Locos por la Geología

En el post del lunes pasado, comenzamos a ver algo de los efectos de los sismos sobre las construcciones, y cómo minimizarlos, y hoy charlaremos un poquito sobre las preguntas que quedaron pendientes esa vez.

¿Existe sólo un tipo de construcciones sismorresistentes?

No, en realidad, puesto que al perseguirse la preservación de las estructuras, eso puede hacerse de diversas maneras. En algunas concepciones de diseño, se propone la mayor solidez (resistencia) posible, de modo que se requiera la aplicación de fuerzas de gran magnitud para superar su punto de ruptura; en otros casos, se busca dotarlas de elasticidad para que su deformación sea en gran medida reversible una vez pasado el sismo; o aumentar su flexibilidad, de modo que el campo de deformación sea amplio (menor rigidez) antes de alcanzar la ruptura; o también es deseable que la obra se mueva con las ondas en lugar de oponerse a ellas.

Cada uno de estos objetivos se alcanza con diseños diferentes, y en muchos casos se intenta combinar las cualidades de manera que los daños se minimicen. Esto último no es sencillo, porque a veces son cualidades prácticamente opuestas, muy difíciles de conciliar.

En todo caso, se puede aseverar que no hay una única receta aplicable en las edificaciones sismorresistentes.

¿Cuáles son las medidas generales que se deben tomar en cuenta en las zonas sísmicas, al planificar las urbanizaciones?

Por si no lo han notado, la pregunta está ya implicando que una urbanización no debería dejarse librada a situaciones fácticas, como lamentablemente sucede muy a menudo, sino que debería ser planificada según estudios previos y por supuesto con Evaluaciones de Impacto Ambiental en mano. Esto no es el caso cuando la ocupación del terreno sucede de manera espontánea, y se trata luego de implementar medidas inconexas ante la emergencia ya en curso. Muchos son los ejemplos de catástrofes que no habrían tenido por qué suceder si se hubiera respetado la vocación natural del espacio físico.

El primer punto a considerar, entonces, es la localización. Hoy en día hay disponibles mapas de riesgos geológicos que podrían usarse para delimitar zonas donde bajo ningún concepto deberían permitirse asentamientos, por su alta amenaza.

Suponiendo que de todas maneras se construye en áreas con peligrosidad sísmica, entonces, para minimizar el riesgo resultante, deben buscarse lugares en los cuales el suelo sea comparativamente estable, donde a la amenaza de terremotos no se sume la posibilidad de deslizamientos o caídas de rocas, pues en tales situaciones, el propio sismo suele tener efecto disparador sobre esos otros fenómenos.

Emplazar una construcción a los pies de una ladera, la coloca en riesgo de sepultamiento, y de estar la obra en la ladera misma, puede llegar a deslizarse con ella. En general, las pendientes cuya intensidad supera el 30% son zonas de alto riesgo geológico.

En zonas de alta sismicidad, tampoco deben realizarse asentamientos demasiado próximos a las costas, ya sea del mar, por la probabilidad de tsunamis, o de los ríos, pues ellos pueden desbordarse o cambiar su curso como consecuencia de los cambios topográficos generados por terremotos.

¿Qué características de las construcciones disminuyen la vulnerabilidad en las zonas sísmicas?

Aun sin empezar a referirnos a los edificios diseñados como estructuras sismorresistentes, hay una serie de precauciones recomendables para las zonas sísmicas, que resultan de la simple aplicación del sentido común.

Por ejemplo, es obvio, que las edificaciones precarias, como ranchos de adobe, por ejemplo, serán los primeros damnificados, pero además, es de tener en cuenta que las obras más sólidas deben evitar los balcones colgantes u ornamentos voladizos que pueden desprenderse en la eventualidad sísmica, con serios daños para vehículos y personas que transiten por el lugar.

Las puertas que se abren hacia adentro, o giratorias pueden constituir trampas insalvables en caso de evacuaciones rápidas que pueden generar estampidas hacia el exterior. No pueden, obviamente, faltar ni estar obstruidas, las salidas de emergencia debidamente señalizadas.

Por otra parte, el centro de gravedad de las edificaciones, debe estar tan bajo como sea posible, de manera que ornamentaciones de gran peso en pisos altos son por completo desaconsejables.

¿Cuáles son las características generales de las construcciones especí­ficamente sismorresistentes?

Cuando se plantea la estructura de un edificio que debe superar la prueba impuesta por los eventos sísmicos, las cargas que dichos eventos generan, deben ser tenidas en cuenta, y por ende, se debe contar con un profundo conocimiento estadístico de la sismicidad del lugar.

Se parte de la aceptación de que cualquier obra civil, sometida a la acción de un terremoto sufre inevitablemente un cierto grado de deformación. Cuánta deformación y movimientos resiste antes de la ruptura, depende de muchas variables intrínsecas (además de las características del evento sísmico), como el tamaño, las cargas o pesos en cada piso, las características del terreno de fundación, la geometría de la construcción, los materiales empleados, etc.

