¿Riesgo Sísmico? La Investigación Aborda Los Peligros De Los Edificios De Hormigón Más Viejos En Los Ee. Uu.

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El concreto viejo no es conocido por resistir los terremotos, pero las modificaciones hechas con fibra de carbono y aleación de memoria de forma pueden cambiar esa suposición.

Jacqueline Conciatore es escritora científica de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos. Ella contribuyó este artículo a WordsSideKick.com's. Voces de expertos: Op-Ed & Insights.

En el corazón de las peores zonas sísmicas de EE. UU., Un número alarmante de edificios de concreto de poca altura y más antiguos no se han modernizado para la seguridad contra terremotos. Estas estructuras de dos a cinco pisos pueden cumplir con los estándares del código de construcción de su día, pero ese día ya ha pasado. Los códigos de construcción actuales reflejan la investigación de ingeniería de terremotos posterior e incorporan elementos estructurales que permiten que los edificios de concreto se doblen y se estiren un poco durante un terremoto. Los diseños más antiguos carecen de esos detalles.

"Hay cientos de miles de edificios que no han sido reacondicionados que... son muy peligrosos", dijo el ingeniero estructural Reginald DesRoches, presidente y profesor de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech.

Técnicamente, estos edificios antiguos y quebradizos se denominan edificios de "concreto no dúctil" o "de concreto reforzado no dúctil". ("Dúctil" significa flexible, mientras que "concreto reforzado" se refiere al concreto incrustado con material como malla de acero y barras de refuerzo). Durante un terremoto de magnitud 7,8, como el reciente en Nepal, estos edificios pueden no resistir bien, o en absoluto.

"Sabemos de terremotos pasados, los edificios de concreto reforzado no dúctil no tienen un buen desempeño en terremotos, en todo el mundo", dijo DesRoches, cuya investigación cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. "Se derrumban".

Un fracaso concreto

La construcción de concreto no dúctil prevaleció en la mayoría de los Estados Unidos hasta 1980; finalizó a medida que los estados y las localidades comenzaron a aplicar nuevos requisitos de ductilidad mejorados, como refuerzos de acero más espaciados. Una excepción fue la costa oeste, propensa a los terremotos, que comenzó a eliminar gradualmente la construcción de concreto no dúctil en la década de 1950.

Aunque muchos edificios frágiles se han modernizado en las últimas décadas, todavía hay edificios que son peligrosos. En Los Ángeles, hay hasta 50 edificios de concreto más antiguos que probablemente se derrumbarán en un gran terremoto, según la estimación "más conservadora" de los reporteros Rong-Gong Lin II, Rosanna Xia y Doug Smith en un artículo en Los Angeles Times.. Según el informe de octubre de 2013, según la hora del día en que se produjo un golpe de temblor, la lista de víctimas de esos 50 colapsos podría ser de miles.

Incluso en áreas propensas a terremotos, la información sobre qué edificios parecen estar en mayor riesgo puede ser difícil de obtener. En L.A., por ejemplo, la mayoría de los edificios de concreto más antiguos no habían sido inspeccionados por seguridad sísmica antes de que se publicara el informe del Times. Desde entonces, la ciudad ha comenzado a hacer inventario de edificios de concreto más antiguos y también ha estado discutiendo cómo implementar un programa de adaptación. En 2014, los investigadores de la Universidad de California dieron a los funcionarios de la ciudad las direcciones de todos los edificios de concreto no dúctil que habían identificado en la ciudad, y la lista resultante está en línea. Los investigadores también señalaron que "no determinaron si un edificio específico representa un peligro de colapso mayor que otros edificios".

