El papel del ingeniero estructural en las evaluaciones de estacionamientos

Visión general de la infraestructura de los estacionamientos y el papel de los ingenieros estructurales

Los estacionamientos de concreto reforzado son un componente crítico de la infraestructura urbana, que abordan la creciente necesidad de soluciones de estacionamiento eficientes debido a la urbanización y al aumento de la demanda vehicular. Los estacionamientos tienen un papel fundamental para garantizar la movilidad y la accesibilidad de las personas en áreas urbanas, lo cual es especialmente crucial a medida que las ciudades se expanden y la cantidad de vehículos en las calles aumenta. Las estructuras de estacionamiento diseñadas de manera eficiente y bien mantenidas contribuyen a la estética y la funcionalidad de los paisajes urbanos, optimizan el uso del terreno y apoyan las prácticas de desarrollo sostenible.

Por lo general, los estacionamientos son susceptibles a varios mecanismos de deterioro a lo largo de tiempo debido a la exposición a condiciones extremas, uso y mantenimiento inadecuado. En regiones de clima frío como Canadá, los estacionamientos están expuestos a sales antihielo que aceleran la velocidad de corrosión del acero y los ciclos de congelación y descongelación, lo que compromete la integridad estructural.

La durabilidad de los estacionamientos depende principalmente de la calidad de su diseño, construcción y mantenimiento continuo. Los ingenieros estructurales desempeñan un papel significativo a la hora de evaluar su condición, garantizar su seguridad e identificar posibles problemas antes de que se produzca una falla catastrófica.

Este informe explica las principales responsabilidades, metodologías, componentes clave, métodos de reparación y la importancia de los ingenieros estructurales en la evaluación de los estacionamientos.

Elementos estructurales esenciales de los estacionamientos de varios niveles

Para entender la causa del deterioro en los estacionamientos, es esencial entender los componentes de los estacionamientos de varios niveles. Un estacionamiento de varios niveles típico comprende lo siguiente:

• Elementos estructurales. Los estacionamientos de varios niveles comprenden principalmente lo siguiente:
  • Columnas y vigas. Son los componentes estructurales primarios que soportan el peso de la estructura y transfieren la carga a los cimientos.
  • Losas. Una losa de concreto reforzada con barras de acero forma la superficie de conducción. Debe soportar cargas vehiculares, factores ambientales y posibles fuerzas de impacto.
  • Losa a nivel del suelo. Una losa de concreto colocada directamente sobre el suelo y, por lo general, reforzada con malla de alambre soldada.
  • Rampas y escaleras. Las rampas y escaleras facilitan el movimiento de los vehículos y los peatones entre los niveles de estacionamiento.
• Sistemas de ventilación e iluminación. Los sistemas de ventilación e iluminación adecuados son fundamentales para mantener la calidad del aire, la visibilidad y la comodidad de los usuarios en las estructuras de estacionamiento. La ventilación adecuada ayuda a mitigar los contaminantes del aire, mientras que la iluminación adecuada mejora la visibilidad y la seguridad para los usuarios.
• Un sistema de drenaje. Se instala un sistema de drenaje efectivo para controlar el agua de lluvia y evitar las inundaciones en el estacionamiento subterráneo.
• Un sistema de impermeabilización. Se utilizan selladores y revestimientos para pisos como sistemas de impermeabilización en los estacionamientos para prevenir la infiltración de agua.
• Juntas de expansión. Se utilizan juntas de estanqueidad para controlar el movimiento térmico del estacionamiento.

Deterioro del concreto de las estructuras de estacionamiento

El deterioro del concreto en las estructuras de estacionamiento puede ocurrir debido a numerosos factores, y abordar estos problemas es fundamental para mantener la integridad estructural y la seguridad de la instalación. Algunas de las causas comunes del deterioro del concreto en los estacionamientos incluyen las siguientes:

