Edificios antisísmicos ¿Cómo se diseñan a prueba de terremotos?

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A lo largo de la historia, hemos construido estructuras y ciudades impresionantes, sólo para que sucumbieran a las fuerzas de la naturaleza. Los terremotos son una de las fuerzas más destructivas de la Tierra: las ondas sísmicas en todo el planeta pueden destruir edificios, cobrar vidas y costar mucho dinero en daños y reparaciones.

Según el Centro Nacional de Información Sísmica, cada año se producen una media de 20.000 terremotos, 16 de los cuales son grandes desastres naturales. El 14 de agosto de 2021, un terremoto de magnitud 7,2 sacudió la región suroeste de Haití y mató a más de 2.000 personas. Como ocurre con otros terremotos, gran parte del daño fue causado por el colapso de los edificios que contenían personas, por lo que los edificios resistentes a los terremotos se convirtieron en una necesidad.

1edificio terremoto

En las últimas décadas, los ingenieros han introducido nuevos diseños y materiales de construcción para equiparlos mejor para resistir terremotos.

Criterios de diseño para un edificio sismorresistente.

Para diseñar un edificio resistente a terremotos, los ingenieros fortalecen la estructura y contrarrestan las fuerzas potenciales de un terremoto. Debido a que los terremotos liberan energía que empuja a los edificios en una dirección, la estrategia exige que los edificios sean empujados en la dirección opuesta. Estos son algunos de los métodos utilizados para ayudar a los edificios a resistir los terremotos.

  1. Crea una base flexible

    Una forma de resistir las fuerzas del suelo es «elevar» los cimientos del edificio por encima del suelo mediante un método llamado aislamiento de cimientos. El aislamiento de cimientos implica la construcción de un edificio sobre bases flexibles de acero, caucho y plomo. Cuando los cimientos se mueven durante un terremoto, los aisladores vibran mientras la estructura permanece estable. Esto ayuda eficazmente a absorber las ondas sísmicas y evitar que se propaguen por el edificio.

    Los aisladores sísmicos son sistemas que aíslan una estructura de los movimientos del suelo mediante la introducción de elementos flexibles entre la estructura y sus cimientos.

    2 Crea una base

    Reducen significativamente la rigidez del sistema estructural, haciendo que el período fundamental de la estructura aislada sea mucho mayor que el de la misma estructura con base fija.

3 Crea una base flexible grafico

  1. Aplicar fuerzas contrarias de forma amortiguadora.

    Si está familiarizado con los amortiguadores de los automóviles, le sorprenderá saber que los ingenieros también utilizan una versión de ellos en edificios resistentes a terremotos. De manera similar a su uso en automóviles, los amortiguadores reducen la fuerza de las ondas de choque y ayudan a reducir la presión sobre el edificio. Esto se logra de dos maneras: dispositivos de control de vibraciones y energía pendular.Estos sistemas aumentan la amortiguación de la estructura y dificultan la libre circulación del edificio.

    4 Aplicar fuerzas contrarias con amortiguamiento

    Este método implica colocar amortiguadores entre columnas y vigas en cada nivel de un edificio. Cada amortiguador consta de cabezas de pistón dentro de un cilindro lleno de aceite de silicona. Durante un terremoto, el edificio transfiere la energía de vibración a los pistones que empujan el aceite. Luego, la energía se convierte en calor, disipando la fuerza de las vibraciones.

    Otro método de amortiguación común es la fuerza pendular, que se utiliza principalmente en rascacielos. Para lograrlo, los ingenieros suspendieron una gran bola hecha de cables de acero conectada a un sistema hidráulico en la parte superior del edificio. Cuando el edificio comienza a balancearse, la bola actúa como un péndulo y se mueve en la dirección opuesta para estabilizar el edificio. Estas propiedades, así como la amortiguación, se ajustan para contrarrestar el movimiento del edificio en caso de terremoto.

    5 Aplicar fuerzas contrarias amortiguamiento

  2. Reforzar la estructura del edificio.

    Para resistir el colapso, los edificios deben redistribuir las fuerzas que actúan sobre ellos durante un evento sísmico. Los muros de corte, los refuerzos transversales, las membranas y los marcos de momento son esenciales para fortalecer un edificio.

    Los muros de corte son una tecnología de construcción útil que puede ayudar a transmitir fuerzas sísmicas. Estas paredes de paneles múltiples ayudan a que un edificio mantenga su forma a medida que se mueve. Los muros de corte suelen estar sostenidos por barras transversales de acero diagonales. Estas vigas resisten la presión y la tensión, lo que ayuda a contrarrestar las fuerzas de compresión y corte.

    Los diafragmas también son una parte central de la estructura del edificio. Las membranas formadas por los pisos, el techo y las cubiertas superiores del edificio ayudan a aliviar la tensión del suelo y dirigen las fuerzas hacia las estructuras verticales del edificio.

    Los marcos resistentes (pórticos) a momentos brindan flexibilidad adicional en el diseño de un edificio. Estas estructuras se colocan entre las juntas de un edificio y permiten que las columnas y vigas se flexionen mientras las juntas permanecen rígidas. Por lo tanto, el edificio es capaz de soportar las mayores fuerzas de un terremoto y al mismo tiempo da a los diseñadores libertad para organizar los elementos del edificio.

Materiales innovadores

Los científicos e ingenieros están desarrollando nuevos materiales de construcción con una estabilidad dimensional aún mayor. Innovaciones como las aleaciones con memoria de forma tienen la capacidad de soportar tensiones elevadas y volver a su forma original. Además, se puede envolver las columnas con una película plástica reforzada con fibra hecha de varios polímeros, lo que proporciona hasta un 38 % más de resistencia y ductilidad.

Los ingenieros también utilizan elementos naturales para fortalecer los edificios. Las fibras pegajosas pero rígidas de las conchas marinas y la relación fuerza-tamaño de la seda de araña ofrecen oportunidades prometedoras para la formación de estructuras. El bambú y los materiales impresos en 3D también pueden actuar como estructuras livianas y entrelazadas con formas ilimitadas, lo que potencialmente agrega aún más resistencia a los edificios.

A lo largo de los años, ingenieros y científicos han desarrollado numerosas técnicas para crear edificios eficaces resistentes a los terremotos. Sin embargo, por muy avanzadas que sean la tecnología y los materiales hoy en día, no siempre es posible que los edificios resistan por completo los terremotos fuertes. Sin embargo, cuando un edificio logra evitar el colapso y salvar vidas y comunidades, podemos considerarlo un gran éxito.

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