El acero y los sismos

EL ACERO Y LOS SISMOS

DOS SEMANAS después del sismo del 19 de septiembre de 1985, el director del Instituto de Física, convocó a los investigadores a una reunión. Dijo lo siguiente: "La reconstrucción de la ciudad de México ha comenzado. Los investigadores tenemos la obligación de recopilar y procesar al máximo la información que está en las ruinas y creo que podemos proponer ideas que sirvan para mitigar los efectos de los sismos que seguramente vendrán en el futuro".

Jorge Flores, Octavio Novaro y Thomas Seligman físicos teóricos, se propusieron estudiar el fenómeno de propagación de ondas sísmicas, que un año más tarde se publicaría en Nature, una de las revistas científicas más prestigiadas del mundo. Otros se ofrecieron a estudiar el cemento, el agua, las radiaciones, etc. A los metalurgistas nos encargaron analizar el acero de las construcciones. Después de que la sesión hubo terminado, fuimos por seguetas, cizallas, guantes, cascos, batas y conseguimos las llaves de una de las camionetas de la UNAM. Esa misma tarde recorrimos la colonia Roma y sus alrededores. El panorama era desolador y el ambiente tenso. Mientras tomábamos muestras de varillas, discutíamos sobre las posibilidades de generar líneas de investigación que pudieran llevar a la proposición de acciones relevantes. La opción de investigación más obvia —investigar la resistencia mecánica del acero— difícilmente podría conducir a conclusiones claras. Por un lado las varillas en las últimas décadas se han producido en varios niveles de resistencia, de modo que los resultados tendrían que ser muy variables. A esto se sumaba que los trozos de varilla expuestos al aire en las ruinas, accesibles para nosotros, estaban severamente deformados y consecuentemente sus propiedades mecánicas ya no eran las mismas que las de la varilla recién salida de la fábrica. La deformación puede endurecer el acero y hacerlo parecer menos dúctil. Además, el acero puede ser menos resistente si tiene grietas en su interior.

También se nos ocurrió explorar la forma de la fractura de las varillas. En un edificio en la calle de Fray Servando había muchas varillas fracturadas. El edificio había sufrido un colapso completo. Todos los pisos, doce aproximadamente, estaban empalmados uno encima del otro. Las columnas que sostenían a los pisos quedaron erguidas y las varillas que amarraban a los pisos con las columnas estaban expuestas y fracturadas. Pero el colapso no era necesariamente atribuible a las varillas rotas. Las varillas tenían la función de sostener la carga del piso que les correspondía. Si sobre un piso cae el de arriba el impacto puede superar cualquier previsión. ¿Por qué se desprendió el piso de arriba que seguramente inició el colapso? Pudo haber sido que las varillas, no hayan resistido lo debido; o que la cantidad de varilla fuese insuficiente; o que el cemento no desempeñó su papel; o que el sismo en ese lugar fue de una intensidad superior a la prevista en el diseño; en fin, puede haber muchas causas. Nada claro se podía decir allí en relación con la varilla.

Días después formamos las brigadas nuevamente. Esa vez fuimos al centro de la ciudad de México. Vimos al conjunto Pino Suárez en ruinas. Dos edificios quedaron en pie, algo inclinados, y uno se colapsó. Eran edificios de acero estructural, a diferencia de los de concreto reforzado, de donde habíamos obtenido muestras anteriormente. Estaban sostenidos por enormes columnas, de sección cuadrangular, que fueron construidas con placas de acero soldadas, de modo que a lo largo de las aristas subían los cordones de soldadura. En el edificio colapsado, las columnas se doblaron en zonas donde los cordones de la soldadura se abrieron. En este lugar no pudimos tomar muestras porque estaban fuera de nuestro alcance. Se necesitaba equipo mayor para lograrlo.

De allí nos fuimos al edificio del Hospital Juárez que se derrumbó. La parte colonial del conjunto quedó en pie y se colapsó la unidad de doce pisos que se inauguró en 1970. A dos, semanas del sismo todavía había mucha actividad de rescate. Había por lo menos 300 petroleros de PEMEX, bien equipados, apoyados por muchos voluntarios, entre los que destacaban un grupo de Arquitectura de la UNAM. "Fíjense en las varillas de alto calibre, de diámetro grande" —sugirió uno de ellos. Efectivamente, la primera muestra que tomamos era de 38 mm de diámetro, la más gruesa que se fabrica, regularmente, en México. Un tramo de la varilla estaba expuesta, es decir, el concreto que había alrededor se había desmoronado.

Figura 39. Fractura de una varilla de grueso calibre en soldadura. La regla de oro de los buenos soldadores indica que la unión de dos piezas debe resultar más resistente que las piezas mismas. Si alguna fuerza de magnitud inesperada provocara la ruptura, la línea de fractura debería quedar fuera del área de la soldadura. Foto de Alfredo Sánchez y José Luis Albarrán

En un extremo la varilla estaba rota precisamente en una unión soldada (Figura 39). Esto nos llamó mucho la atención porque no debía ser. Cuando la estábamos examinando, uno de los rescatistas comentó que él había visto varias como ésa y nos dimos a la tarea de tratar de encontrarlas. No fue fácil encontrar uniones soldadas en aquel mar de escombros.

Regresamos al Instituto de Física entrada ya la noche y para entonces teníamos por fin el hilo conductor de nuestro trabajo: la soldadura de los aceros de refuerzo. El tema es crítico. Las soldaduras de los aceros de refuerzo son de alta relevancia para los especialistas. En su diseño, las estructuras de concreto se consideran como un monolito. El análisis estructural parte de la premisa de que la resistencia a las cargas y a las fuerzas externas de todos los elementos, columnas y trabes, actúa como una unidad. Claro que, por razones prácticas, la estructura real de un edificio se construye por partes. Sin embargo, un aspecto importantísimo de la técnica de construcción es lograr el comportamiento monolítico de la estructura acabada. Así como es imposible colar toda la estructura de concreto de manera continua, así las uniones de las varillas son inevitables.

La unión de varillas puede hacerse de manera mecánica, con varios tipos de traslapes o abrazaderas, o por soldadura. Cuando se unen varillas delgadas se recurre frecuentemente al traslape, que usan mucho los albañiles en construcciones pequeñas. En edificios grandes se emplean las varillas más gruesas que, como la técnica indica, ya no pueden traslaparse y se unen con mucha frecuencia mediante la soldadura de arco eléctrico.

La soldadura de arco eléctrico consiste en

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