Boletín N°212 - agosto 2020
Ingenieros buscan afinar cálculo de riesgo sísmico
•
Estudio se realiza en paredes de mampostería
más común en el país.
•
Estudian estructuras geométricas no
tradicionales.
•
Investigador prevé posibles implicaciones en
Código Sísmico.
Silvia Arias
Periodista CONICIT
sarias@conicit.go.cr
Un reciente sismo de magnitud 6,2 en el Pacífico Central
ha recordado a muchos de los habitantes del país la importancia de contar con
construcciones seguras y sismo resistentes. Pero no sólo la seguridad ante un
sismo es importante. A la hora de construir, el precio de los materiales de
construcción también es un factor de mucho peso para los propietarios de las
obras civiles.
Llegar a un punto de equilibrio entre la seguridad y los
costos de construcción, es uno de los objetivos que persiguen los estudios de
ingenieros del Laboratorio de Ingeniería Sísmica del Instituto de
Investigaciones en Ingeniería (INII), de la Universidad de Costa Rica
dirigidos por el Doctor Diego Hidalgo Leiva.
Con el apoyo del Programa de Reinserción de Investigadores
del CONICIT (2017) los científicos pretenden determinar mediante pruebas de
laboratorio un modelo que permita diseñar obras civiles lo más seguras y
eficientes en cuanto al uso de materiales se refiere. A pesar de que existen
modelos matemáticos que permiten crear simulaciones que recrean el
comportamiento de una estructura, la calidad de la información que estos
modelos requieren es sumamente compleja.
"Andamos buscando un modelo que caracterice el
comportamiento de la mampostería, pero que sea sencillo y ese es el truco,
porque hay modelos matemáticos, por ejemplo modelos denominados de "micro
modelado" de la mampostería, donde usted le dice el programa las propiedades
que debe usar para el bloque, la varilla, el concreto de relleno y el mortero
de pega y le pide una simulación haciendo una deformación del muro, eso se
puede hacer, pero, ¿por qué no
diseñamos los edificios con eso?, porque es excesivamente difícil de hacer"
comentó el Dr. Hidalgo Leiva.
|
Las pruebas que han empezado a realizar los
investigadores durante este 2020 han sido posible gracias al Laboratorio
Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa
Rica (Lanamme UCR), único laboratorio en el país
donde existe la posibilidad de realizar este tipo de pruebas. "Estas pruebas
no se pueden realizar en ningún laboratorio privado por el tipo de
instrumentación que se requiere", afirma el Ing. Hidalgo.
|
Según el Dr. Hidalgo, el nivel de calidad de información que
se debe dar a estos programas es muy caro, requiere gran cantidad de horas de
trabajo y una interpretación de resultados muy compleja que se puede realizar a
nivel de investigación, pero en la práctica profesional no se hace.
Mampostería "a la tica"
Uno de los
factores más importantes que los investigadores deben considerar son las
características tan particulares de la mampostería que se utiliza en nuestro
país, conocida popularmente como "mampostería a la tica", pero que técnicamente
se conoce como "mampostería parcialmente reforzada-confinada". Este tipo de
mampostería contiene especialmente una viga y columnas de concreto qué buscan
amarrar la pared confinándola.
Refuerzo de cimentaciones en zona de piso fuete del Lanamme listo para colocar en formaleta.
|
Al contrario de lo que ocurre con mamposterías utilizadas
en otros países, la mampostería "a la tica" requiere de mucha información
para modelarse.
"En otros países hacen edificios de láminas de acero,
usted pone una lámina de acero maciza, enorme, y eso es una pared, el acero
es un material que ha sido procesado con una alta homogeneidad, entonces para
caracterizar esa lámina de acero es muy fácil y el nivel de error es muy
bajo" explicó Hidalgo.
Cuadro de datos
|
"Costa Rica tiene dos sistemas
de mampostería en el mercado, utilizamos mampostería integral que es
cuando no se utilizan columnas de concreto reforzado al final de la
pared, pero la que más se usa es la que nosotros estamos probando en el
proyecto, que es la que se le conoce como mampostería "a la tica", pero
que nosotros llamamos mampostería parcialmente reforzada.
Confinada. Lo confinado tiene
que ver con la viga columna de concreto reforzado que lo que hace es
tratar de amarrar la pared" Ing. Diego Hidalgo.
|
|
|
Al contrario, la mampostería que se utiliza en los procesos
constructivos en Costa Rica consiste en una combinación de materiales: los
bloques de concreto, que se hicieron en una fábrica; el mortero de pega, que se
hace en el momento en que el albañil está pegando bloques no tan homogéneos y
construidos en diferentes procesos; el refuerzo, que viene de una industria, y
el concreto de relleno que se coloca cuando la pared ya está lista. Todos los
materiales están construidos en diferentes épocas espacio temporales y al
final, cuando nosotros queremos que eso trabaje bien ya tiene que trabajar como
una estructura integrada.
Relaciones de aspecto: Muros altos y largos
El hallazgo del modelo no lo es
todo. Quizá el aspecto más importante y novedoso que considera la
investigación, tiene que ver con las pruebas en muros altos y largos poco
convencionales, específicamente en lo que los ingenieros conocen como
"relaciones de aspecto" que consiste en la relación entre el largo de la
pared, y la altura de la pared.
