El concepto de Uniandes sobre el caso Space

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A juicio de los especialistas y expertos de la Universidad de los Andes, la estructura del edificio SPACE, de haberse diseñado cumpliendo la totalidad de los requisitos aplicables de la Ley 400 de 1997, no hubiese manifestado el colapso que presentó en las condiciones impuestas. 

El día 12 de octubre de 2013 a las 20:20 horas se reportó el colapso de una parte del Edificio Space ubicado en la Carrera 24 D # 10 E -120 en la ciudad de Medellín.

El conjunto residencial Space fue gerenciado y construido por la constructora Lérida CDO. El ingeniero calculista de este proyecto fue el Ing. Jorge Aristizábal Ochoa. La construcción del conjunto residencial se llevó a cabo durante 6 etapas diferentes, sin embargo se realizó la solicitud de licenciamiento para un solo edificio. Las 6 etapas presentan diferente número de pisos entre sí, siendo la última (Etapa 6) la de mayor altura, con un total de 23 pisos y 4 sótanos (2 Niveles de parqueadero y 2 Niveles de zona social) y fue la que presentó colapso total el 12 de octubre de 2013.

 La Etapa 6 del conjunto Space, tras presentar notorios problemas estructurales,  fue evacuada el día viernes 11 de octubre de 2013 en horas de la mañana. La observación de los problemas estructurales y posterior decisión de evacuación estuvo a cargo del Departamento Administrativo de Gestión del Riesgo de Desastres (DAGRD). Posteriormente, la edificación colapsó el día 12 de octubre de 2013, evento donde murieron 12 personas dentro de las cuales la mayoría eran trabajadores que se encontraban realizando trabajos de intervención a la estructura del edificio.

La alcaldía de Medellín solicitó a la Facultad de ingeniería de la universidad de los Andes realizar los estudios, evaluaciones, diagnósticos y recomendaciones pertinentes, en cuatro fases: 1) Elaboración de un concepto técnico sobre el edificio Space en relación con el cumplimiento o no de las normas técnicas legales aplicables a los procesos de diseño y construcción de la cimentación, estructura y elementos no estructurales. 2) Elaboración de un concepto, respaldado por expertos internacionales, sobre la conceptualización general del proyecto, las principales deficiencias y problemas que presentó a la luz del estado del arte del conocimiento y de la práctica mundial aplicable.  3)  Realización de los estudios técnicos de detalle, requeridos para conceptuar sobre las causas más probables del colapso de la Etapa 6 del edificio Space. 4) Realización de los estudios, evaluaciones, diagnósticos y recomendaciones en relación con las edificaciones Continental Towers y Asensi para las cuales la Alcaldía requirió un concepto técnico para efectos de toma de decisiones relacionadas con la seguridad y funcionalidad de las mismas.

A continuación se presentan los diferentes conceptos y hallazgos de las fases 1 a 3 del estudio realizado por la Universidad de Los Andes:

FASE 1- CUMPLIMIENTO DE LAS NORMAS TECNICAS LEGALES APLICABLES :

Con base en la documentación técnica entregada por la Alcaldía y en los análisis y evaluaciones realizados, se plantearon los siguientes conceptos técnicos básicos en relación al cumplimiento de las normas, técnicas legales aplicables en los procesos de diseño y construcción de la cimentación, estructura y elementos no-estructurales del proyecto del edificio SPACE de la ciudad de Medellín:

1. La norma aplicable para efectos de la evaluación de las condiciones estructurales del edificio Space de acuerdo con el documento registrado en la Curaduría Urbana No 2 de Medellín con fecha 01 de marzo de 2006, es la Ley 400 de 1997 y el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-98 (Decretos Reglamentarios 33 de1998 y 34 de 1999).

2. Para efectos estructurales y de sismo resistencia, el edificio Space constituido por las Etapas 1 a 6, debe considerarse como una sola edificación y una sola estructura de resistencia ante fuerzas gravitacionales y sísmicas horizontales.

