Investigaciones sobre mecánica estructural para apoyar la normalización
| Autor | Artur Pinto |
| Cargo | ISIS- JRC |
Introducción
En el desarrollo de la investigación de apoyo al código existen algunos aspectos que deben destacarse. Primero, el propio producto final, es decir, la norma, debería proporcionar niveles de seguridad mínimos, o aún mejor, óptimos, para los ciudadanos y para los bienes. Segundo, las normas uniformes tienen un impacto económico evidente a través de su promoción de la competitividad de la industria europea en los mercados exteriores e interiores. Tercero, existen dos beneficios principales para llevar a cabo estos esfuerzos como parte de programas cooperativos de investigación: 1) el aumento de la probabilidad de conseguir acuerdos a altos niveles de toma de decisiones, y 2) la promoción de la comunidad científico/técnica europea, que está aprovechando la experiencia y los resultados de los proyectos cooperativos de investigación en los que participan diferentes instituciones e investigadores con instalaciones y experiencias que se complementan.
El Instituto de Informática de Sistemas y Seguridad (ISIS) tiene capacidad para utilizar su amplio conocimiento del riesgo público para prestar asesoría y apoyo independientes a las políticas europeas y para promover actividades cooperativas de investigación. En la actualidad, la Unidad de Mecánica Estructural del Programa ISIS se dedica a la seguridad de edificios, medios de transporte y preservación del patrimonio cultural europeo. Algunos proyectos de investigación, en los que participan el ISIS y algunas universidades y laboratorios de investigación europeos para apoyar el Eurocódigo 8 recientemente implantado han clarificado problemas abiertos y han desarrollado propuestas que se encuentran actualmente en discusión para su aprobación en los Comités Técnicos del CEN. Con los fondos de sus presupuestos institucionales y competitivos el ISIS está preparando una nueva acción sobre técnicas innovadoras para reforzar las estructuras existentes. Este trabajo contribuirá también a la evaluación de la parte relevante del Eurocódigo 8.
La investigación realizada en el ISIS en el campo de la ingeniería sísmica implica trabajo experimental y de cálculo y se está llevando a cabo en proyectos cooperativos de investigación. Esta investigación es en efecto el área que tiene mayor relevancia directa para la normalización y la codificación (CEN-TC250). Pero además el instituto puede prestar apoyo en otras áreas en el campo de la mecánica estructural. Ejemplos de ello son los proyectos institucionales sobre Mejora Estructural de la Seguridad contra la Rotura de los Vehículos y de las Instalaciones de las Carreteras mediante Ensayos de Choque de Precisión y de Mecánica Informatizada Aplicada a la Seguridad Estructural. Además, los proyectos institucionales del ISIS sobre Tecnologías de la Información y Telemática Médica y Sanitaria han sido identificados como relevantes para una serie de Comités Técnicos del CEN.
Una instalación de ensayo única en una red europea cooperativa y coordinada y su relevancia para la industria
El Laboratorio Europeo de Evaluación de Estructuras (European Laboratory for Structural Assesment, ELSA) es especialmente relevante para los problemas de seguridad estructural, dispone de una de las mayores paredes de reacción del mundo y ha implantado un método de ensayo totalmente digitalizado, el método de ensayo pseudo-dinámico, capaz de realizar ensayos sísmicos en edificios y puentes a escala real (véase la figura 1).
Esta instalación única de ensayo y la experiencia existente se están aplicando al desarrollo de conceptos y de normas innovadores. Algunos ensayos de edificios y de puentes se han llevado a cabo (ECOEST-PREC8, 1977) en el marco del PREC8, un proyecto cooperativo de investigación para apoyar al Eurocódigo 8.
La instalación ELSA es miembro del consorcio europeo de instalaciones de ensayo de ingeniería sísmica (ECOEST2) en el que se agrupan conjuntamente ELSA y algunos laboratorios europeos de ensayos de vibración localizados en Bristol, Atenas, París, Bérgamo y Lisboa (Severn, 1998).
En la actualidad se está realizando en estas instalaciones experimentales un programa de investigación a gran escala centrado en Métodos y Conceptos Innovadores de Diseño Sísmico, desarrollado en el marco de la red de investigación ICONS (Pinto, 1996). Su objetivo es prestar una contribución significativa a la actualización y aplicación del Eurocódigo 8, lo que aumentará la competitividad de la industria europea de diseño y construcción en áreas propensas a los movimientos sísmicos. En el ELSA se ensayarán tres modelos completos a gran escala de edificios y de montajes para investigar: a) soluciones y técnicas de reacondicionamiento adecuadas para edificios existentes, construidos sin las características apropiadas de resistencia sísmica, b) métodos de diseño innovadores para conseguir estructuras seguras y más económicas y c) diseño y detalle de paredes angulares de hormigón armado de sección no rectangular (paredes en U y paredes en L) (Pinto, 1998).