• Corrosión de los refuerzos. La corrosión de los refuerzos de acero ocurre debido al uso de sales antihielo durante la temporada de frío para derretir el hielo. La exposición a la humedad y a los iones de cloruro en entornos subterráneos puede acelerar la corrosión de los refuerzos de acero empotrados en estructuras de estacionamiento. La expansión inducida por la corrosión genera fisuras, grietas y pérdida de integridad estructural.
• Ciclos de congelación y descongelación. En regiones frías, los ciclos de congelación y descongelación hacen que el agua atrapada en los poros del concreto se expanda, lo que da por resultado fisuras, deterioro de la superficie y el debilitamiento estructural con el tiempo. Las mezclas de concreto celular con aire ocluido y los sistemas de drenaje adecuados ayudan a mitigar el daño por congelación y descongelación.
• Abrasión y desgaste. El tránsito vehicular constante y la abrasión de los neumáticos desgastan las superficies de concreto, lo que genera el deterioro de la superficie y la pérdida de resistencia al deslizamiento. Las mezclas de concreto duradero, los endurecedores de superficies y el mantenimiento regular de los carriles de circulación ayudan a minimizar la abrasión y el desgaste.
• Ataque químico. La exposición a sustancias químicas agresivas como el aceite, el combustible o los contaminantes de los vehículos pueden degradar químicamente el concreto y generar erosión superficial, fisuras y pérdida de resistencia. Los revestimientos protectores, las mezclas de concreto resistente a los químicos y los sistemas de ventilación adecuados son medidas de prevención eficaces.
• Falta de mantenimiento. Descuidar el mantenimiento de rutina exacerba los problemas existentes y conduce al deterioro acelerado.
• Daños físicos. Los daños por impacto debido al impacto físico de vehículos o equipos generan daños localizados en el concreto.
• Infiltración de agua. Las juntas y fisuras mal selladas y los sistemas de impermeabilización inadecuados permiten que el agua ingrese en la infraestructura, lo que favorece la corrosión, el daño por congelación y descongelación y las reacciones químicas dentro de la matriz de concreto.

Métodos comunes para evaluar la integridad estructural de los estacionamientos

La investigación del concreto en las estructuras de estacionamiento es fundamental para evaluar la integridad estructural, identificar problemas de deterioro y planificar estrategias de reparación y mantenimiento eficaces. Los siguientes son algunos métodos comunes utilizados en el campo:

• Inspección visual. El examen visual continúa siendo la técnica de inspección inicial y más fundamental. Consiste en evaluar visualmente las superficies de concreto en busca de signos de deterioro, incluidas fisuras, grietas, delaminación y defectos en la superficie. La inspección visual brinda información valiosa sobre posibles áreas de deterioro y orienta la investigación ulterior.
• Pruebas no destructivas (NDT). Se utilizan diversas técnicas para detectar falencias en el subsuelo sin dañar la estructura. Algunas de estas técnicas incluyen:
  • Pruebas de ultrasonido (UT). Las pruebas de ultrasonido utilizan ondas sonoras de alta frecuencia para evaluar el espesor del concreto, detectar vacíos y localizar defectos internos como fisuras y huecos. Proporcionan información detallada sobre la condición de los elementos del concreto sin causar daños en la estructura.
  • Pruebas de rebote con martillo. Las pruebas de rebote con martillo miden la dureza de la superficie del concreto al golpearla con un martillo con resorte y medir la velocidad de rebote. Esta prueba proporciona una indicación de la resistencia del concreto y ayuda a identificar las áreas de deterioro.
  • Radar de penetración del suelo (GPR). El GPR utiliza ondas electromagnéticas para detectar variaciones en los materiales del subsuelo, como el espesor del concreto, la ubicación de los refuerzos y la presencia de huecos o anomalías. Es útil para ubicar objetos empotrados y evaluar las condiciones del concreto debajo de la superficie.
  • Prueba de potencial de semicelda. La prueba de potencial de semicelda evalúa la probabilidad de corrosión de los refuerzos midiendo la diferencia del potencial eléctrico entre los refuerzos de acero empotrados y un electrodo de referencia. Ayuda a identificar áreas en riesgo de corrosión y priorizar los esfuerzos de mantenimiento.
  • Mapeo de corrosión. Las técnicas de mapeo de corrosión, como el mapeo de resistividad eléctrica y el mapeo de potencial de corrosión, se utilizan para visualizar y cuantificar la actividad de corrosión dentro de las estructuras de concreto. Estas técnicas proporcionan datos valiosos para priorizar las actividades de reparación y mantenimiento y evaluar la efectividad de las medidas de mitigación de la corrosión.
  • Muestreo de testigos de concreto. El muestreo de testigos de concreto consiste en perforar y extraer muestras de testigos cilíndricos de los elementos de concreto para hacer pruebas de laboratorio. Las muestras de testigos se analizan para evaluar la calidad del concreto la resistencia a la compresión, el contenido de iones de cloruro y otras propiedades relevantes. Esta información se utiliza para evaluar la condición estructural y el comportamiento de los elementos de concreto.
  • Análisis estructural. Se utilizan herramientas informáticas avanzadas para modelar la estructura y predecir su respuesta a varias tensiones.

