Determinación de la Severidad de los Daños

En construcción.

Análisis para la Determinación de la Severidad de Daños en Estructuras Metálicas: Guía para el Mantenimiento y Reparación en Colombia

Utilización de Criterios de Clasificación de Daños

La determinación precisa de la severidad de los daños en estructuras metálicas es un paso crucial en el proceso de mantenimiento y reparación. Este proceso implica una evaluación sistemática y detallada de cada daño identificado, utilizando criterios de clasificación predefinidos. Estos criterios, a menudo, se basan en normativas técnicas, tanto nacionales (en Colombia, por ejemplo, las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, y las normas del Instituto Nacional de Vías, INVIAS) como internacionales (AISC, AWS, ASTM, entre otras), así como en la experiencia y el juicio profesional de los ingenieros y técnicos involucrados.

Los criterios de clasificación de daños deben ser integrales y abarcar una amplia gama de posibles defectos. Algunos de los criterios más comunes incluyen:

Tipo de daño: Se clasifica el daño según su naturaleza. Esto puede incluir corrosión (uniforme, localizada, por picaduras, etc.), deformación (pandeo, abolladuras, alabeo, etc.), fisuras (transversales, longitudinales, en la soldadura, en el metal base, etc.), desgaste (abrasión, erosión, fatiga, etc.), daños por impacto (golpes, perforaciones, etc.), y defectos de fabricación (falta de fusión, porosidad, inclusiones, etc.).
Extensión del daño: Se evalúa la magnitud del daño en términos de su tamaño, área o longitud afectada. Por ejemplo, se puede medir la profundidad de la corrosión, la longitud de una fisura, o el área de una abolladura.
Ubicación del daño: La ubicación del daño en la estructura es crítica. Un daño en un elemento principal (vigas, columnas, conexiones) es generalmente más severo que un daño en un elemento secundario (barandas, pasamanos). La ubicación también influye en la accesibilidad para la reparación.
Profundidad del daño: En casos como la corrosión o las fisuras, la profundidad del daño es un factor determinante. Una fisura superficial puede ser menos preocupante que una fisura que penetra una parte significativa del espesor del material.
Condiciones ambientales: Se consideran las condiciones ambientales a las que está expuesta la estructura, ya que estas pueden acelerar el deterioro. En Bogotá, por ejemplo, la contaminación y la humedad pueden contribuir a la corrosión.

Ejemplo de Clasificación Cualitativa

Una forma común de clasificar la severidad es mediante una escala cualitativa, como la siguiente:

Leve: El daño no compromete la capacidad estructural ni la funcionalidad de la estructura. Puede requerir solo reparaciones menores o monitoreo.
Moderado: El daño afecta la capacidad estructural o la funcionalidad de la estructura, pero no representa un riesgo inmediato de colapso. Requiere reparación en un plazo razonable.
Severo: El daño compromete significativamente la capacidad estructural o la funcionalidad de la estructura, y existe un riesgo potencial de colapso. Requiere reparación inmediata.
Crítico: El daño ha causado una falla parcial o total de la estructura, o representa un riesgo inminente de colapso. Requiere intervención urgente.

Ejemplo de Clasificación Cuantitativa

Otra aproximación es la utilización de escalas cuantitativas, como el uso del porcentaje de reducción de área de sección debido a corrosión, la profundidad de la penetración de fisuras en mm, la longitud de una grieta en mm, entre otros, que permite establecer umbrales numéricos para definir el grado de severidad. Por ejemplo:

Corrosión leve: Pérdida de sección transversal menor al 5%.
Corrosión moderada: Pérdida de sección transversal entre el 5% y el 20%.
Corrosión severa: Pérdida de sección transversal entre el 20% y 50%.
Corrosión crítica: Pérdida de sección transversal mayor al 50%

Estos rangos pueden ser ajustados a las características específicas de la estructura.

