A lo largo de la historia, hemos construido estructuras y ciudades impresionantes, solo 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 suelo pueden destruir edificios, cobrar vidas y costar enormes cantidades de dinero por pérdidas y reparaciones.
Según el Centro Nacional de Información sobre Terremotos, hay un promedio de 20,000 terremotos cada año, 16 de los cuales son desastres importantes. El 14 de agosto de 2021, un terremoto de magnitud 7,2 sacudió la región suroeste de Haití y mató a más de 2000 personas. Al igual que con otros terremotos, gran parte del daño fue causado por el derrumbe de edificios con personas dentro de ellos, lo que hace que los edificios a prueba de terremotos sean imprescindibles.
En las últimas décadas, los ingenieros han introducido nuevos diseños y materiales de construcción para equipar mejor los edificios para resistir terremotos.
Criterios para diseñar un edificio a prueba de terremotos
Para diseñar un edificio a prueba de terremotos, los ingenieros trabajan para reforzar la estructura y contrarrestar las posibles fuerzas de un terremoto. Dado que los terremotos liberan energía que empuja los edificios desde una dirección, la estrategia implica que el edificio empuje 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 «levantar» los cimientos del edificio por encima de la tierra a través de un método llamado aislamiento de base. El aislamiento de la base consiste en construir un edificio sobre almohadillas flexibles de acero, caucho y plomo. Cuando la base se mueve durante un terremoto, los aisladores vibran mientras la estructura permanece estable. Esto ayuda efectivamente a absorber las ondas sísmicas y evita que viajen a través del edificio.
Los aisladores sísmicos son sistemas que consiguen separar una estructura de los movimientos del suelo mediante la introducción de elementos flexibles entre la estructura y su cimentación.
Reducen notablemente la rigidez del sistema estructural, haciendo que el periodo fundamental de la estructura aislada sea mucho mayor que el de la misma estructura con base fija.
2. Aplicar fuerzas contrarias con amortiguamiento
Si está familiarizado con los amortiguadores que se usan en los automóviles, se sorprenderá al saber que los ingenieros también usan una versión de ellos en edificios resistentes a terremotos. Similar a su uso en automóviles, los amortiguadores reducen la magnitud de las ondas de choque y ayudan a reducir la presión sobre el edificio. Esto se logra de dos maneras: dispositivos de control vibratorio y energía pendular.
Estos sistemas ofrecen un incremento de la amortiguación a la estructura, ocasionando una resistencia al movimiento libre del edificio.
Este método consiste en colocar amortiguadores en cada nivel de un edificio entre columnas y vigas. Cada amortiguador consta de cabezas de pistón dentro de un cilindro lleno de aceite de silicona. Cuando ocurre un terremoto, el edificio transfiere la energía vibratoria a los pistones, que empujan contra el aceite. La energía se transforma entonces en calor, disipando la fuerza de las vibraciones.
Otro método de amortiguación común es la potencia del péndulo, que se utiliza principalmente en los rascacielos . Para implementar esto, los ingenieros suspendieron una gran bola de cables de acero que se conectan 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 dirección opuesta para estabilizar el edificio. Al igual que la amortiguación, estas características se ajustan para igualar y contrarrestar el movimiento del edificio en caso de terremoto.
3. Reforzar la estructura del edificio
Para resistir el colapso, los edificios deben redistribuir las fuerzas que viajan a través de ellos durante un evento sísmico. Los muros de corte, las crucetas, los diafragmas y los pórticos resistentes a momentos son fundamentales para reforzar un edificio.
Los muros de corte son una tecnología de construcción útil que puede ayudar a transferir las fuerzas sísmicas. Hechas de múltiples paneles, estas paredes ayudan a que un edificio mantenga su forma durante el movimiento. Los muros de cortante suelen estar soportados por riostras transversales diagonales de acero. Estas vigas pueden soportar compresión y tensión, lo que ayuda a contrarrestar la presión y las fuerzas de empuje.
Los diafragmas también son una parte central de la estructura de un edificio. Los diafragmas, que consisten en los pisos del edificio, el techo y las cubiertas colocadas sobre ellos, ayudan a eliminar la tensión del piso y empujan 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 uniones de un edificio y permiten que las columnas y vigas se doblen mientras las uniones permanecen rígidas. Por lo tanto, el edificio es capaz de resistir las fuerzas más grandes de un terremoto y, al mismo tiempo, permite a los diseñadores la libertad de organizar los elementos del edificio.
Materiales innovadores
Los científicos e ingenieros están desarrollando nuevos materiales de construcción con una retención de forma aún mayor. Las innovaciones, como las aleaciones con memoria de forma, tienen la capacidad de soportar fuertes tensiones y volver a su forma original. Además, el envoltorio de plástico reforzado con fibra, fabricado con una variedad de polímeros, se puede envolver alrededor de las columnas y proporciona hasta un 38 % de resistencia y ductilidad adicionales.
Los ingenieros también están recurriendo a elementos naturales para ayudar a reforzar los edificios. Las fibras pegajosas pero rígidas de los mejillones y la relación fuerza-tamaño de la seda de araña tienen capacidades prometedoras para crear estructuras. El bambú y los materiales impresos en 3D también pueden funcionar como estructuras entrelazadas livianas con formas ilimitadas que potencialmente pueden proporcionar una resistencia aún mayor para los edificios.
A lo largo de los años, ingenieros y científicos han ideado múltiples técnicas para crear edificios efectivos a prueba de terremotos. Sin embargo, a pesar de lo avanzados que son la tecnología y los materiales en la actualidad, no siempre es posible que los edificios resistan por completo los terremotos poderosos. Aún así, si un edificio es capaz de evitar el colapso y salvar vidas y comunidades, podemos considerarlo un gran éxito.
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