3. El proyecto del edificio SPACE no cumplía con los siguientes requisitos básicos de la norma NSR-98:

  • Para efectos estructurales y de sismo resistencia el edificio Space constituido por las Etapas 1 a 6 debe considerarse como una sola edificación y una sola estructura de resistencia ante fuerzas gravitacionales y sísmicas horizontales.
  • El proyecto del edificio SPACE no cumplía con los siguientes requisitos básicos de la norma NSR-98
  • El literal A.1.5 que hace referencia a la información mínima que deben contener los planos estructurales y las memorias de cálculos.”
  • El literal A.3.2.2 que hace referencia a la necesidad de que toda edificación quede clasificada dentro de uno de los cuatro sistemas estructurales de resistencia sísmica permitidos.
  • Los literales A.3.4.2.1 y A.3.6.7 mediante los cuales se encuentra que los métodos de análisis sísmicos que se utilizan no están permitidos para esta edificación.”
  • El literal C.5.6.2.3 el cual establece los requerimientos mínimos de resistencia de las muestras de concreto ensayadas como parte del proceso de control de calidad en obra y con el literal C.5.6.4 que obliga a realizar una investigación de los resultados bajos de resistencia que se encuentren.
  • El literal C.3.5.3.1 mediante el cual se establece la resistencia mínima a la fluencia, que debe tener las barras corrugadas del acero de refuerzo de los elementos estructurales principales.
  • El literal C.9.5 que hace referencia a la rigidez mínima que deben tener las losas de entrepiso, para limitar las deflexiones, u otras deformaciones que puedan perjudicar la resistencia o el uso normal o funcionalidad de la estructura.
  • El literal C.10.3 y el B.2.4 que hacen referencia a las resistencias mínimas de diseño que deben tener los elementos estructurales principales, sometidos a fuerza axial y a fuerza axial y flexión combinadas, para las combinaciones de cargas gravitacionales solas.
  • Los literales A.6.4, C.10.3, B.2.4 y Capítulo C.21 en lo relacionado a la rigidez mínima ante cargas horizontales, a las resistencias mínimas de diseño que deben tener los elementos estructurales principales sometidos a fuerza axial y a fuerza axial y flexión combinadas, para las combinaciones de cargas que incluyen el sismo, y al nivel mínimo de detallamiento del acero de refuerzo que deben tener los elementos estructurales principales para un adecuado diseño sismoresistente.
  • El literal C.15.11 que hace referencia a los requisitos mínimos estructurales que deben cumplir las cimentaciones profundas tales como pilotes y “caissons” de concreto incluyendo las pilas de cimentación excavadas manualmente,, utilizadas en el proyecto.
  • Los literales H.2.2.2.1, H.3.4.2.1, y varios subliterales del H.4.1 y H.4.2, en relación a deficiencias en la información geotécnica, ausencia de cálculos de algunos elementos de las obras geotécnicas y ausencia de recomendaciones con respecto a la tolerancia de las cimentaciones.
  • Los literales K.3.3.3.2, K.3.4.2, K.3.6.5, K.3.7.2.1, K.3.7.2.2, K.3.8.1.2 y K.3.8.7.2 que hace referencia a los requisitos mínimos del diseño, construcción, localización, protección, disposición y mantenimiento de los elementos requeridos para que las zonas comunes de las edificaciones, puedan proporcionar medios de evacuación seguros en las edificaciones.

4. El proyecto del edificio SPACE incumplió los requisitos de la NSR-98 y por lo tanto presenta deficiencias graves en las condiciones estructurales y de sismo resistencia.

5. Considerando los graves incumplimientos en los requisitos básicos de la norma NSR- 9 y que el colapso de la Etapa 6, sumado a la demolición de la Etapa 5, modificaron sustancialmente la conceptualización original del edificio, eliminando elementos estructurales fundamentales que hubiesen permitido garantizar la estabilidad de la estructura en su conjunto o para cualquier parte de ella, se concluyó que la parte de la edificación que se mantenía en pie presentaba un alto riesgo de colapso.

 

FASE 2-CONCEPTO DE EXPERTOS INTERNACIONALES SOBRE LA CONCEPTUALIZACIÓN Y LAS PRINCIPALES DEFICIENCIAS DEL PROYECTO SPACE :

Para esta fase del proyecto se tuvo la colaboración de los siguientes expertos internacionales: Mete A. Sozen (Estructuras de Concreto), Anthony Fiorato (Concreto Reforzado) y Eduardo Alonso (Geotecnia). Adicionalmente se conto con la participación como experto nacional de Luis E. García.

Con base en los análisis realizados y que se presentan en la Fase 1 mediante el cual se presenta el concepto técnico sobre el edificio Space en relación al cumplimiento o no de las normas técnicas legales aplicables en los procesos de diseño y construcción de la cimentación, estructura y elementos no-estructurales se establecen las siguientes conclusiones con respecto a la conceptualización general del proyecto:

1. El proyecto planteado para la construcción del edificio SPACE no cumple con una serie de requerimientos básicos, establecidos en la normativa moderna para el diseño y construcción de edificaciones.