Evaluación del Impacto de los Daños en la Seguridad

Una vez clasificado el daño, es fundamental evaluar su impacto en la seguridad de la estructura. Esto implica analizar cómo el daño afecta la capacidad de la estructura para resistir las cargas a las que está sometida (peso propio, cargas vivas, viento, sismo, etc.). Se deben considerar los siguientes aspectos:

Reducción de la capacidad resistente: Se evalúa si el daño ha reducido la resistencia de los elementos estructurales. Por ejemplo, la corrosión reduce el área efectiva de la sección transversal, disminuyendo su capacidad para soportar cargas. Las fisuras pueden propagarse y conducir a una falla frágil.
Alteración de la distribución de esfuerzos: El daño puede alterar la forma en que se distribuyen los esfuerzos dentro de la estructura. Esto puede generar concentraciones de esfuerzos en zonas debilitadas, aumentando el riesgo de falla.
Riesgo de colapso: Se evalúa el riesgo de colapso parcial o total de la estructura debido al daño. Esto es especialmente crítico en casos de daños severos o críticos.
Estabilidad global: Se analiza si el daño compromete la estabilidad global de la estructura. Por ejemplo, el pandeo de una columna puede afectar la estabilidad de todo el edificio.
Cumplimiento normativo: En Colombia, se debe verificar que la estructura, con el daño presente, aún cumpla con los requisitos de seguridad establecidos en la NSR-10 y otras normativas aplicables.

Análisis Estructural

En muchos casos, la evaluación del impacto en la seguridad requerirá un análisis estructural detallado. Este análisis puede realizarse mediante métodos manuales (para casos simples) o utilizando software de análisis estructural (para casos más complejos). El análisis debe considerar el daño como una condición de carga adicional o como una modificación de las propiedades de los materiales.

Un Ingeniero Estructural, es el profesional capacitado, idoneo y con experiencia, para realizar este tipo de análisis.

Consideraciones Específicas para Bogotá

En Bogotá, se deben tener en cuenta las condiciones sísmicas de la ciudad. La NSR-10 establece requisitos específicos para el diseño sismo resistente de estructuras. El daño en elementos sismo resistentes (pórticos, muros estructurales, diagonales) debe evaluarse con especial cuidado.

Evaluación del Impacto de los Daños en la Operatividad

Además de la seguridad, es importante evaluar cómo el daño afecta la operatividad o funcionalidad de la estructura. Esto se refiere a la capacidad de la estructura para cumplir con su propósito previsto. Los aspectos a considerar incluyen:

Interferencias: Evaluar si el daño causa obstrucciones, vibraciones excesivas, o cualquier otra interferencia que dificulte el uso normal de la estructura. Por ejemplo, una deformación excesiva en una viga de un puente puede limitar el paso de vehículos.
Estanqueidad: En estructuras que deben ser impermeables (tanques, cubiertas), se debe evaluar si el daño compromete la estanqueidad, causando filtraciones o fugas.
Aislamiento: En estructuras que requieren aislamiento térmico o acústico, se debe evaluar si el daño afecta la capacidad de aislamiento.
Apariencia: Aunque la apariencia no siempre es un factor crítico para la operatividad, en algunos casos puede ser importante (edificios públicos, estructuras arquitectónicas). La corrosión, las manchas, y las deformaciones pueden afectar la estética de la estructura.
Confort: Vibraciones o ruidos molestos, pueden hacer que el uso de la estructura sea incomodo para los usuarios.

Evaluación del Impacto de los Daños en la Durabilidad

La durabilidad se refiere a la capacidad de la estructura para resistir el deterioro a lo largo del tiempo. La evaluación del impacto de los daños en la durabilidad implica predecir cómo el daño existente puede acelerar el deterioro futuro de la estructura. Los siguientes aspectos deben ser considerados:

Progresión del daño: Se evalúa la probabilidad de que el daño existente empeore con el tiempo. Por ejemplo, la corrosión puede continuar extendiéndose si no se trata. Las fisuras pueden propagarse debido a la fatiga o a cargas repetidas.
Aparición de nuevos daños: Se evalúa si el daño existente puede predisponer a la estructura a sufrir nuevos daños. Por ejemplo, una zona con corrosión puede ser más susceptible a la fatiga.
Reducción de la vida útil: Se estima la reducción de la vida útil de la estructura debido al daño. Esto puede tener implicaciones económicas importantes.
Factores ambientales: Se consideran los factores ambientales que pueden influir en la progresión del daño. En Bogotá, la exposición a la contaminación, la humedad, y los ciclos de temperatura pueden acelerar la corrosión y otros tipos de deterioro.
Mantenimiento futuro: Se evalúa si el daño requerirá un mantenimiento más frecuente o más costoso en el futuro.

