LA EVOLUCIÓN DE LA INGENIERÍA CIVIL

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Por Ing. Jaime Argudo – Especialista en Geotécnia

 

Antes de la Revolución Industrial (XVIII-XIX), la ingeniería civil no existía. Los constructores heredaban sus conocimientos y los arquitectos usaban técnicas de Bellas Artes en las construcciones. Prevalecía el uso de la mampostería con baja resistencia en proporciones monumentales y esculturales. Polímitas como Leonardo Da Vinci, René Descartes e Isaac Newton, desarrollaban los fundamentos de las ciencias de la ingeniería y recién en 1747, se creó “La Escuela Real de Puentes y Calzadas de París” y surgió el término “Ingeniería Civil” para diferenciar las obras de infraestructura de las construcciones militares.  

Con la invención del hormigón armado para mejorar la construcción de viviendas (William Wilkinson, 1854) y la producción de acero a gran escala (Henry Bessmer, 1856), durante la Segunda Revolución Industrial (1850-1914), se inicia la transformación de las edificaciones urbanas y la  construcción adquiere carácter industrial. Ingenieros como Gustave Eiffel (1832-1923), se consagran por romper con lo tradicional combinando elegancia con innovación, al usar tecnologías nuevas (acero de baja corrosión) con diseños eficientes que optimizan el tamaño y forma de los elementos estructurales.

Durante el Siglo XX, la construcción en el Ecuador sigue los paradigmas de las industrias de la construcción de las sociedades capitalistas del primer mundo: tecnificación, especialización de recursos humanos, libertad de contratación, competitividad, producción masiva según demanda, y oferta segmentada de servicios, calidad y precios. 

La construcción ha sido un pilar fundamental del desarrollo del Ecuador. En el 2012, dio trabajo a 900,000 personas y aportó 10% al PIB, siendo la cuarta industria en participación. Sin embargo, se mantiene una brecha tecnológica importante asociada al sub-desarrollo histórico del país. La especialización de recursos humanos y la tecnificación industrial  arrancan recién con el boom petrolero de los 70. A la fecha, se depende excesivamente de la importación de tecnologías y productos de los países más desarrollados. Se debe fortalecer la capacidad tecnológica de nuestra industria de la construcción para producir desde perfiles de acero para estructuras sismorresistentes de gran altura, hasta sistemas electrónicos para viviendas domóticas, lo que ayudará a mejorar la oferta de servicios, calidad y precios. 

 

DISEÑO SÍSMICO SOBRE SUELOS LICUABLES

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Texto por: Ing. Jaime Argudo
* Especialista en Geotécnica

Captura de pantalla 2013-04-01 a la(s) 15.35.01En una ponencia anterior se explicó cómo identificar preliminarmente suelos licuables en función de su origen, granulometría, densidad, profundidad y baja plasticidad. Según NEC-11 (Norma Sísmica Ecuatoriana cuya aprobación está pendiente de parte del INEN), todas las edificaciones se deben diseñar para salvaguardar la vida de sus ocupantes durante terremotos severos. Las estructuras de ocupación especial y esencial, además, tienen que estar diseñadas para mantenerse operacionales, aún después de la ocurrencia del sismo de diseño. Para cumplir con esta filosofía de diseño, NEC-11 requiere que:

a. Las municipalidades con más de 100 000 habitantes, ejecuten estudios de microzonificación geotécnica para identificar áreas con suelos potencialmente inestables durante sismos

b. Se realicen investigaciones geotécnicas especializadas para identificar la estabilidad del sitio, además de las medidas preventivas que se deben tomar para construir en suelos potencialmente inestables.

c. Se estudie la respuesta sísmica de los suelos licuables con modelos no lineales que incluyan el incremento de la presión del agua y sus efectos colaterales en la reducción de la rigidez y resistencia del suelo. Alternativamente, los análisis del potencial de licuación podrán utilizar metodologías semiempíricas, basadas en resultados de Ensayos de Penetración Estándar (SPT).

Las medidas preventivas que se pueden adoptar para evitar daños excesivos y construir en forma segura sobre depósitos de suelos licuables son:

1. Cimentación de pilotes. Puede ser indispensable en estructuras esbeltas -gran altura con escasa área de implantación- para “Seguridad de Vida” y opcional en cualquier tipo de edificación, para “Reducir Daños”  o “Mantener Operatividad” después de un terremoto.

2. Losa de cimentación o zapatas en dos direcciones con vigas muy fuertes. Es una opción para estructuras compactas (con poca altura y área de cimentación extensa)

3. Algunos métodos de Mejoramiento de Suelo, tales como: construcción de drenes para disipación de presión del agua,  reforzamiento del suelo con inyecciones de suelo-cemento, mezcla y compactación del suelo con material cohesivo, y densificación de suelo mediante vibración. 