2. Los planos estructurales y las memorias de cálculos, no cumplen con los requerimientos de información mínima requerida, para definir adecuadamente el proyecto y para poder revisar de manera consistente el proyecto como tal.

3. La edificación no está claramente clasificada dentro de alguno de los sistemas estructurales de resistencia sísmica, usualmente utilizados por la normativa internacional.

4. Los parámetros de diseño sísmico, no están claramente establecidos ni definidos.

5. Los métodos de análisis sísmico y varias de las hipótesis de diseño, no están permitidas y no se justifican de manera adecuada.

6. La estructura presentó deficiencias fundamentales en su conceptualización tales como, alta irregularidad en planta, falta de redundancia estructural, placas de entrepiso de muy poca rigidez, ausencia de un diafragma rígido y falta de conectividad entre elementos estructurales principales a través del diafragma y elementos estructurales verticales deficientes, en términos de sección y de cantidad de refuerzo.

Adicionalmente a el proyecto del edificio SPACE presentó una serie de deficiencias y problemas, a la luz del estado del arte del conocimiento y de la práctica mundial aplicable. Para efectos del análisis se utilizo el Reglamento NSR-98 y la norma ACI 318-95, la cual fue utilizada por las autoridades Colombianas como la base para la elaboración de los requerimientos, para estructuras de concreto reforzado contenidos en el Reglamento NSR-98. A continuación se describen las principales deficiencias y problemas que se presentaron en el edificio SPACE:

1. No todas las muestras de concreto ensayadas dentro del plan de control de calidad, durante la construcción del edificio, cumplen con los requisitos de resistencia mínima especificada y no se encuentra evidencia de que se hayan tomado las medidas necesarias, para asegurar que la capacidad de la estructura no se haya comprometido.

2. Las losas de entrepiso no cuentan con la rigidez mínima requerida para limitar las deflexiones, u otras deformaciones, que puedan perjudicar la resistencia, el uso normal o funcionalidad de la estructura.

3. El análisis básico de las cargas gravitacionales, indica que las fuerzas últimas actuantes en los elementos estructurales principales, son superiores a las correspondientes capacidades o resistencias de diseño de los elementos. Esto significa, que el diseño estructural planteado para el edificio SPACE, no cumple con los requisitos mínimos de capacidad de carga y por lo tanto, de seguridad ante las cargas gravitacionales solas.

4. El análisis básico para cargas sísmicas horizontales permite establecer que el diseño estructural planteado para el edificio Space, no cumple con requisitos básicos de diseño tales como derivas máximas admisibles, capacidad de los elementos estructurales principales para resistir la combinación de cargas gravitacionales y sísmicas impuestas, el nivel de detallamiento y disposición del acero de refuerzo interno en los elementos estructurales verticales.

5.De acuerdo con lo anterior, la estructura del edificio es susceptible a altas deformaciones horizontales, presenta una deficiencia en la capacidad estructural, ante las cargas de diseño y tiene una limitada capacidad de deformación horizontal, ante la acción de las cargas sísmicas de diseño.

6. El análisis de los niveles de esfuerzos generados en las pilas de cimentación por las cargas gravitacionales, por la combinación de cargas gravitacionales y sísmicas, y del detallamiento del acero de refuerzo interno, en estos elementos resulta insuficiente para el nivel de cargas actuantes.

Como conclusión a lo anterior se estableció lo siguiente:

1. Para efectos estructurales y de sismo resistencia el edificio Space constituido por las Etapas 1 a 6 debe considerarse como una sola edificación y una sola estructura de resistencia ante fuerzas gravitacionales y sísmicas horizontales.

2. El proyecto del edificio SPACE no cumple con una serie de requisitos básicos de la normativa de diseño aplicable a la edificación y que corresponde a la NSR-98, la cual a su vez está basada en la norma ACI 318-95.

3. El proyecto del edificio SPACE incumple una serie de requisitos básicos de seguridad, resistencia y funcionalidad establecidos por la normativa y por lo tanto presenta deficiencias graves en las condiciones estructurales y de sismo resistencia.

 

FASE 3- CAUSAS MAS PROBABLES DEL COLAPSO DE LA ETAPA 6 DEL EDIFICIO SPACE

Teniendo en cuenta la información disponible y los diferentes análisis realizados en este estudio, se puede concluir que el colapso de la Etapa 6 del edificio Space está asociado a una causa primaria o principal y a una serie de posibles factores detonantes que se explican a continuación.