Modelos de Deterioro

Para evaluar la durabilidad, se pueden utilizar modelos de deterioro. Estos modelos son representaciones matemáticas o conceptuales de cómo se espera que el daño evolucione con el tiempo. Existen modelos de deterioro para la corrosión, la fatiga, la fluencia, y otros tipos de daño. La selección del modelo adecuado depende del tipo de daño y de las condiciones ambientales.

Ejemplo Corrosión

En el caso particular de la corrosión existen modelos de deterioro muy sencillos que pueden ayudar a predecir la pérdida de material, como por ejemplo la siguiente ecuación:

Pérdida de espesor (mm) = Tasa de corrosión (mm/año) * Tiempo de exposición (años)

Consideración de la Interacción entre Diferentes Daños

Es crucial reconocer que los daños no siempre ocurren de forma aislada. A menudo, diferentes tipos de daños pueden interactuar y exacerbarse mutuamente. Esta interacción puede tener un impacto significativo en la severidad general del daño y en la estrategia de reparación. A continuación, se presentan algunos ejemplos de interacciones comunes:

Corrosión y Fatiga: La corrosión puede crear picaduras o irregularidades en la superficie del metal, que actúan como concentradores de esfuerzos. Estos concentradores de esfuerzos pueden acelerar la iniciación y propagación de fisuras por fatiga, especialmente bajo cargas cíclicas.
Corrosión y Deformación: La deformación plástica (por ejemplo, el pandeo) puede romper recubrimientos protectores contra la corrosión, exponiendo el metal subyacente a un ambiente agresivo. Además, la corrosión puede reducir la sección transversal de un elemento, haciéndolo más susceptible a la deformación.
Fisuras y Corrosión: Las fisuras pueden crear microambientes que favorecen la corrosión. El agua y los agentes corrosivos pueden penetrar en las fisuras, acelerando la corrosión en el interior del material.
Impacto y Fisuras: Un impacto puede generar fisuras, que luego pueden propagarse debido a la fatiga o la corrosión. El impacto también puede debilitar el material, haciéndolo más susceptible a otros tipos de daño.
Defectos de Fabricación y Otros Daños: Los defectos de fabricación, como la falta de fusión en una soldadura, pueden actuar como puntos débiles que facilitan la iniciación de otros daños, como fisuras o corrosión.

Análisis de la Interacción

El análisis de la interacción entre diferentes daños requiere un enfoque holístico. Se debe examinar cuidadosamente la estructura para identificar todas las posibles interacciones. La experiencia y el conocimiento de los materiales y los procesos de deterioro son fundamentales para este análisis. En algunos casos, puede ser necesario realizar pruebas o simulaciones para comprender mejor la interacción entre los daños.

Asignación de un Nivel de Severidad a Cada Daño

Después de evaluar el tipo de daño, su extensión, ubicación, profundidad, impacto en la seguridad, operatividad y durabilidad, y la posible interacción con otros daños, se debe asignar un nivel de severidad a cada daño identificado. Este nivel de severidad debe reflejar la criticidad del daño y la urgencia de la reparación.

Como se mencionó anteriormente, se pueden utilizar escalas cualitativas (leve, moderado, severo, crítico) o cuantitativas (basadas en parámetros medibles). Es importante que la escala utilizada sea consistente y esté claramente definida para evitar ambigüedades.

La asignación de un nivel de severidad debe basarse en el juicio profesional y en la consideración de todos los factores relevantes. En casos complejos, puede ser útil consultar con un equipo multidisciplinario de expertos.

Ejemplo: Asignación de Severidad

Se presenta un daño de corrosión localizada en una viga principal de un puente en Bogotá.

Tipo de daño: Corrosión localizada.
Extensión: Afecta un área de 10 cm x 10 cm.
Ubicación: Viga principal, cerca de un apoyo.
Profundidad: Pérdida de espesor del 25%.
Impacto en la seguridad: Reduce la capacidad resistente de la viga.
Impacto en la operatividad: No afecta la operatividad.
Impacto en la durabilidad: Puede acelerar la corrosión y la fatiga.
Interacción: Podría interactuar con la fatiga debido a las cargas de tráfico.