Estrategias de mantenimiento y reparación de estacionamientos

La reparación y el mantenimiento de las estructuras de concreto son fundamentales para prolongar su vida útil y garantizar la seguridad. Las estrategias varían según el tipo de daño, los factores ambientales y los requisitos estructurales específicos. Las estrategias de reparación y mantenimiento comunes incluyen:

• Reparación del concreto. Abordar las áreas de deterioro del concreto a través del resanado, el sellado de fisuras y la reparación de grietas usando materiales de reparación adecuados como morteros de epoxi, concreto modificado con polímeros y morteros de reparación.
• Mitigación de la corrosión. Implementar sistemas de protección catódica, inhibidores de la corrosión, y revestimientos de superficie para mitigar la corrosión de los refuerzos y prolongar la vida útil de los elementos estructurales en estacionamientos de varios niveles y subterráneos.
• Mantenimiento de la impermeabilización. Inspeccionar y mantener periódicamente las membranas impermeabilizantes para asegurar la integridad y efectividad en la prevención de la infiltración de agua en las estructuras de estacionamiento.
• Mantenimiento de los sistemas de drenaje. Limpiar y mantener los drenajes del suelo, bombas de sumidero y los canales de drenaje para evitar la acumulación de agua y garantizar el drenaje adecuado dentro de los estacionamientos de varios niveles y subterráneos.

Incidente de derrumbe en un estacionamiento y el papel de los ingenieros estructurales

En abril de 2010, se produjo un derrumbe parcial del estacionamiento de un edificio en Kingston, Ontario (el edificio), lo que provocó extensos daños estructurales. El edificio consistía en un hotel de seis pisos y dos estacionamientos subterráneos. El incidente ocurrió cuando el nivel superior de la estructura de estacionamiento subterráneo de dos pisos se derrumbó, y aplastó el nivel inferior y dañó los autos (Figura 1). Aunque no se informaron lesiones, el derrumbe puso de manifiesto problemas graves con la integridad estructural y el mantenimiento del garaje. Las investigaciones revelaron múltiples factores que dieron lugar a la falla catastrófica, incluidos los siguientes:

1. Deterioro del concreto. Con el tiempo, la exposición ambiental a sales antihielo debilitó gravemente la estructura de concreto. Las sales penetraron las superficies de concreto y aceleraron la corrosión de los refuerzos de acero. Las inspecciones insuficientes y la falta de mantenimiento oportuno permitieron que las fisuras se propagaran, lo que aceleró aún más la corrosión de los refuerzos de acero y socavó la integridad estructural de la losa de concreto (Figuras 2 y 3).
2. Sobrecarga durante el mantenimiento. La repavimentación de la estructura del estacionamiento agregó carga adicional a la estructura en peligro, lo que probablemente exigió al garaje por encima de su capacidad de carga y causó la falla.
3. Penetración de agua y humedad. La repetición de ciclos de congelación y descongelación causados por la infiltración de agua en las fisuras exacerbó el deterioro. La humedad se expandió dentro del concreto durante la congelación, lo que dio lugar a más fisuras y pérdida de material.

Figura 1: Derrumbe del nivel superior del estacionamiento subterráneo.

Figura 2: Primer plano de la conexión entre columna y losa muestra la corrosión del acero corrugado de refuerzo.

Figura 3: Primer plano de la parte inferior de la losa de concreto muestra la grave corrosión del acero corrugado de refuerzo.

