Construcciones a prueba de terremotos: así es la ingeniería sísmica

La corteza terrestre está en constante movimiento. Cuando se produce un terremoto, por ejemplo, por el movimiento convergente entre placas (subducción), la energía liberada viaja en todas las direcciones a través de ondas sísmicas. Estas ondas se desplazan primero por el interior de la tierra hasta llegar a la superficie; lugar donde se emplazan nuestros edificios.

Para conseguir que los edificios resistan al movimiento del suelo, es necesario que su estructura esté preparada y tenga la capacidad, no solo de no colapsar, sino también de mantenerse en las mejores condiciones, de presentar un buen desempeño sísmico. Es ahí donde entra en juego el trabajo de los calculistas y de la ingeniería sísmica.

Comenzando por el principio: ¿qué es la ingeniería sísmica?

Como su propio nombre indica, es aquella que estudia el comportamiento estructural de los edificios y las obras de infraestructura bajo solicitaciones o cargas sísmicas. Su objetivo es proyectarlos y diseñarlos para que puedan resistir el impacto de los terremotos de forma satisfactoria.

Cuando se produce un temblor, el movimiento del suelo se trasmite a la estructura provocando su oscilación, en movimientos tanto horizontales como verticales. Al desplazarse, y vibrar, se producen en los distintos elementos que conforman el esqueleto resistente esfuerzos de tracción, compresión, flexión, flexo-compresión, corte, torsión, entre otros. Cada elemento de la estructura debe estar preparado para resistirlos adecuadamente.

Las oficinas de ingeniería y los calculistas son los encargados de reducir al mínimo las posibilidades de colapso de las construcciones y hacer esfuerzos por mitigar tanto los daños estructurales como los no estructurales. Es un trabajo especialmente relevante en aquellas zonas del mundo con amenaza sísmica: los edificios deben diseñarse para resistir este tipo de fuerzas, que pueden darse en más de una ocasión durante la vida útil de la obra de construcción. En los lugares en donde no existe esta amenaza, las construcciones se diseñan para resistir otro tipo de fuerzas laterales, como, por ejemplo, las provocadas por el viento.

Cuando un edificio ha sido bien diseñado y correctamente construido, siguiendo las especificaciones técnicas del proyecto estructural y las regulaciones del país, la probabilidad de colapso es muy baja. Aun cuando se presenten sismos de gran intensidad, es extraño que la estructura sufra daños significativos. Los edificios ejecutados siguiendo los principios de la ingeniería sísmica son, por lo tanto, muy seguros.

La tecnología tras estos edificios

Para que un edificio resista correctamente los esfuerzos sísmicos, es importante que las obras se proyecten desde antes de su construcción, teniendo en cuenta las características de la región donde se emplaza. En esta etapa, pensar en tecnologías del tipo aislación de base o disipación de energía es una muy buena idea de cara a reducir los daños potenciales en elementos y componentes, tanto estructurales como no estructurales.

Eso no es todo, existen experiencias internacionales en los que la aislación de base o los disipadores de energía se han incorporado a edificios ya construidos. En estos casos, es muy importante el estudio de la estructura existente por parte de una oficina de ingeniería, para asegurar un buen desempeño sísmico dado que se modifica su concepción estructural original.

En el mundo existen simuladores de  terremotos que permiten analizar el comportamiento sísmico de estructuras, incluso a escala real. La Universidad de Santiago de Chile posee uno de los más grandes de Sudamérica, una plataforma sísmica en la que se pueden hacer ensayos, investigar e innovar para mejorar los diseños estructurales.

Es importante entender que, en el contexto del desempeño sísmico, también se estudian los materiales por separado. Por ejemplo, hormigones con fibra que poseen comportamiento mecánico distinto al de hormigones convencionales. También podemos hacer modelación numérica: hoy en día las herramientas computacionales nos permiten modelar estructuras de modo de estimar con bastante certeza el comportamiento y desempeño estructural de una determinada obra de construcción.

A la hora de realizar proyectos emplazados en zonas con amenaza sísmica, es importante tener en cuenta la normativa y la legislación. Actualmente, los países con mayor actividad sísmica del planeta tienen adicionalmente como referente las recomendaciones de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias de Estados Unidos (FEMA, por sus siglas en inglés). En lo particular,  FEMA P-58, ‘Development of Next Generation Performance-Based Seismic Design Procedures for New and Existing Buildings’. Esta permite modelar los edificios y evaluar la probabilidad de que se produzca un cierto nivel de daños que puedan afectar su funcionamiento tras un sismo.

El caso de Chile

En países en que los edificios son muy exigidos, es decir, deben resistir importantes cargas, por ejemplo, Japón, Nueva Zelanda, México o Chile, se está transitando de un modelo de diseño prescriptivo a otro de exigencias por desempeño. Con esto se puede predecir mejor el comportamiento estructural bajo solicitaciones gravitacionales y laterales al considerar un comportamiento no lineal de las estructuras.

En Chile, contamos con dos normas específicas asociadas al diseño sísmico de carácter prescriptivo: la NCh 433, ‘Diseño Sísmico de Edificios’, y la NCh 2369, ‘Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales’. Otras 3 normas regulan el diseño con aislación sísmica, con disipación de energía  y para el control de daños en elementos y componentes no estructurales, respectivamente.

Estas normas, en complemento a las regulaciones a nivel nacional y a las recomendaciones internacionales, permiten a Chile que su infraestructura y edificios tengan un buen desempeño sísmico. A pesar de ser un país relativamente pequeño, Chile cuenta con un importante parque de edificios de mediana y gran altura preparado para resistir de forma satisfactoria los terremotos. Un buen indicador fue la experiencia del sismo vivido en febrero del 2010, que alcanzó magnitud 8,8. En este evento, menos del 1 % de los edificios formalmente construidos sufrieron daños estructurales.

En Chile, en los últimos años, se ha avanzado en la incorporación de nuevas tecnologías de protección sísmica, como aisladores de base o disipadores de energía. Esta es la tendencia no solo en Chile, sino también a nivel mundial. De hecho, otros países, como Japón y Estados Unidos, cuentan con un mayor porcentaje de construcciones con estas prestaciones, no solo para evitar el colapso, sino para reducir los daños en elementos estructurales y no estructurales, de modo que los edificios se mantengan en buenas condiciones de operación después de un sismo severo.