El laboratorio ELSA está abierto también a la industria europea para desarrollar y evaluar nuevos métodos y tecnologías de construcción/ refuerzo. Además, las autoridades nacionales y regionales pueden aprovechar esta instalación única, tal como ha ocurrido en el campo de los monumentos, en el que se han implicado la región de Sicilia y la Dirección General de Monumentos de Portugal.
Investigación competitiva pre-normativa para apoyar el Eurocódigo 8
El laboratorio ELSA y cuatro instituciones europeas han concluido recientemente un proyecto competitivo pre-normativo de investigación, auspiciado por la DG-III, sobre la evaluación sísmica de estructuras, centrado en estructuras de materiales compuestos (hormigón armado) y edificios de estructura de hormigón reforzado con paños de ladrillo. De hecho, existía una falta de datos y de fundamentos científicos sólidos para el diseño de estructuras con relleno, con consideración explícita de los efectos de las paredes rellenas así como para el diseño de estructuras de materiales compuestos tales como las que se conciben en Europa.
En lo que respecta a las estructuras con paneles rellenos, debe observarse que el diseño de estas estructuras de acuerdo con los códigos nacionales no considera los efectos de los paneles rellenos sobre la resistencia y las prestaciones de las estructuras armadas. Por otra parte, el Eurocódigo 8 es pionero en este campo e incluye cláusulas específicas aplicables a dichas estructuras.
El problema referente a las estructuras de materiales compuestos era aún más difícil. Se identificaron algunas lagunas en los conocimientos que requerían más investigaciones en el campo de las estructuras de materiales compuestos sometidas a cargas cíclicas. En especial, fue necesario investigar más a fondo el tema de la proporción y el detalle de los miembros y subconjuntos de materiales compuestos para obtener una disipación eficaz de la energía. Se espera que una base de datos tan rica sobre estructuras de materiales compuestos, así como el trabajo teórico desarrollado hasta ahora, puedan prestar una contribución significativa a la redacción del capítulo sobre estructuras de materiales compuestos del Eurocódigo 8, que deberá ser votado e incluido en la parte normativa de dicho código.
Actividad de investigación para el futuro próximo
Una nueva actividad institucional sobre protección antisísmica de estructuras del patrimonio civil y cultural, con fondos del Quinto Programa Marco, se enfocará sobre técnicas innovadoras para reforzar estructuras existentes (edificios y puentes) y sobre la evaluación de los riesgos sísmicos de las estructuras de los monumentos y el desarrollo de sistemas de protección adecuados.
Aquí deberían destacarse dos aspectos:
Uno es la experiencia de los terremotos recientes más intensos (por ejemplo, el de Northridge en 1995 y el de Kobe en 1997), que indican que debe concederse mayor importancia al refuerzo antisísmico de las estructuras existentes. De hecho, las causas principales de muertes y de daños graves fueron la falta de resistencia adecuada de los edificios construidos según los antiguos códigos de diseño.
El otro aspecto es la vulnerabilidad de las estructuras de los monumentos existentes, puesta en evidencia después de las crisis de los terremotos de Umbria/Marche de 1997 en Italia. Se produjeron daños graves en monumentos importantes como las iglesias de San Francisco de Asís y bellas ciudades antiguas quedaron totalmente destruidas por el seísmo.
Cuando se intenta encontrar una solución económica y técnica debe abordarse la mitigación eficaz de riesgos a través de un programa de investigación de proporciones adecuadas. Esto se definirá en función del desarrollo y de la evaluación de soluciones y de técnicas apropiadas para la protección antisísmica, incluyendo sistemas protectores tales como el aislamiento de la base, los mecanismos de disipación de energía cinética y el control activo. También se plantea la pregunta sobre la puesta en práctica efectiva de los hallazgos científicos y técnicos. La respuesta es muy simple: ante todo es necesario codificar los resultados de la investigación y traducirlos en medidas específicas para el diseño. Después, las autoridades locales, regionales, nacionales e internacionales así como las instituciones privadas o los particulares deberán esforzarse en la mayor medida posible para establecer y desarrollar programas de intervención.