La principal causa del colapso del edificio SPACE se encontró en la falta de capacidad estructural de las columnas principales de la edificación, para resistir las cargas actuantes debidas al peso propio de la estructura y a las cargas de servicio impuestas. En particular las columnas de los ejes R-3 y S-3 presentaron cargas actuantes que superaron sus capacidades en puntos críticos, por lo cual estas presentaron falla estructural por compresión los días 20 de febrero de 2013 y 11 de octubre de 2013, esta última un día antes del colapso de la edificación. La falta de capacidad estructural está asociada a una deficiencia en el dimensionamiento y diseño de las columnas.

En el edificio se registraron asentamientos diferenciales que están por encima de los valores admisibles establecidos por la normativa vigente. Las causas más probables de los altos asentamientos registrados se atribuyen a problemas presentados durante la construcción de las pilas de cimentación, para lo cual se tiene evidencia que al menos una de las pilas no quedó construida con las especificaciones establecidas en el diseño en relación al diámetro de la base. Al respecto no se encontraron advertencias o recomendaciones en los estudios sobre la posibilidad de problemas constructivos asociados a la presencia de aguas subterráneas y suelos inestables. A pesar de lo anterior no se considera que los asentamientos sean una causa principal del colapso por las siguientes tres razones:

  • Aún en condiciones de análisis sin ningún tipo de asentamientos, varias de las columnas de la edificación ya presentaban condiciones críticas de capacidad.
  • Las evaluaciones analíticas detalladas indican que aún de no haberse presentado los asentamientos diferenciales registrados, el edificio en su configuración original presentaba un alto riesgo de colapso ante las cargas sísmicas de diseño o ante una eventual falla frágil por flujo plástico acelerado de las columnas críticas sometidas a altas cargas axiales.
  • El análisis demuestra que de haberse diseñado y construido las columnas cumpliendo con los requisitos mínimos de las NSR-98 correspondientes a la capacidad axial de carga, estas hubiesen tenido la capacidad de resistir las cargas axiales asociadas a dicha situación, aun considerando la ocurrencia de los asentamientos diferenciales registrados.

En relación al incumplimiento en las resistencias mínimas especificadas para el concreto según los ensayos de control de calidad en obra no se considera que este sea un factor determinante en el colapso de la edificación debido principalmente a las siguientes dos razones:

  • Aún en condiciones de análisis que suponga que la totalidad de las resistencias de los concretos hubiesen estado por encima del valor especificado por el diseñador, varias de las columnas del edificio presentaban condiciones críticas de capacidad.
  • El análisis demuestra que de haberse diseñado y construido las columnas cumpliendo los requisitos mínimos de las NSR-98 correspondientes a la capacidad axial de carga, dicha columna hubiese tenido la capacidad de resistir las cargas axiales actuantes, aún si las resistencias del concreto de dichas columnas hubiesen presentado valores deficientes en los rangos inferiores de los valores encontrados en los ensayos de control de calidad.

De acuerdo con los análisis efectuados y teniendo en cuenta las conclusiones presentadas, se considera que el colapso de la edificación se produjo por la ocurrencia de las siguientes circunstancias detonantes:

  • Los efectos de la redistribución progresiva de cargas y las altas excentricidades generadas por los asentamientos diferenciales registrados en la edificación y por la falla de la columna S3.
  • Los altos niveles de esfuerzo en elementos estructurales principales como las columnas lo cual conlleva a problemas de deformación excesiva por flujo plástico y a la posibilidad de la falla frágil anticipada de estos elementos.
  • Los trabajos de intervención estructural que se estaban realizando en la noche de 11 de octubre de 2013 en los cuales se evidenció la instalación de elementos de refuerzo metálicos, la intervención en los elementos estructurales críticos y la eventual eliminación de muros de mampostería adyacentes a la columna fallada.
  • La eventual falla a cortante de las vigas principales del edificio en los niveles críticos y/o la falla a compresión de los muros de mampostería ante la redistribución de cargas que se generó a consecuencia de los asentamientos diferenciales reportados y a la falla de la columna del eje S3.

A juicio de los especialistas y expertos de la Universidad de los Andes, la estructura del edificio SPACE, de haberse diseñado cumpliendo la totalidad de los requisitos aplicables de la Ley 400 de 1997 y sus decretos reglametarios (NSR-98), la Etapa 6 no hubiese presentado el colapso que presentó en las condiciones impuestas.  

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