Su Guía para el Diseño Resistente a Terremotos

¿Qué es el diseño resistente a terremotos?

El diseño resistente a terremotos es un campo o tipo de diseño estructural que tiene como objetivo diseñar edificios para resistir terremotos, proporcionando sistemas estructurales que no colapsen en un terremoto y, por lo tanto, salven vidas y dinero de socorro.

¿Por qué necesitamos edificios resistentes a terremotos?

En promedio, se producen 20,000 terremotos cada año en todo el mundo, con un promedio de 16 desastres mayores. En 2019, cincuenta y cinco personas en Filipinas murieron durante terremotos, más de diez de los cuales sacudieron al país con una magnitud superior a 6.0. En solo una de ellas, 1.200 viviendas fueron destruidas y al menos 500 escuelas y viviendas dañadas, así como iglesias históricas e incluso hospitales y centros de tratamiento temporal para los heridos en el último terremoto. Un terremoto en octubre dañó 47.476 hogares, dejando a 277.000 personas desplazadas a marzo de 2020.

Impresionantes estructuras y ciudades pueden ser niveladas por un solo evento sísmico importante, a menos que incorporemos la posibilidad en nuestro diseño.

¿Todos los edificios deben ser a prueba de terremotos?

Quitemos esto del medio: los edificios a prueba de terremotos no existen. Aun. Podemos diseñar edificios resistentes a los terremotos, aunque la resistencia exacta solo se puede probar por la magnitud del terremoto que soportan.

El único inconveniente de construir y adaptar todos los edificios para que sean resistentes a los terremotos es el dinero. Pero eso es un inconveniente bastante grande, especialmente en los países que más lo necesitan. Los terremotos atormentan a las ciudades en la Cuenca del Pacífico, o Anillo de Fuego, agotando su dinero y recursos para un alivio inmediato. Cuando las réplicas se alivian y el polvo se asienta, no queda suficiente dinero para un diseño resistente a los terremotos. En abril de 2015, Nepal estaba empezando a aplicar un plan para disminuir su vulnerabilidad a los terremotos cuando el suelo volvió a temblar. En un mundo perfecto, todos los edificios, especialmente los edificios a lo largo del Anillo de Fuego, serían resistentes a los terremotos, pero demasiados de los habitantes de la Cuenca del Pacífico simplemente no tienen los fondos para hacerlo o tienen problemas más grandes que los terremotos ocasionales.

¿Cómo podemos evitar que los terremotos destruyan edificios?

Si bien el diseño resistente a terremotos se está convirtiendo en la nueva norma en la mayoría de las ciudades propensas a terremotos que pueden permitírselo, es interesante observar que los investigadores de la Universidad de Brighton están trabajando en un invento llamado ViBa, que, cuando se instala bajo tierra, absorbe entre el 40 y el 80% de las ondas sísmicas dirigidas al edificio que protege. Sin embargo, no será ampliamente utilizado durante un tiempo, teniendo en cuenta su tamaño, la dificultad para producirlo en masa y, por lo tanto, su precio más alto. Volver a las soluciones actuales: diseño.

¿Cómo afectan las ondas sísmicas a los edificios?

En el caso de un terremoto, las ondas sísmicas se mueven bajo tierra en intervalos cortos y rápidos en todas las direcciones desde la fuente del terremoto. Los edificios generalmente están hechos para soportar fuerzas verticales como su peso y gravedad, pero no las fuerzas horizontales del suelo que se mueven de un lado a otro. Ondas sísmicas vibran las paredes, los pisos, las columnas, las vigas y los conectores que mantienen unidos los edificios, especialmente los que están más cerca del suelo. Dado que la parte inferior del edificio se mueve de manera diferente a la parte superior, el movimiento causa un estrés extremo en los cimientos del edificio hasta que el marco de soporte se rompe y toda la estructura colapsa.

¿Cómo se puede hacer un edificio a prueba de terremotos?

La forma más efectiva de construir un edificio resistente a los terremotos es contrarrestar las fuerzas de un terremoto. Puede hacer esto reforzando la estructura del edificio, protegiendo el edificio de vibraciones, «amortiguando» o disipando la energía cinética de un terremoto con control vibratorio o poder de péndulo, o creando una base flexible para el edificio.

Para hacer un edificio existente a prueba de terremotos, el ingeniero kiwi Dr. Bill Robinson diseñó el sistema de rodamientos de Plomo y Caucho (LRBs), que se puede incorporar al diseño de un edificio o instalarse en un edificio existente en riesgo. Un LRB es una estructura de soporte flexible que absorbe energía y separa el edificio de la tierra en la que se asienta, para que sus cimientos no sean arrancados por las ondas sísmicas y no se derrumbe.

Hacer un edificio existente a prueba de terremotos se denomina reequipamiento. Las técnicas de adaptación sísmica varían de un lugar a otro, dependiendo de la estructura, el suelo, la topografía y la distancia a otras fallas.