Basado en esta evaluación, se podría asignar un nivel de severidad de "Severo" a este daño, debido a la reducción de la capacidad resistente de la viga, su ubicación crítica y la posible interacción con la fatiga.

Documentación de la Severidad de los Daños

La documentación detallada y precisa de la severidad de los daños es esencial para el proceso de mantenimiento y reparación. Esta documentación debe incluir:

Identificación del daño: Una descripción clara y concisa de cada daño, incluyendo su tipo, ubicación, extensión y características.
Nivel de severidad asignado: El nivel de severidad asignado a cada daño, utilizando la escala definida.
Justificación de la severidad: Una explicación detallada de por qué se asignó ese nivel de severidad, incluyendo los factores considerados (seguridad, operatividad, durabilidad, interacción).
Registros fotográficos: Fotografías claras y detalladas de cada daño, que muestren su extensión y características. Las fotografías deben incluir una escala para referencia.
Croquis y planos: Croquis y planos de la estructura que indiquen la ubicación precisa de cada daño.
Informes de inspección: Informes de inspección que describan los métodos utilizados para detectar y evaluar los daños (inspección visual, ensayos no destructivos, etc.).
Fecha de la inspección: La fecha en que se realizó la inspección y la evaluación de la severidad.
Responsable de la evaluación: El nombre y la firma del profesional responsable de la evaluación.

Importancia de la Documentación

Una documentación completa y precisa es crucial por las siguientes razones:

Permite un seguimiento adecuado del estado de la estructura a lo largo del tiempo.
Facilita la planificación de las reparaciones y el mantenimiento.
Sirve como base para la toma de decisiones sobre la intervención en la estructura.
Proporciona evidencia del estado de la estructura en caso de disputas o reclamaciones.
Ayuda a identificar patrones de deterioro y a prevenir problemas futuros.

Comparación de Métodos de Documentación

Método	Ventajas	Desventajas
Informes escritos	Detallados, permiten explicaciones extensas	Pueden ser difíciles de interpretar, no son visuales
Fotografías	Visuales, fáciles de entender, muestran la realidad del daño	No siempre capturan todos los detalles, requieren buena iluminación
Croquis y planos	Muestran la ubicación precisa del daño, facilitan la planificación de reparaciones	Requieren habilidades de dibujo técnico, pueden ser complejos
Software de gestión de mantenimiento	Centraliza la información, facilita el seguimiento, permite generar informes	Requiere inversión en software y capacitación, puede ser complejo de usar

Priorización de las Acciones Correctivas

Una vez que se ha documentado la severidad de cada daño, es necesario priorizar las acciones correctivas. No todos los daños requieren la misma urgencia de reparación. La priorización debe basarse en:

Nivel de severidad: Los daños más severos (críticos o severos) deben tener la máxima prioridad.
Riesgo para la seguridad: Los daños que representan un mayor riesgo para la seguridad deben ser atendidos primero.
Impacto en la operatividad: Los daños que afectan la operatividad de la estructura también deben ser considerados prioritarios.
Costo de la reparación: En algunos casos, puede ser necesario considerar el costo de la reparación al priorizar las acciones. Sin embargo, la seguridad nunca debe comprometerse por razones económicas.
Disponibilidad de recursos: La disponibilidad de personal, materiales y equipos puede influir en la priorización.
Programación de mantenimiento: Las acciones correctivas deben integrarse en la programación general de mantenimiento de la estructura.

Ejemplo Priorización

En un puente en Colombia, con varios daños.

Fisura crítica en una viga principal (Prioridad 1: Reparación inmediata).
Corrosión severa en una conexión (Prioridad 2: Reparación en el corto plazo).
Deformación moderada en una baranda (Prioridad 3: Reparación en el mediano plazo).
Corrosión leve en elementos secundarios (Prioridad 4: Monitoreo y mantenimiento preventivo).