Son alternativas que los proyectos de desarrollo urbano podrían usar para eliminar el potencial de licuación de suelos, previo a la construcción de soluciones habitacionales.

 

IDENTIFICACIÓN DE SUELOS SUSCEPTIBLES A LICUACIÓN

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tierraPOR: ING. JAIME ARGUDO
ESPECIALISTA EN ESTRUCTURAS Y GEOTÉCNIA.

Las vibraciones sísmicas incrementan la presión del agua en suelos saturados, haciendo que se licuen cuando carecen de cohesión y densidad. Al licuarse, el suelo pierde resistencia y capacidad para soportar cargas. Para que esto ocurra, las vibraciones sísmicas deben corresponder a un movimiento telúrico con Intensidad Mercalli fuerte (MMI > VII).  La identificación preliminar de los suelos susceptibles a este fenómeno se hace mediante los siguientes criterios:

1. ORIGEN: Los suelos geológicamente formados por la precipitación de partículas en planicies inundadas por ríos, dan origen a suelos  licuables. Por ejemplo, los limos arenosos o arenas limosas que se encuentran en el sector de la Puntilla de Samborondón, son sensibles a este proceso. 

2. GRANULOMETRÍA: La presencia de arenas o limos mal gradados y con cantos redondeados. Los cantos redondeados reducen fricción y las partículas de igual tamaño permiten la formación de vacíos que reducen la densidad y resistencia del suelo.

3. DENSIDAD Y PROFUNDIDAD: Los suelos no cohesivos sueltos (Densidad relativa Dr < 35%) se contraen cuando son sometidos a vibraciones, permitiendo su dispersión y licuación. Los suelos densos (Dr > 65%) no son licuables porque se dilatan al vibrar. Los suelos pobremente confinados son fáciles de licuar y como la presión de confinamiento del suelo se incrementa con la profundidad, los  suelos superficiales son más fáciles de licuar que los profundos.  

4. BAJA PLASTICIDAD: Bray & Sancio (2006) encontraron que los suelos sueltos saturados con baja plasticidad (Índice de Plasticidad IP  < 12%) son susceptibles de licuación, y que los suelos con IP > 18% no son susceptibles, aunque tengan esfuerzos de confinamiento muy bajos. Dicho criterio sustenta que las arenas (SP, SP-SM o SM) y limos (ML) pueden ser potencialmente licuables, según su plasticidad y humedad.

La Norma Sísmica Ecuatoriana (NEC-11) requiere que todas las edificaciones se diseñen para preservar la vida de sus ocupantes durante sismos fuertes y limitar daños. En una siguiente entrega se discutirán medidas que satisfacen la filosofía de diseño de la norma NEC-11.

Riesgo Sísmico de Edificaciones Mixtas

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Entre 1998 y 1999, el proyecto RADIUS de las Naciones Unidas (Risk Assessment Tools for Diagnosis of Urban Areas against Seismic Disasters) desarrolló en Guayaquil y otras ocho ciudades del mundo, una metodología para reducir el riesgo sísmico en áreas urbanas, mediante la preparación de diagnósticos de pérdidas y daños probables por terremotos como herramientas para la planificación de la respuesta de las ciudades y la ejecución de Planes de Acción para la reducción del Riesgo Sísmico.

El proyecto RADIUS en Guayaquil (http://jaimeargudo.com/radius-project/),  concluyó que por haber imperado por décadas la construcción informal en el desarrollo de la ciudad, prevaleció la construcción de  edificaciones sin características sismo-resistentes. En 1997, el 58% de las edificaciones se construían sin permiso de construcción y apenas el 16% de las construcciones se hacían conforme las normas y especificaciones sismo-resistentes más actualizadas. La situación ha cambiado un poco en los últimos 15 años, sin embargo, el perfil del riesgo sísmico investigado por RADIUS, sus diagnósticos, recomendaciones y medidas para reducir el riesgo y la pérdida de vidas durante un terremoto, siguen siendo esencialmente los mismos.  

RADIUS encontró que alrededor del 5% de las estructuras de la ciudad son de construcción mixta (estructura de madera con paredes de ladrillo o bloque) con riesgo sísmico de moderado a muy alto. En dichas edificaciones habitan alrededor de 150.000 personas. Las estructuras mixtas más vetustas (500) son de muy alto riesgo y pueden colapsar con sismos de Intensidad Moderada (Mercalli VII). Las casas mixtas más obsoletas adicionalmente tiene un alto riesgo de incendio (por el mal estado de sus instalaciones eléctricas) y algunas de ellas han ya colapsado durante las estaciones invernales fuertes de los últimos años, por el avanzado estado de deterioro de la madera de sus estructuras.