¿Qué materiales se utilizan en edificios a prueba de terremotos?

Al igual que con los edificios que no son a prueba de terremotos, dos de los principales materiales utilizados en los edificios a prueba de terremotos son el acero y la madera. El acero estructural viene en una variedad de formas que permiten que los edificios se doblen sin romperse. Este es un ejemplo de alta ductilidad, la capacidad de sufrir deformaciones y tensiones grandes (es decir, doblarse sin romperse). La madera también es muy dúctil debido a su relación resistencia-peso.

Otros materiales incluyen aleaciones con memoria de forma, envoltura de plástico reforzada con fibra, seda de araña, bambú y materiales impresos en 3D. La envoltura de plástico reforzada con fibra es un material altamente dúctil para envolver columnas. Las aleaciones con memoria de forma se pueden considerar hiper-dúctiles, ya que se pueden doblar y volver a su forma original una vez que haya terminado la necesidad de doblarlas. La seda de araña, el bambú y los materiales impresos en 3D tienen una alta relación resistencia-peso, por lo que se consideran sustitutos para la madera donde la madera no es el material más adecuado.

¿Cuál es la mejor forma para un edificio a prueba de terremotos?

Según la Universidad de Columbia Británica, la cúpula es, con diferencia, la mejor forma para resistir terremotos. En la «mesa de sacudidas», un método de prueba utilizado para simular el efecto de los terremotos en ciertos diseños de edificios, la cúpula superó a las casas de estructura convencional. Sin embargo, hay algunas advertencias en la práctica: las cúpulas son difíciles de construir y ocupan mucho espacio que es difícil de usar dentro del edificio. Para muchas empresas que construyen sus edificios de oficinas, por ejemplo, es más fácil confiar en construir con materiales resistentes, cimientos flexibles y amortiguar la energía de un terremoto.

¿Son los edificios cortos más estables que los edificios altos?

En un terremoto: no. Los edificios cortos tienen cimientos menos profundos que los edificios altos, lo que los hace más fáciles de arrancar o destruir. Los edificios cortos también se consideran «más rígidos» que los edificios altos; es más difícil incorporar flexibilidad en su diseño, lo que significa que cuando el suelo se mueve, se desmoronarán en lugar de balancearse. Los edificios oscilantes sobreviven más que los que se desmoronan.

¿Cuál es la parte más débil de un edificio?

Cada edificio estará diseñado para tener diferentes puntos débiles, por lo que no habrá una parte más débil cortada y seca de ningún edificio. Sin embargo, tecnologías como Scan and Solve de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad Internacional de Florida pueden identificar y predecir puntos débiles en una estructura antes de que comience a descomponerse. Alternativamente, los diseñadores de edificios pueden producir un plano con los puntos débiles resaltados.

¿Qué edificios famosos son a prueba de terremotos?

Taipei 101

El Taipei 101, anteriormente la torre internacional de Taipei, fue el edificio más alto del mundo desde 2004 hasta 2010, hasta que los Emiratos Árabes Unidos lo superaron. Estableció récords por ser el ascensor más rápido del mundo y el «edificio verde» más grande del mundo. Es flexible y resistente estructuralmente, incluso los muros de vidrio y cortina están diseñados para resistir terremotos.

La Pirámide Transamerica

Aunque la Pirámide Transamerica ya no pertenece a la corporación Transamerica, sigue siendo un testimonio de su audacia en el diseño. El segundo edificio más alto en el horizonte de San Francisco, la Pirámide tiene la intención de permanecer allí. Sus cimientos son de 52 pies de profundidad y flexibles, y el agregado de cuarzo prefabricado sobre el suelo cubre el exterior del edificio, protegiendo cada uno de sus pisos del colapso.

La Torre de Referencia de Yokohama

La Torre de Referencia de Yokohama es famosa por su hotel de 5 estrellas, observatorio y Sky Garden y por su gran tamaño como el segundo edificio más alto de Japón. Pero la maravilla aquí es la estructura flexible para soportar terremotos basada en el antiguo diseño japonés de pagoda de cinco niveles. Los principales utilizados para edificios de 40 pies en el siglo VIII han demostrado ser dignos de los gigantes en los días modernos, evidenciado por la Torre de Referencia.

¿Cuál es el edificio más resistente a los terremotos?

El Philippine Arena. Es la zona abovedada más grande del mundo, con una capacidad de 55.000 asientos. Fue diseñado por Populous, una firma de arquitectura en Australia, y es capaz de soportar cargas laterales de hasta el 40% de su masa. Tiene un diseño de base independiente, lo que significa que el cuerpo estructural de la arena está separado de su base. Utiliza LRB para separar estas dos características. El Philippine Arena utiliza una combinación de forma, absorción estructural de ondas de choque y una capa flexible entre él y su base para soportar los terremotos de mayor magnitud de cualquier otro edificio en el mundo.