Daño acumulado en estructuras-caso estudio: daño en edificios de marcos de H.A en ciudad de México durante el terremoto de Puebla-Morelos en 2017

Abstract

El Terremoto de Puebla-Morelos , ocurrido el 19 de septiembre de 2017, provocó el colapso en Ciudad de México de 44 edificaciones de las cuales la mayoría corresponde a estructuras antiguas construidas con códigos de diseño anteriores a 1985. Dado que estas estructuras soportaron previamente el devastador Terremoto de Michoacán (Mw8.1) de 1985, el caso estudio resulta muy interesante para estudiar la temática de daño acumulado. La hipótesis de la presente investigación es que algunos de estos edificios colapsaron debido al daño acumulado durante ambos eventos, y no sólo por el nivel de demanda de desplazamiento del último terremoto como se suele pensar. Para demostrarlo, se evaluará numéricamente la respuesta sísmica de un Modelo Prototipo de 6 pisos, representativo de las edificaciones mexicanas pre-1985, mediante un modelo de daño por fatiga de bajo ciclaje. El daño se cuantifica a través de un Índice de Daño que cuenta todos los peaks de deformación alcanzados por la fibra del refuerzo de acero en las columnas del primer piso, donde el acero es modelado con una resistencia limitada a la compresión en concordancia al pandeo que se observó en numerosos casos luego del terremoto. Luego, con todos los registros sísmicos en Ciudad de México (72), se generan isocurvas que representan el nivel de iso-demanda sobre la estructura, las cuales se comparan con la ubicación de 12 casos construidos antes de 1985 que tenían una estructuración similar a la del Modelo Prototipo y que presentaron una falla local en las columnas del primer piso. Las isocurvas para un valor mayor o igual a 1 demarcan la zona donde se espera la fractura del refuerzo de acero, la cual fue consistente con la ubicación de sólo 2 de los 12 casos estudiados. Sin embargo, se demostró que un leve aumento de la carga axial (5%) o disminución de la sección (5%) en las columnas tiene un efecto significativo en el desarrollo del daño acumulado por fatiga, haciendo aumentar la intensidad de las isocurvas y logrando la congruencia con 7 de los 12 casos. Pequeños aumentos de la sección transversal y de la cuantía longitudinal de las columnas mostraron tener también un efecto sustancial, haciendo que las isocurvas disminuyan su magnitud a valores menores que 1 (i.e. no fractura del refuerzo) para todos los casos estudiados. Luego de haber corrido varios casos para evaluar la sensibilidad del Índice de Daño ante la variación de parámetros estructurales, se concluyó que la variable con mayor impacto para controlar el daño acumulado por fatiga durante un terremoto es el factor L/D, donde L es la longitud de restricción al pandeo y D es el diámetro de la barra. Cuando el factor L/D toma valores del orden de 6, esto es, la cuarta parte de lo observado en Ciudad de México, los niveles de deformación registrados en las columnas del primer piso del Modelo Prototipo no son suficientes para generar daño acumulado por fatiga, lo que es consistente con la ausencia de daños en edificios con detallamiento especial construidos en los años 70 y 80, sujetos a ambos terremotos y que no difieren más que en esta característica con los edificios dañados.