CDT En un reciente artículo publicado en la revista Buildings, unos investigadores italianos presentaron el caso de un edificio de hormigón gravemente degradado por la corrosión, que requería una rehabilitación sísmica. Evaluaron el comportamiento estructural del edificio antes y después de la intervención.
Fuente: AZO Build
Además, sugirieron emplear técnicas de intervención de rehabilitación para mejorar la resistencia, rigidez y ductilidad de los elementos existentes.
Los resultados de la investigación demostraron cómo una estrategia global que incluyera la redistribución de la masa y la rigidez podía lograr la adaptación sísmica de una estructura de hormigón corroído mediante intervenciones rentables.
Antecedentes
Las estructuras de hormigón se utilizan ampliamente en ingeniería civil por su durabilidad, versatilidad y asequibilidad. Sin embargo, son vulnerables a la degradación provocada por factores ambientales como la carbonatación, la penetración de cloruros y la humedad, que conducen a la corrosión de la armadura de acero. Esta corrosión reduce el área de la sección transversal y la resistencia de la unión del acero, lo que provoca grietas, desprendimientos y pérdida de resistencia y rigidez en los elementos de hormigón. Además, la corrosión compromete el comportamiento sísmico de las estructuras de hormigón al reducir la ductilidad y la capacidad de disipación de energía, aumentando el riesgo de fallo frágil bajo cargas cíclicas.
La rehabilitación sísmica de estructuras de hormigón corroídas es un reto que requiere restaurar la capacidad original y mejorar la resistencia sísmica de los elementos existentes. Para ello, se han desarrollado y aplicado diversas técnicas, como el encamisado de hormigón, el encamisado de acero, la envoltura de polímero reforzado con fibra (FRP) y el aislamiento de la base.
Sin embargo, la selección de la técnica más adecuada depende de factores como el nivel de degradación, la configuración estructural, la demanda sísmica, los requisitos funcionales y la viabilidad económica.
Así pues, cada caso de estructura de hormigón corroída requiere una evaluación detallada de las condiciones actuales y las posibles soluciones, sopesando cuidadosamente los pros y los contras de cada método y sus interacciones.
Sobre la investigación
En este trabajo, los autores realizaron un estudio de caso de un edificio de hormigón situado en Sicilia, al sur de Italia, que se construyó a principios de los años sesenta como un armazón tridimensional (3D) que soportaba una plaza mirador en la parte superior, sin pisos intermedios. Décadas de exposición a los agentes atmosféricos provocaron una importante corrosión y degradación de los elementos exteriores. El propietario solicitó un reacondicionamiento sísmico y una transformación funcional, que incluía la adición de tres nuevas plantas intermedias y cambios en la disposición estructural.
La evaluación estructural se llevó a cabo mediante análisis dinámicos lineales y estáticos no lineales para evaluar el comportamiento sísmico tanto de las estructuras originales como de las readaptadas. Los análisis se realizaron utilizando software de elementos finitos, teniendo en cuenta la geometría, las propiedades de los materiales y el nivel de corrosión de los elementos existentes.
Además, la carga sísmica se definió de acuerdo con los códigos italianos, utilizando espectros elásticos y de diseño para diferentes estados límite y factores de comportamiento. También se identificaron las deficiencias estructurales y los mecanismos de fallo, y se calcularon el desplazamiento último y el cortante de base.
Basándose en los resultados de la evaluación, el estudio propuso una estrategia global de rehabilitación sísmica, que incluía las siguientes intervenciones:
- Construcción de nuevos forjados compuestos de acero y hormigón para aumentar la masa y la rigidez de la estructura y reducir al mismo tiempo los efectos de excentricidad y torsión de la carga sísmica.
- Colocación de revestimientos de hormigón y acero en determinados pilares para mejorar su sección transversal y su confinamiento, redistribuyendo así el esfuerzo cortante de base entre los pilares.
- Aplicación de placas y tejidos de FRP a determinadas vigas para mejorar su resistencia a la flexión y al cizallamiento, así como para evitar el desprendimiento de la cubierta de hormigón.
- Instalación de nuevos elementos de acero, como tirantes y tirantes, para mejorar la estabilidad y la conexión de la estructura.
Además, los investigadores realizaron análisis estáticos no lineales con el modelo readaptado para verificar la eficacia de la intervención. Los análisis demostraron una mejora del comportamiento estructural, evidenciada por el aumento del desplazamiento último y del cortante de base, así como por la reducción de la tensión y la deformación de los elementos.
Resultados de la investigación
Los resultados pusieron de relieve los siguientes puntos clave:
- Análisis de la estructura original: La estructura original mostraba un bajo rendimiento sísmico y una alta vulnerabilidad debido a varios factores, entre ellos la ausencia de diseño sísmico, la configuración irregular, la pesada masa en la parte superior, la falta de pisos intermedios y la grave corrosión de los elementos. El análisis dinámico lineal identificó deficiencias en la capacidad de flexión y cortante, especialmente en los pilares y vigas más exteriores, muy degradados por la corrosión. Del mismo modo, el análisis estático no lineal reveló una baja capacidad de desplazamiento y un mecanismo de colapso desventajoso, que implicaba principalmente el fallo de la columna más estresada en el ángulo noroeste.
- Impacto de la intervención de rehabilitación: La intervención de reacondicionamiento produjo mejoras significativas en el comportamiento sísmico y la funcionalidad al reducir la masa y la excentricidad, aumentar la rigidez y la resistencia, y mejorar la ductilidad y la disipación de energía. Se restauraron con éxito los elementos degradados y se adaptaron a los nuevos requisitos funcionales.
- Análisis estructural posterior a la rehabilitación: Tras la rehabilitación, el análisis dinámico lineal demostró una mejora de los controles de seguridad tanto para acciones estáticas como sísmicas, con una reducción de las deficiencias y un aumento de los factores de seguridad. El análisis estático no lineal reveló una mayor capacidad de desplazamiento y un cambio en el mecanismo de colapso hacia un fallo más distribuido y dúctil de las vigas.
- Eficacia de las estrategias de rehabilitación: La estrategia global de redistribución de la masa y la rigidez, unida al refuerzo local, demostró su eficacia y eficiencia. Diversas técnicas, como el encamisado de hormigón y acero, la envoltura de FRP y los forjados compuestos, proporcionaron un confinamiento adecuado de las juntas viga-columna y aumentaron la capacidad axial y de flexión de las columnas, con un impacto mínimo en el grosor de las vigas y la demolición.
Conclusión
El documento resume que la rehabilitación sísmica y la transformación funcional del edificio de hormigón de Sicilia se lograron con éxito aplicando una estrategia global de redistribución de la masa y la rigidez y utilizando diferentes técnicas de refuerzo y protección sísmica pasiva.
De cara al futuro, los investigadores sugirieron varias líneas de trabajo. Aconsejaron validar las técnicas de retroadaptación probando los elementos retroadaptados bajo cargas cíclicas y comparando los resultados con los análisis numéricos.
Además, recomendaron optimizar los diseños de intervención equilibrando el coste y el rendimiento y aplicando principios de sostenibilidad. También propusieron ampliar el estudio para analizar otros casos de estructuras de hormigón corroídas, teniendo en cuenta el nivel de degradación, la configuración estructural, la demanda sísmica y los requisitos funcionales.
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