicamente de todos los aspectos relacionados con la evaluación de daños patológicos en estructuras de hormigón, enclavadas en zonas de peligro sísmico.

CONCLUSIONES

Del análisis realizado en esta investigación, se evidencia una desarticulación de los resultados de la evaluación de los estados técnico – constructivos, con el análisis posterior del comportamiento estructural y/o los estudios de vulnerabilidad sísmica. Así como con la consecuente toma de decisiones para las acciones de rehabilitación. La evaluación de daños patológicos y daños sísmicos potenciales, se convierte en un paso importante para la rehabilitación sismorresistente; por eso en una zona de elevado peligro sísmico un estudio de vulnerabilidad sísmica estructural debe tener integrada una evaluación de los daños patológicos presentes, como uno de los factores condicionantes de daños sísmicos potenciales.

Siendo incuestionable, la necesidad de elaborar un procedimiento para la evaluación de daños sísmicos potenciales en la rehabilitación sismorresistente, que tenga como punto de partida en una primera etapa, la evaluación de los daños patológicos, de acuerdo a la incidencia de ellos en el comportamiento estructural. Luego esa evaluación de los daños patológicos, se articulan en una segunda etapa, con los restantes aspectos causantes de vulnerabilidad sísmica.

Igualmente, si se emplea la modelación estructural, la evaluación de daños patológicos, se debe imbricar con el posterior análisis del comportamiento estructural. A través de la precisión de las reducciones de las resistencias de los materiales, las modificaciones de la rigidez de los elementos, cambios en la geometría, entre otros aspectos. Sólo así se incide favorablemente en la toma de decisiones para las acciones de rehabilitación sismorresistente.

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