Papeles del ingeniero estructural

Se informó que un ingeniero estructural que se hospedaba en el hotel advirtió al propietario de los graves problemas estructurales del estacionamiento antes de su derrumbe. El ingeniero destacó el riesgo que representaba el deterioro del concreto. Los ingenieros tienen la obligación profesional de informar daños estructurales inminentes a las autoridades si consideran que la seguridad pública está en riesgo. Esta obligación se destaca en el código de ética de la ingeniería y en las obligaciones legales, que dan prioridad al bienestar y la seguridad públicos. Si el dueño de la propiedad no toma medidas oportunas o el riesgo es inmediato, el ingeniero puede tener la obligación legal de denunciar el problema a las autoridades correspondientes, incluido el Ministerio de Trabajo.

Tras el derrumbe del estacionamiento subterráneo, los huéspedes y el personal fueron evacuados de inmediato. Los ingenieros estructurales desempeñaron un papel crucial en la respuesta al derrumbe del estacionamiento. Su responsabilidad incluyó:

• Evaluación de daños. Los ingenieros estructurales realizaron inspecciones y evaluaciones de seguridad detalladas para determinar el grado de los daños estructurales en el garaje y su impacto en la estabilidad de los niveles superiores del edificio. Esto fue esencial para garantizar la seguridad de los equipos de respuesta a emergencias y orientar los esfuerzos de reparación.
• Planificación de la estabilización. Los ingenieros estructurales desarrollaron un plan para estabilizar el edificio, incluido el uso de gatos de apuntalamiento para asegurar la estructura (Figuras 1 y 2). Esto permitió el acceso seguro para los trabajadores y evitó otros derrumbes durante la remoción de los escombros y los vehículos.
• Sujeción de vehículos. Los ingenieros estructurales aportaron soluciones, como el espumado de los vehículos suspendidos en su lugar, para evitar desplazamientos adicionales de la carga o daños estructurales durante la remoción.
• Diseño de las reparaciones. Los ingenieros estructurales colaboraron con los contratistas para crear e implementar un plan de reparación. Esto incluyó la remoción del concreto dañado y la instalación de una nueva estructura de garaje dentro del edificio existente.
• Coordinación de la normativa. Los ingenieros estructurales colaboraron estrechamente con el Ministerio de Trabajo y la ciudad de Kingston, presentando planes de trabajo de ingeniería diarios y garantizando el cumplimiento de las normas de seguridad.

Conclusión: Cómo pueden ayudar los ingenieros estructurales

Los ingenieros estructurales son indispensables para garantizar la seguridad y la funcionalidad de los estacionamientos. Mediante una evaluación exhaustiva, incluidas inspecciones visuales, pruebas no destructivas y detecciones de corrosión, los ingenieros estructurales identifican posibles riesgos y ofrecen recomendaciones prácticas de reparación y mantenimiento. El papel de los ingenieros estructurales no solo es fundamental para extender la vida útil de los estacionamientos sino también para garantizar la seguridad del público y evitar fallas catastróficas. Las inspecciones regulares y las estrategias de mantenimiento proactivo son esenciales para mantener la integridad de las estructuras de los estacionamientos.

Reconocimientos

Le agradecemos a nuestro colega Luaay Hussein, PhD, PMP, P.Eng., por aportar su conocimiento y experiencia, que fueron de gran ayuda en esta investigación.

El Dr. Luaay Hussein es ingeniero sénior en la práctica de Arquitectura e Ingeniería Forense de J.S. Held. Es un perito calificado en ingeniería civil/estructural, especializado en la investigación forense de reclamos/litigios de construcción complejos, la evaluación del estándares de cuidado y el análisis de la causa raíz, y cuenta con más de 20 años de experiencia en la planificación, el diseño y la dirección de la construcción y el mantenimiento de estructuras de concreto, acero y madera (edificios comerciales y residenciales de gran altura, puentes, piscinas, playas de estacionamiento) e infraestructuras de calzadas. El Dr. Hussein también tiene una vasta experiencia en el manejo de diferentes proyectos de ingeniería y el análisis detallado de presupuestos, rendimiento y revisiones del proyecto. Además, tiene experiencia en investigación forense, análisis de fallas estructurales, rehabilitación de edificios, pérdidas comerciales a gran escala, pérdidas industriales, sistemas de construcción y análisis de tensiones usando el modelado de elementos finitos. El Dr. Hussein tiene un conocimiento integral de las normas y códigos de diseño (OBC, NBC, ACI, CSA, AISC).

Se puede contactar al Dr. Hussein escribiendo a [email protected] o llamando al +1 647 638 3851.