Categoría: Investigaciones

El Modelo Nacional de Riesgo Sísmico (MNRS) de Colombia es una iniciativa concebida por el Servicio Geológico Colombiano (SGC) y financiada con recursos del Sistema General de Regalías. Esta herramienta se centra en evaluar y mitigar el riesgo sísmico en el país, con un enfoque particular en las edificaciones residenciales. El desarrollo y ejecución del modelo son realizados por un consorcio de universidades colombianas a través de la Asociación Colombiana de Facultades de Ingeniería (ACOFI), garantizando así un enfoque integral y colaborativo.

El MNRS se distingue por su capacidad para generar curvas de fragilidad y vulnerabilidad que consideran las prácticas locales de construcción en Colombia. Esto significa que las evaluaciones se basan en las características específicas de las edificaciones colombianas, incluyendo los sistemas de mampostería y de concreto reforzado (RC), que son comunes en las viviendas del país. Al realizar evaluaciones detalladas que contemplan la configuración estructural, el período de construcción y la región sísmica, el modelo permite identificar aquellas combinaciones de vulnerabildad y ameneza que resultan en alto riesgo de pérdidas económicas y de vida en caso de un terremoto.

El MNRS es un avance significativo en la gestión del riesgo sísmico en Colombia, pues proporciona una base sólida para la formulación de políticas públicas y estrategias de mitigación del riesgo, promoviendo una mayor conciencia y preparación frente a eventos sísmicos y mejorando la seguridad y resiliencia de las construcciones residenciales en todo el país.

“Estudio de la inestabilidad de muros delgados de concreto reforzado: transferencia de conocimiento y mejoramiento de locaciones de experimentación en el entorno local para mejor la estimación y la mitigación del riesgo sísmico”

Resumen

Las edificaciones de muros delgados y esbeltos de concreto reforzado se usan masivamente actualmente, y principalmente en viviendas para estratos bajos y medios, e incluso para estratos altos. Este incremento de uso del sistema se ha evidenciado a pesar de que el conocimiento sobre el comportamiento sísmico de este sistema structural es todavía limitado, debido principalmente a que no es utilizado comúnmente en países por fuera de latinamerica. Por lo tanto, es necesario evaluar la vulnerabilidad sísmica de este tipo de edificaciones y proponer, en caso de ser necesario, estrategias para mejorar las prácticas de análisis, diseño y construcción de las mismas, de acuerdo al comportamiento experimental y a las modelaciones y estudios paramétricos que se realicen al respecto. Con el desarrollo de este proyecto se determinarán los arquetipos representativos de la construcción de muros estructurales de Colombia, y a través de simulación numérica y experimentos de laboratorio se evaluará su vulnerabilidad sísmica. En una etapa siguiente del proyecto se podrán diseñar estrategias de reforzamiento e intervención estructural validadas numérica y experimentalmente. Esta propuesta se propone desarrollar en 12 meses y se ha dividido en tres fases para su ejecución: 

FASE I: Construcción del catálogo de edificaciones de muros de concreto reforzado. 

Se construirá una base de datos de los edificios representativos de las prácticas constructivas de cuatro ciudades localizadas en zona de amenaza sísmica intermedia y alta: Armenia, Medellín, Bogotá y Cali. De la base de datos recogida se hará un análisis estadístico de variables relacionadas con la altura total de las edificaciones, densidad de muros en planta, espesores típicos de los muros, relaciones de esbeltez (cociente entre el espesor y la altura libre del muro cerca de la sección crítica), detallado del refuerzo (a flexión y cortante), materiales de construcción, niveles de carga axial, entre otros. 

FASE II: Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de los edificios representativos de la práctica local. 

A partir de la base de datos construida en la Fase I, se definirán varios intervalos de parámetros de respuesta y geometría de acuerdo con las características geométricas y el nivel de amenaza sísmica. Para cada intervalo se definirá uno o dos edificios representativos, los cuales serán evaluados a través de un análisis cronológico no lineal. Para considerar las incertidumbres en los procesos de modelación y simulación numérica, se emplearán como mínimo dos programas para el análisis no lineal, con cual también permitirá evaluar el efecto e impacto de los programas sobre la estimación de las demandas sobre las edificaciones. Uno de los programas que se empleará corresponde al más utilizado en Colombia para el diseño estructural de este tipo de edificios. Para la representación de la demanda sísmica se emplearán algunos registros reales registrados cerca a las ciudades elegidas para conformar la base de datos. También se generarán algunos acelerogramas sintéticos compatibles con los modelos de sismo fuentes existentes para las zonas bajo estudio. Para la evaluación de la vulnerabilidad Sismica se generarán curvas de fragilidad que permitan considerar las incertidumbres tanto en los parámetros estructurales como en los asociados a la amenaza sísmica. 

