Seismic vulnerability assessment of reinforced concrete buildings. Analysis of primary schools’ buildings of the southwestern Iberian Peninsula

Resumen

Los terremotos se encuentran entre los desastres naturales que han producido históricamente mayores daños y pérdidas de vidas humanas. La capacidad destructiva de un terremoto depende de su magnitud, la vulnerabilidad de las construcciones y la capacidad de recuperación de la población. Por tanto, para minimizar sus consecuencias, se debe mejorar la prevención y la resiliencia. De hecho, la minimización de los riesgos geológicos y geotécnicos debidos asociados a desastres naturales se ha convertido en uno de los principales retos de diversas políticas europeas y nacionales. Este interés se ha acrecentado debido a los efectos catastróficos de recientes terremotos sufridos en Europa. En este contexto, los análisis de vulnerabilidad sísmica rigurosos permiten mejorar el comportamiento de los edificios para así reducir el daño sísmico, las pérdidas humanas y el impacto económico de futuros eventos sísmicos. Esta tesis pretende dar respuesta a este problema centrándose en dos objetivos: i) evaluar la vulnerabilidad sísmica de los colegios de educación primaria de hormigón armado (HA) localizados en el suroeste de la península Ibérica, en particular, en la región Algarve-Huelva; ii) desarrollar métodos específicos de refuerzo sísmico para que los colegios mejoren su comportamiento sísmico y se reduzca el daño sísmico esperado. Este trabajo se ha centrado en estos edificios debido a su vulnerabilidad: i) una gran parte se construyó con estructura de HA antes de la entrada en vigor de códigos sísmicos restrictivos (presentan un diseño asísmico, materiales estructurales de baja calidad o bajos porcentajes de armadura, entre otros); ii) la considerable peligrosidad sísmica del área, caracterizada por terremotos lejanos de largo período de retorno y magnitud grande-muy grande; iii) la baja proporción de niños/adultos y el estrés postraumático y los trastornos que pueden sufrir los niños tras un terremoto. Para ello, en primer lugar, se ha analizado la peligrosidad sísmica de la zona Algarve-Huelva. Este estudio ha revelado que los códigos sísmicos de España y Portugal son considerablemente diferentes, sobre todo en el proceso de definición del espectro de respuesta. A continuación, se ha llevado a cabo la caracterización de los colegios de educación primaria ubicados en Huelva, trabajo que hasta la fecha no se había realizado. Posteriormente, se ha evaluado el comportamiento sísmico de los edificios mediante el método performance-based. La capacidad de las estructuras se ha obtenido mediante análisis estáticos no lineales. La seguridad sísmica se ha analizado a través de dos procedimientos: i) la obtención del daño local siguiendo el proceso establecido en el código sísmico europeo; y, ii) la definición del daño global mediante curvas de fragilidad. Según los resultados, una gran parte de los colegios fueron construidos con estructuras de HA y no cumplen con los requisitos de seguridad sísmica, siendo sísmicamente vulnerables. Para mejorar el comportamiento sísmico de los edificios, se han evaluado varias estrategias de refuerzo sísmico. Estas han sido seleccionados según el análisis del estado del arte. Se ha propuesto un método basado en un índice para seleccionar la solución más adecuada según la eficiencia, el coste económico y el impacto arquitectónico. Los resultados muestran que las estrategias basadas en la implementación cruces y diagonales de acero son las más rentables. Además, debido a la falta de información en los códigos sísmicos, se ha presentado un método para evaluar la ductilidad de las edificaciones existentes en España. Los análisis concluyen que los modelos con vigas de canto tienen un comportamiento sísmico mejor que el resto. Además, se concluyó que al mejorar la ductilidad se obtiene una mayor reducción del daño, obteniendo soluciones más óptimas. Por tanto, se ha evaluado la mejora de la ductilidad de los edificios considerando técnicas de refuerzo sísmico. Diferentes soluciones no invasivas se han considerado para no interferir con el uso normal de los mismos. Estas han sido comparadas mediante una ratio coste-beneficio. Finalmente, se han analizado los efectos de la interacción suelo-estructura. Se ha concluido que el suelo puede emporar el comportamiento sísmico de los edificios. Por tanto, deberían ser incluidos en futuros análisis de vulnerabilidad sísmica.