"Cuando nosotros hacemos un
estudio en ingeniería para tratar de hacerlo paramétrico es decir, que pueda
ser utilizado en múltiples proyectos, buscamos al inicio simplificar
variables, y hacer los casos más sencillos para que de lo sencillo se pueda
predecir lo complejo, por eso es que las pruebas para modelar estructuras se
hacen muchas veces en paredes más o menos cuadradas, este es el estándar",
explicó Hidalgo.
|
Reparación de muros de mampostería del conjunto. A la
izquierda reparación con malla electrosoldada en el
proceso de colocación de pernos de anclaje, a la derecha el acabado final de
las bandas de refuerzo con fibra de carbono.
|
Sin embargo, es a partir del 2016 cuando la ingeniera Laura
Ruiz realiza para su maestría una investigación en el país con paredes "un
poquito más esbeltas". "En su investigación ella usó paredes un poquito más
esbeltas es decir paredes que son más altas que largas, pero esa era toda la
experiencia que teníamos en el país, muros largos no habíamos hecho ninguno".
Aseguró el experto.
A pesar de
que estos estudios se han realizado en otros países, los expertos consideran
muy importante comparar las similitudes y diferencias con otras latitudes con
el fin de valorar aspectos de la normativa de esos países que también
nosotros podríamos utilizar.
|
Resultados:
Ductilidad y Rigidez
Con la
nueva información, la distribución de la fuerza sísmica podría ser diferente
a como se realiza actualmente, así se podría dar un paso como una aproximación
más fina y más detallada ya que la relación de aspecto en el estudio
permitirá ver parámetros que podrían ser diferentes dependiendo de la
geometría. De esta manera, con la nueva información encontrada se podrían
definir cuales variables pueden ser constantes en el modelo, es decir cuales
variables no son afectadas por la geometría de las paredes y cuales sí.
|
Investigación
en Lanamme.
"Hay algo que nos está faltando cuando cambiamos la relación
de aspecto. Las ecuaciones que usamos no
modelan todo el abanico de posibilidades de geometrías, la pared esbelta se
comporta de una forma, la pared chata se comporta de otra forma, la que es
cuadrada es una combinación de las dos, entonces cuantificar este efecto y
enfocarnos en este parámetro esto si es relativamente nuevo en el país" explica
el experto. "Entonces con los hallazgos de la investigación pretendemos
realizar recomendaciones para afectar de manera diferente los muros que tengan
diferente tamaño" afirmó.
Cuadro de datos
|
"Las primeras pruebas que se realizaron en este tipo de
investigación en el país empezaron en los años ochentas
cuando don Juan Pastor inició con estas líneas de investigación.
El primer laboratorio que tuvo la UCR se encontraba en
el sótano de la antigua Facultad de Ingeniería, en un patio atrás. Ahí
trataban de hacer estas pruebas de una manera más hechiza. Desde esa época
hasta ahora se han hecho muchas investigaciones, pero ninguna de esas
investigaciones modificó tanto como nosotros lo que se llama la relación de
aspecto"
|
|
Algunos de los resultados que se pueden describir desde
ahora, tienen que ver con la ductilidad y la rigidez de las paredes.
"La mampostería que se utiliza en los procesos constructivos en Costa
Rica consiste en una combinación de materiales: los bloques de concreto, que
se hicieron en una fábrica; el mortero de pega, que se hace en el momento en
que el albañil está pegando bloques no tan homogéneos y construidos en
diferentes procesos; el refuerzo, que viene de una industria, y el concreto
de relleno que se coloca cuando la pared ya está lista. Todos los materiales
están construidos en diferentes épocas espacio temporales y al final, cuando
nosotros queremos que eso trabaje bien ya tiene que trabajar como una
estructura integrada".
|
"Nosotros quisiéramos que todos los elementos
estructurales fueran dúctiles (que se deforman pero que no se rompan) porque
acumulan mucha deformación antes de romperse, y durante un sismo, que acumule
deformación equivale a acumular energía entonces el sismo pasa, el elemento
se daña acumulando energía pero no se rompió, entonces la ductilidad siempre
nos ha interesado. En nuestro estudio estamos viendo que la ductilidad no se
ve afectada por la geometría, aquí ya lo comprobamos y eso nos deja
tranquilos, era un supuesto que tenía el código pero le estábamos comprobando
a nivel experimental".
Por otra parte, el estudio ha comprobado que la
degradación de la rigidez (o sea, la fuerza que requiere el muro para
desplazarse lateralmente) si se ha visto afectada. Este es un tema que
preocupa a los investigadores quienes ahora están en la búsqueda de poder
encontrar una ecuación sencilla que permita establecer una buena correlación
entre el modelo que se desea proponer y los resultados experimentales.
"Esperamos poder contribuir de alguna manera a mejorar lo que no estamos
haciendo"
Los investigadores esperan poder contribuir con la mejora
del Código Sísmico, cuya última actualización fue publicada en el año 2016.
En cuanto a publicaciones los investigadores han preparado
un artículo el cual se encuentra en evaluación en una revista indexada.
Igualmente, de este estudio han salido dos tesis de licenciatura y también
brinda insumos para cuatro tesis de maestría algunas orientadas a ser más
experimentales y otras más teórico conceptual.
|