FASE II: Evaluación experimental de vulnerabilidad o mejoramiento de diseño de prototipos de muros de concreto reforzado. 

Se evaluarán las características de algunas de las edificaciones más vulnerables definidas en la fase II y se realizarán pruebas destructivas sobre los muros representativos que permitan obtener información para definir la vulnerabilidad de los mismos.

Este proyecto de investigación se enfoca en la evaluación del desempeño de edificios de muros delgados, desde el levantamiento de la base de datos de proyectos de este tipo en una ciudad de amenaza sísmica alta en Colombia, hasta la evaluación experimental bajo carga cíclica de paneles con características propias de la construcción colombiana. Adicionalmente, el estudio se complementa con simulaciones numéricas del comportamiento de sistemas completos que ayudan a dar una perspectiva inicial del comportamiento esperado de estas edificaciones.

Over the past 10 years, an ever-increasing and by now significant part of low-to-middle income population in some South American countries, namely Colombia, Peru and Dominican Republic among others, has moved to new reinforced concrete (RC) buildings whose structural skeleton is composed of walls. These vertical members not only support the weight of the building but also resist to the horizontal loads imposed by earthquakes, which are a serious threat in these medium to high seismicity regions. The new building typology adopted in Colombia presents distinct and unseen features from most RC wall construction worldwide, which raise concern within the scientific, engineering, and construction communities in Colombia, as well as in society overall, regarding the possible underperformance of this structural system under seismic loading. In order to reduce material costs, which are critical with respect to labour costs, very thin walls with only one layer of non-ductile steel reinforcement bars are being used, together with very thin slabs. Some building walls have a simple rectangular cross-section geometry, but most have very irregular non-rectangular geometric shapes, such as U-shapes, to accommodate lift shafts or staircases and to respond to architectonical configuration constraints. Their seismic behaviour is quite distinct and it can be reasoned qualitatively that U-shaped thin walls are more prone to instability and non-ductile failures than their rectangular counterparts. Unfortunately, the desirable quantification is still missing since no experimental tests on U-shaped thin walls with one rebar layer were performed to date. The present project covers this unacceptable gap by performing large-scale tests of U-shaped walls in Colombian and Swiss laboratories, which will allow to characterize the behaviour of these structural members under horizontal loads along different angles. Potential structural weaknesses that should be taken into account by engineers, either in the design of new buildings or in the assessment and strengthening of existing ones, will be identified. The experimental results will also enable the development and calibration of reliable computer simulation models of entire buildings, which will be used to derive trustworthy fragility and vulnerability curves. The latter, together with extensive data collection for a state-of-the-art exposure model, will finally produce estimates of the seismic risk of this building class in the biggest Colombian cities. This project builds on the partners’ expertise on experimental tests, U-shaped walls, rectangular single-layered thin walls, and seismic risk assessment. The conclusions will be made available to local and national authorities and used to update the national construction code. The extensive research network of participant Colombian and Mexican universities, alongside with targeted seminars and journal publications, will guarantee an adequate dissemination of the project outcomes, while simultaneously strengthening a 5-year long partnership and paving the road for future cooperation.

“Estudio de la inestabilidad de muros delgados de concreto reforzado: transferencia de conocimiento y mejoramiento de locaciones de experimentación en el entorno local para mejor la estimación y la mitigación del riesgo sísmico”

Resumen

El sistema industrializado de construcción de edificios de muros delgados de concreto reforzado se ha convertido en una alternativa de uso masivo para el desarrollo de proyectos de vivienda económica en Colombia y otros países de Suramérica. Su uso se ha hecho atractivo por su rapidez de construcción, costos de desarrollo, y porque el sistema es intrínsecamente muy rígido, ofreciendo una solución viable al problema de desplazamientos por sismo, que de alguna manera domina los diseños en zonas de amenaza símica intermedia y alta. Sin embargo, la implementación del sistema ha venido evolucionando hacia el diseño y construcción de muros muy esbeltos, con espesores entre 80 y 120 mm, con una capa de baja cuantía de refuerzo, cuyo desempeño sismo resistente no ha sido comprobado del todo. 

Este proyecto de investigación se enfoca en la evaluación del desempeño de edificios de muros delgados, desde el levantamiento de la base de datos de proyectos de este tipo en una ciudad de amenaza sísmica alta en Colombia, hasta la evaluación experimental bajo carga cíclica de paneles con características propias de la construcción colombiana. Adicionalmente, el estudio se complementa con simulaciones numéricas del comportamiento de sistemas completos que ayudan a dar una perspectiva inicial del comportamiento esperado de estas edificaciones.