Este inventario de edificios de hormigón anteriores a 1976 en Los Ángeles fue parte de un proyecto más amplio del "Gran Desafío NEES" financiado por el programa de la Red de la NSF para la Simulación de Ingeniería de Terremotos (NEES). El proyecto reúne a investigadores, educadores, ingenieros y expertos en políticas públicas para desarrollar estrategias para identificar edificios de concreto más viejos y peligrosos y promover estrategias de mitigación. (NEES es una red de 15 sitios experimentales a gran escala que presentan herramientas avanzadas tales como mesas de agitación, centrifugadoras que simulan efectos de terremotos, laboratorios únicos, una cuenca de olas de tsunamis y equipos de prueba de campo).

Haciendo edificios flexibles

Un dicho en el mundo de los ingenieros sísmicos es que "los terremotos no matan a las personas, los edificios sí". No hay duda de por qué la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA, por sus siglas en inglés) de los EE. UU. Considera que los edificios no modernizados son "el mayor contribuyente" al riesgo de terremoto en los Estados Unidos.

En Nepal, que se está recuperando del devastador terremoto y réplicas del 25 de abril, algunos edificios están hechos de concreto no reforzado, pero la mayoría de las estructuras allí, especialmente en lugares rurales, están construidas con mampostería no reforzada (URM), dijo DesRoches. Los MUR, que están hechos de ladrillo, adobe u otros materiales de mampostería, son extremadamente vulnerables a los terremotos. Tanto así, los códigos de construcción en los Estados Unidos prohíben nuevas construcciones de este tipo en áreas de alta actividad sísmica. (Si le preocupa un edificio de URM, FEMA tiene disponible un artículo sobre reducción de riesgos). [Materiales inteligentes mejoran el diseño de puentes resistentes a terremotos]

Un problema principal con los edificios de concreto más antiguos durante los terremotos es la falla de las columnas portantes. En los edificios más nuevos, las columnas tienen "detalles dúctiles" más y mejor ubicados, como amarres de acero muy espaciados o refuerzos en espiral. Para hacer que los edificios más antiguos sean más dúctiles, se necesita un reacondicionamiento.

Los reacondicionamientos más comunes son los muros de corte de hormigón y los sistemas de refuerzo como los refuerzos de acero diagonales, dijo DesRoches.Pero estos pueden ser costosos y requieren el uso de maquinaria pesada, así como la evacuación temporal de edificios.

Con el apoyo de NSF, el equipo de DesRoches en Georgia Tech está estudiando cómo se comportan los edificios no dúctiles durante los terremotos y cómo colocar las modificaciones correctas en los lugares correctos para mantener las estructuras intactas en el terreno en movimiento.

"Queremos que no se derrumben en un terremoto de moderado a más grande... Queremos que tengan muy poco daño en un terremoto pequeño", dijo DesRoches. Una de las principales prioridades es desarrollar soluciones que sean rentables, fáciles de mantener y que no requieran que los edificios estén desocupados durante las actualizaciones. "Este proyecto está enfocado en tratar de encontrar una manera... que sea menos disruptiva que los enfoques actuales. Es decir, no tenemos que desalojar el edificio durante meses o años para modernizarlo. No cambia la apariencia de el edificio dramáticamente y es bastante fácil y económico de hacer ".

Pruebas de modernizaciones de última generación

El año pasado, el Laboratorio de Ingeniería Estructural y Materiales de Georgia Tech tenía un edificio de concreto no dúctil a escala completa construido para probar modificaciones. (Vea el video adjunto.) El edificio de dos pisos y 3,000 pies cuadrados es una copia de la construcción de mediados a finales del siglo XX.

"Es una construcción muy típica en partes de la costa oeste antes de 1950 y partes de la costa este antes de 1980. Lo detallamos, lo reforzamos en base a lo que se haría en ese momento, y lo que sabemos que existe, todo en los Estados Unidos ", dijo.

El equipo realizó una serie de pruebas con un agitador móvil tomado de la Red financiada por NSF para la Simulación de Ingeniería de Terremotos. "Lo colocamos en el techo de la estructura y lo sujetamos. Impone una carga lateralmente en su edificio [y] el edificio realmente experimenta lo que experimentaría en un terremoto".