Comunicación de la Severidad a las Partes Interesadas

La comunicación efectiva de la severidad de los daños a todas las partes interesadas es un aspecto fundamental del proceso de gestión del mantenimiento de estructuras metálicas. Las partes interesadas pueden incluir:

Propietarios de la estructura: Son los responsables finales de la seguridad y el mantenimiento de la estructura.
Usuarios de la estructura: Aquellos que utilizan la estructura (conductores en un puente, habitantes de un edificio, etc.).
Autoridades competentes: Entidades gubernamentales encargadas de la supervisión y regulación de las estructuras (en Colombia, el Ministerio de Transporte, el INVIAS, las alcaldías, etc.).
Empresas de mantenimiento y reparación: Las empresas contratadas para realizar las inspecciones, evaluaciones y reparaciones.
Aseguradoras: Las compañías de seguros que cubren la estructura.
Público en general: En algunos casos, puede ser necesario informar al público en general sobre el estado de la estructura, especialmente si existe un riesgo para la seguridad pública.

Formas de Comunicación

La comunicación puede realizarse a través de diversos medios, incluyendo:

Informes técnicos: Documentos detallados que describen los daños, su severidad y las recomendaciones de reparación.
Presentaciones: Exposiciones orales con apoyo visual (fotografías, gráficos, etc.) para resumir los hallazgos y las recomendaciones.
Reuniones: Encuentros entre las partes interesadas para discutir el estado de la estructura y las acciones a tomar.
Comunicados de prensa: Declaraciones oficiales para informar al público en general sobre el estado de la estructura.
Señalización: Colocación de señales de advertencia o restricción de uso en la estructura, si es necesario.
Plataformas digitales: Uso de plataformas en línea para compartir información y mantener actualizadas a las partes interesadas.

Contenido de la Comunicación

La comunicación debe ser clara, precisa y transparente. Debe incluir:

Descripción de los daños: Una explicación clara y concisa de los daños encontrados.
Nivel de severidad: El nivel de severidad asignado a cada daño.
Impacto potencial: Una explicación del impacto potencial de los daños en la seguridad, la operatividad y la durabilidad de la estructura.
Acciones recomendadas: Las acciones recomendadas para reparar o mitigar los daños.
Cronograma propuesto: Un cronograma propuesto para la implementación de las acciones correctivas.
Responsabilidades: La asignación de responsabilidades para cada acción.

Consideraciones para Bogotá y Colombia.

En Bogotá y en Colombia, se debe prestar especial atención al cumplimiento con la normatividad. La comunicación con las autoridades competentes debe ser oportuna y transparente.

Revisión y Ajuste de la Evaluación de Severidad

La evaluación de la severidad de los daños no es un proceso estático. Debe ser revisada y ajustada periódicamente, o cuando se presenten nuevas circunstancias. Las razones para revisar y ajustar la evaluación incluyen:

Inspecciones de seguimiento: Después de realizar reparaciones o implementar medidas de mitigación, es necesario realizar inspecciones de seguimiento para verificar la efectividad de las acciones y evaluar si la severidad del daño ha cambiado.
Cambios en las condiciones de la estructura: Si las condiciones de carga, el uso de la estructura o las condiciones ambientales cambian, es posible que sea necesario reevaluar la severidad de los daños.
Aparición de nuevos daños: Si se detectan nuevos daños, estos deben ser evaluados y su severidad debe ser asignada.
Progreso del deterioro: Si el deterioro existente progresa más rápido o más lento de lo esperado, es posible que sea necesario ajustar la evaluación de la severidad.
Nueva información: Si se obtiene nueva información sobre los materiales, los procesos de deterioro o las técnicas de evaluación, esta información debe ser considerada en la revisión de la evaluación.

Proceso de revisión.

El proceso de revisión y ajuste debe ser sistemático y documentado. Debe incluir:

Revisión de la documentación existente (informes de inspección, evaluaciones de severidad previas, etc.).
Realización de nuevas inspecciones, si es necesario.
Evaluación de los cambios en las condiciones de la estructura.
Análisis de la nueva información disponible.
Ajuste de la evaluación de severidad, si es necesario.
Documentación de los cambios realizados y la justificación de los mismos.
Comunicación de los cambios a las partes interesadas.