Conclusión
La actividades de investigación del ISIS sobre la protección antisísmica de las estructuras del patrimonio civil y cultural que hemos presentado abarcan una amplia gama de aplicaciones y de objetivos. Sin embargo, el ámbito general de todos estos programas de investigación es contribuir al desarrollo y a la mejora de los códigos de diseño, especialmente el Euródigo 8 que es el código europeo de diseño para estructuras situadas en áreas propensas a los movimientos sísmicos. Ya hemos destacado las ventajas de un código uniforme en términos de seguridad y de impacto económico. También se han mencionado las dificultades para alcanzar un acuerdo en materias específicas relacionadas con las diferentes tradiciones de diseño y de construcción o sobre la confrontación de planteamientos de baja o de alta actividad sísmica. Ahora, el problema es cómo superar estas dificultades para abrir el camino.
Partiendo de la experiencia, estamos convencidos de que la clave del éxito reside en los proyectos cooperativos de investigación en los que participen equipos de diferentes países europeos, incluyendo también la colaboración internacional fuera de la UE. Los recientes acuerdos de cooperación en el campo de la investigación y en el tecnológico, firmados por la Comisión Europea y terceros países (por ejemplo, Japón, Estados Unidos y Australia), contribuirán seguramente a un planteamiento común más avanzado en estos campos. También los acuerdos de cooperación en el campo de la ingeniería sísmica, entre el JRC e institutos japoneses y americanos, contribuirán a un desarrollo efectivo de la cooperación internacional.
Además es necesaria una conexión más directa entre la investigación y los comités técnicos del CEN. A este respecto, el nuevo acuerdo establecido entre el JRC y el CEN/STAR tendrá seguramente un impacto positivo (JRC, 1998). Sin embargo, existen también algunos aspectos a los que deberíamos intentar enfrentarnos, tales como el apoyo financiero a los proyectos cooperativos, mencionado anteriormente, que implica a instituciones y a expertos nacionales además del JRC. La financiación de estas actividades, en un sentido amplio, considerada bajo un solo programa (Valor Añadido Europeo), podría dar lugar a acciones descoordinadas. Los fondos específicos de investigación, puestos a disposición sobre una base competitiva para estudios pre-normativos y co-normativos en apoyo de las normas europeas, podrían aliviar este problema.
Palabras clave
EUROCÓDIGOS, ensayos a gran escala, investigación pre-normativa, ensayos sísmicos, ensayos pseudodinámicos
Referencias
ECOEST-PREC8 Reports. Research Supported by the European Commission under its HCM , Human Capital and Mobility Programme. LNEC, Lisboa, 1997.
Severn, R., Earthquake Engineering - A European Group of Large-scale Facilities within the Training and Mobility of Researchers. European Commission, DG-XII. EUR 1845, 1998.
Pinto, A.V., & GM. CALVI. Ongoing and Future Research in Support of Eurocode 8. Proceedings of the 11th World Conference on Earthquake Engineering. Acapulco. Elsevier Science Inc., Nueva York 1996.
Pinto, A.V., Introduction to the European research projects in support of Eurocode 8. Proceedings of the 11th European Conference on Earthquake Engineering. Balkema, Rotterdam, ISBN: 90 5410 982 3, 1998.
JRC – CEN Agreement,1998.
Contacto
Artur V. Pinto, Centro Común de Investigación. ISIS-SSM
Tel.: +39 03 32 789 294, fax: +39 03 32 789 049, correo electrónico: artur.pinto@jrc.it
Sobre el autor
Artur Pinto obtuvo su doctorado en Ingeniería Estructural/Sísmica en la Universidad Técnica de Lisboa en 1998. Antes de incorporarse al JRC en 1988, ha sido Investigador en el Laboratorio Nacional de Ingeniería Civil de la Universidad Técnica de Lisboa y profesor ayudante invitado en dicha Universidad. En la actualidad es responsable de las actividades de diseño del ELSA en la Unidad de Seguridad en Mecánica Estructural del JRC, Instituto de Sistemas, Informática y Seguridad, en Ispra (Italia). Sus principales áreas de interés son: seguridad y comportamiento de estructuras (edificios, puentes y monumentos) frente a movimientos sísmicos, códigos de diseño y métodos de diseño innovadores para estructuras nuevas o ya existentes.
The IPTS Report, is the refereed techno-economic journal of the IPTS,edited by D. Kyriakou, published monthly in English, French, German and Spanish.