El sismo del 18 de Agosto de 1980 (segundo más importante en la historia de la ciudad, después del terremoto de 1942) puso en evidencia la fragilidad de las edificaciones mixtas vetustas. En dicho evento, se reportó la caída de paredes en 29 casas con la destrucción parcial o total de 7 de ellas. Otras 14 casas mixtas fueron evacuadas y desocupadas inmediatamente después del sismo, para prevenir desgracias personales.    Luego  de una evaluación exhaustiva realizada después del sismo,  se determinó que 49 casas mixtas debían ser demolidas, por no reunir condiciones mínimas de seguridad.

El sismo de 1980 cobró la vida de ocho personas por el desplome de paredes. Así mismo, la mayor parte de los heridos (cerca de 100) resultaron de la caída de bloques de paredes y otros objetos, o quemaduras en las cocinas.

Si se considera que el sismo de 1980 tuvo un tamaño menor (MM = VII) al sismo o terremoto considerado por la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-11 para el diseño de estructuras sismo-resistentes en Guayaquil (MM = VIII), se puede concluir que los daños y pérdidas de vidas derivados de la escasa resistencia a sismos de las estructuras mixtas serían mucho más graves hoy que la ciudad cuenta con una densidad poblacional 2.5 veces mayor a la de 1980 y por lo tanto se hace necesario implementar un programa de reasentamiento poblacional para viabilizar la demolición de las estructuras de construcción mixta y su futura sustitución por nuevas edificaciones que cumplan con los requerimientos de las normas sísmicas actuales.

 

Daños en edificaciones mixtas durante el sismo del 18 de Agosto de 1980.

Fuente: Diario El Universo de Guayaquil (IIFIUC – Proyecto RADIUS, 1999)

 

 

 

 

Fuente: Archivo IIFIUC, Universidad Católica de Guayaquil, RADIUS, 1999

Ing. Jaime Argudo

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Soy Jaime Argudo, Ingeniero Civil, Ph.D., P.E.(Tx) especializado en Estructuras y Geotecnia. Actualmente soy Presidente de ARGUDO  Y ASOCIADOS S.A., además fui Responsable Científico del Proyecto “RADIUS”. Te ayudaré contestando todas tus consultas e inquietudes respecto a las Estructuras y Geotecnia.

Seguridad contra incendios en edificaciones modernas

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Por: Ing. Jaime Argudo Rodríguez

Las rutas de escape son claves para la seguridad de los ocupantes en edificaciones modernas. Las estructuras de hormigón y acero pueden resistir por horas altas temperaturas sin colapsar; y la seguridad estriba en la habilidad de evacuar en minutos, evitando ser víctima de asfixia por inhalación de humo o gases.

El componente más importante de una ruta de escape son las escaleras, las que deben diseñarse en número suficiente, con ventilación y protección de paredes resistentes al fuego por 2 o más horas.

Los ductos de escaleras de evacuación deben tener puertas de apertura manual con un sistema con retorno automático que garantice que la puerta se mantenga normalmente cerrada, evitando el ingreso de humo a los ductos. Los ductos de escaleras deben ser  ventilados para control de humos, la ventilación puede ser natural (escaleras exteriores) o mediante inyección de aire limpio a presión que evite el ingreso de humo a ductos cerrados o sin ventilación natural.

 

Normas en otros países:

Las normas del International Fire Code (IFC) de los Estados Unidos requieren de un mínimo de 2 rutas alternas de evacuación y que las escaleras con ductos cerradas sean presurizadas, definiéndose a las edificaciones altas como a las más de 22.86 metros de altura sobre el nivel de acceso de los vehículos de bomberos. La norma venezolana COVENIN 810 requiere que las escaleras de escape para edificios de 4 o más pisos no permitan el ingreso de humo (presurizadas).

 

Normas en Ecuador:

La norma ecuatoriana NEC-11 (cuya expedición está pendiente de parte del INEN) adopta los requerimientos anteriores de las normas IFC y otros aún más rigurosos de las normas NFPA (National Fire Protection Association) de los Estados Unidos. Sin embargo, dado que la mayoría de los vehículos de bomberos disponibles localmente no operan eficazmente sobre los terceros pisos de altura, el requerimiento de presurizar los ductos de las escaleras para edificios de 4 o más pisos debería ser adoptado, especialmente si por excepción se permite la construcción de un solo ducto para las escaleras de evacuación.

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