Las pruebas simularon una sacudida equivalente a la de dos terremotos históricos: el terremoto de 1940 en El Centro, California, y el terremoto de 1994 en Northridge.

El equipo dividió el modelo en cuatro bahías idénticas, para probar tres modificaciones diferentes, así como ninguna modificación. La primera adaptación fue una chaqueta de fibra de carbono diseñada para envolver alrededor de las columnas y confinarlas; el segundo también era una envoltura de carbón, con lechada entre la envoltura y la columna; el tercero era un nuevo material inteligente desarrollado por DesRoches: una aleación de níquel titanio flexible conocida como aleación con memoria de forma. "Este material puede atravesar una cantidad significativa de desplazamiento y luego simplemente retrocede", dijo DesRoches. [En Diseño Estructural, Menos es Más]

Los investigadores también probaron una bahía sin ninguna modificación, para ver cómo se realizó. Esa prueba fue muy exitosa: tuvieron que detener el agitador para evitar el colapso. "Realmente confirmó lo que sabíamos", dijo DesRoches. "Estas estructuras no pueden moverse mucho".

Por el contrario, las tres bahías adaptadas funcionaron bien, y cada una de ellas proporcionó posteriormente más protección que la anterior (envoltura de carbón, envoltura de carbón con lechada, aleación de memoria de forma). El análisis de datos proporcionará más información, pero DesRoches cree, según lo que vio durante las pruebas de agitación, que la modificación de la memoria de forma proporcionará la mayor resistencia y ductilidad, aunque también será la modificación más costosa.

Los estudiantes de DesRoches ahora están analizando las grandes cantidades de datos generados por el edificio modelo, que estaba equipado con miles de sensores. El objetivo es crear una opción de modernizaciones y proporcionar cuerpos de códigos de construcción como el International Code Council (ICC) con resultados basados ​​en investigación que pueden usar para actualizar el código. Los cCI

Tomará tiempo para que el equipo de investigación finalice los resultados y los envíe al ICC u otros organismos que escriban y actualicen los códigos de edificios y actualicen las pautas, y los resultados deberán ser replicados por otros investigadores.

Fuerza de construcción

Con la opción de modernizaciones, dependerá de los propietarios de bienes raíces determinar qué tipo de rendimiento desean para sus estructuras, que probablemente será una función del tipo de edificio. Un hospital, por ejemplo, tendría que estar en pleno funcionamiento durante y después de un terremoto, pero un estacionamiento no lo haría.

Si usted es un experto de actualidad, investigador, líder empresarial, autor o innovador, y desea contribuir con un artículo de opinión, envíenos un correo electrónico aquí.

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Las ciudades están empezando a abordar el importante desafío de los edificios más antiguos a prueba de terremotos. San Francisco ha ordenado que todos los edificios con estructura de madera de cinco o más unidades con primeros pisos "blandos" se actualicen para 2020.

En Los Ángeles, el alcalde Eric Garcetti está instando a los legisladores estatales a aprobar un proyecto de ley que otorgaría créditos fiscales a los dueños de propiedades que modernizan edificios. El proyecto de ley es un elemento del esfuerzo de seguridad del terremoto de Garcetti, que incluye una propuesta de adaptación obligatoria.

Hay hasta 17,000 edificios de concreto más viejos en California, incluyendo edificios privados, escuelas y edificios gubernamentales, según un grupo de investigación llamado Coalición del Concreto. Solo en Los Ángeles, hay más de 1.000, según la Coalición.

"Creo que mucha gente piensa que no hay nada que puedas hacer contra un terremoto que no sea la esperanza de que no ocurra mientras estás en el edificio o mientras vives en esa área", dijo DesRoches. "Creo que nuestra prueba y otras pruebas han demostrado que, de hecho, hay formas bastante sencillas de adaptar una estructura para mejorar significativamente este comportamiento, para que no se colapse o sea completamente operativa después de un terremoto. "Queremos salvar vidas, pero también queremos mantener los hospitales, escuelas y empresas lo más funcionales posible".

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