Clasificación de Daños en Estructuras Metálicas

Tipo de Daño	Descripción	Causas Comunes	Nivel de Severidad Potencial
Corrosión	Deterioro del metal debido a reacciones químicas o electroquímicas con el ambiente.	Exposición a humedad, agentes corrosivos, falta de protección.	Leve a Crítico (dependiendo de la extensión y profundidad)
Fisuras	Grietas en el material.	Fatiga, sobrecarga, impacto, defectos de fabricación, corrosión.	Moderado a Crítico (dependiendo del tamaño, ubicación y propagación)
Deformación	Cambio en la forma original del elemento estructural (pandeo, abolladuras, alabeo).	Sobrecarga, impacto, calor excesivo, defectos de fabricación.	Leve a Severo (dependiendo del grado de deformación y su efecto en la estabilidad)
Desgaste	Pérdida de material debido a la fricción, abrasión o erosión.	Movimiento repetitivo, contacto con materiales abrasivos, flujo de fluidos a alta velocidad.	Leve a Moderado (dependiendo de la pérdida de material)
Daños por Impacto	Daños causados por golpes, choques o impactos de objetos.	Accidentes, vandalismo, caída de objetos.	Leve a Crítico (dependiendo de la fuerza del impacto y el daño resultante)

Impacto de los Daños en la Seguridad, Operatividad y Durabilidad

Tipo de Daño	Impacto en la Seguridad	Impacto en la Operatividad	Impacto en la Durabilidad
Corrosión	Reducción de la sección transversal, pérdida de resistencia, riesgo de falla.	Puede generar vibraciones, obstrucciones, pérdida de estanqueidad.	Acelera el deterioro, reduce la vida útil, aumenta la necesidad de mantenimiento.
Fisuras	Concentración de esfuerzos, riesgo de fractura frágil, propagación rápida.	Puede generar vibraciones, ruido, pérdida de estanqueidad.	Reduce la resistencia a la fatiga, acelera la corrosión, reduce la vida útil.
Deformación	Pérdida de estabilidad, riesgo de pandeo o colapso, redistribución de esfuerzos.	Puede generar obstrucciones, interferencias, problemas de ajuste.	Puede romper recubrimientos protectores, acelera la corrosión.
Desgaste	Reducción de la sección transversal, pérdida de resistencia.	Puede generar vibraciones, ruido, holguras.	Reduce la vida útil, aumenta la necesidad de mantenimiento.
Daños por Impacto	Depende del tipo y magnitud del daño. Puede generar fisuras, deformaciones, debilitamiento del material.	Depende del tipo y magnitud del daño. Puede generar obstrucciones, interferencias.	Depende del tipo y magnitud del daño. Puede predisponer a otros daños.

Niveles de Severidad y Acciones Correctivas

Nivel de Severidad	Descripción	Acciones Correctivas
Leve	El daño no compromete la capacidad estructural ni la funcionalidad.	Monitoreo, reparaciones menores, mantenimiento preventivo.
Moderado	El daño afecta la capacidad estructural o la funcionalidad, pero no hay riesgo inmediato de colapso.	Reparación en un plazo razonable, refuerzo, monitoreo continuo.
Severo	El daño compromete significativamente la capacidad estructural o la funcionalidad, existe riesgo potencial de colapso.	Reparación inmediata, refuerzo, posible restricción de uso.
Crítico	El daño ha causado una falla parcial o total, o hay riesgo inminente de colapso.	Intervención urgente, restricción de uso, posible demolición o reemplazo.

Ejemplos de Interacción entre Daños y su Impacto en la Severidad

Daños Interactuantes	Descripción de la Interacción	Impacto en la Severidad
Corrosión y Fatiga	La corrosión crea picaduras que concentran esfuerzos, acelerando la fatiga y la formación de fisuras.	Aumenta la severidad de ambos daños. Una corrosión leve combinada con fatiga puede convertirse en severa o crítica.
Fisuras y Corrosión	Las fisuras permiten la entrada de agentes corrosivos, acelerando la corrosión interna.	Aumenta la severidad de la corrosión. Una fisura superficial con corrosión interna puede ser más severa de lo que aparenta.
Deformación y Corrosión	La deformación rompe recubrimientos protectores, exponiendo el metal a la corrosión. La corrosión reduce la sección, aumentando la deformación.	Aumenta la severidad de ambos daños. Una deformación moderada con corrosión puede convertirse en severa.

Es fundamental recordar que el proceso descrito debe ser siempre realizado por ingenieros y técnicos con la experiencia y las cualificaciones, pertinentes, para asegurar una correcta evaluación y toma de decisiones. Y, por supuesto, cumpliendo con toda la normativa aplicable, que en el contexto colombiano, incluye la NSR-10, y las normas del INVIAS, entre otras.