Algunos de los rasgos a destacar en los edificios sismorresistentes son:

Configuración del edificio:

La configuración más adecuada, generalmente es aquélla simétrica, regular, con tamaño en planta y altura acordes a la situación sísmica, y realizada sobre terrenos firmes, con estructuras sólidas, materiales de calidad y un área perimetral de seguridad.

No siempre es sencillo tener en cuenta tantas variables, y no es mi intención meterme en un terreno ingenieril que desconozco, pero sí puedo contarles algunos detalles generales sobre los puntos mencionados.

Respecto a la simetría, podemos acotar que la falta de simetría tiende a producir torsión, ya que no todas las partes del edificio reaccionarán de la misma manera ante el esfuerzo, concentrádose éste en áreas que resultarán, por ende, más vulnerables.

La forma regular es la más recomendable porque la geometría irregular favorece también la torsión de la estructura, o la hace girar en forma desordenada.

Respecto al tamaño y altura, es bueno recordar que los esfuerzos producidos por actividades sísmicas son función del tamaño del edificio, de modo tal que las viviendas pequeñas, si están bien diseñadas, resisten en general sin grandes inconvenientes.

Con relación a la altura, ésta influye de forma directamente proporcional sobre el periodo de oscilación, lo cual significa que la aceleración tiende a ser menor en edificios más altos. Por lo tanto, los daños dependen más de la calidad de la construcción en su conjunto, que simplemente de su altura. Es decir que se debe buscar la altura adecuada a cada circunstancia, y no estipular un metraje dado.

El tamaño, puede tener además distribuciones diferentes, de manera que la extensión en planta es variable, y de suma importancia, ya que si bien es cierto que una gran base dificultan el vuelco de un edificio, cuando el área es excesiva, aunque sea simétrica la construcción no responderá como una unidad, (porque la onda sísmica tiene un tiempo de retardo para llegar de un extremo a otro) generándose tensiones diferenciales que amenazan la estructura.

Por otra parte, la distribución de masas debe ser lo más uniforme posible, tanto en cada planta como en altura, para evitar discontinuidades en la reacción ante las solicitaciones sísmicas, lo que introduce puntos de concentración de esfuerzos. Toda ornamentación innecesaria debe evitarse para no agregar masas superfluas al sistema de por sí complejo.

Los muros con función estructural, columnas y pilares que transfieren las cargas gravitatorias y sísmicas hasta el terreno por vías directas, muy comunes en obras antiguas, han demostrado gran competencia a lo largo de siglos de supervivencia en zonas de terremotos frecuentes.

Con relación al emplazamiento, y condiciones del terreno, ya me he referido en el post anterior.

La solidez de una estructura tiene relación directa con su resistencia y rigidez. En el primer caso es la oposición a la ruptura; en el segundo, a la deformación, y se refieren a la cantidad de carga que un cuerpo soporta antes de que se produzca cada una de ambas. La flexibilidad es la cualidad opuesta a la rigidez.

Lo deseable es una gran resistencia, y una rigidez tal, que la deformación se inicie tarde, pero con flexibilidad suficiente como para que una vez comenzada dicha deformación, se extienda por un amplio intervalo antes de que el material se rompa.

Hablando de la materia prima, es deseable una densidad relativamente baja para minimizar los daños ante el eventual derrumbe total del edificio, o ante el desprendimiento de algunos componentes de la edificación. No es fácil equilibrar este requerimiento con los anteriores, pero cualquiera sea el material utilizado, debe ser de la mejor calidad posible, y superar los controles correspondientes.

El área perimetral de seguridad tiende a evitar el efecto dominó de la caída de una edificación que podría arrastrar a todas las adyacentes.

¿Cuál es la nueva tendencia en el diseño de construcciones sismorresistentes?

Lo más moderno y novedoso en el concepto de sismorresistencia tiene todavía costos muy elevados, pero está comenzando a aplicarse en países con potencial económico y alta sismicidad, como Japón por ejemplo, y se relaciona con la tendencia de pensar el sismo como lo que realmente es: algo de tal naturaleza y energía que es imposible oponerse a él. En consecuencia, la presente investigación se dirige hacia nuevos diseños que acompañen el movimiento, en lugar de intentar resistirlo.

Para eso se está trabajando en la concepción de plataformas móviles de materiales flexibles, sobre las cuales se asientan las construcciones; y en monstruosos sistemas de fuelles que permiten hasta cierto punto que las construcciones se agiten con el pasaje de las ondas, volviendo luego indemnes a su posición inicial.

Conceptualmente es la aproximación más promisoria, pero hay muchísimas dificultades técnicas y económicas que todavía se deben superar.

¿Cuánta garantía de seguridad ofrecen las construcciones sismorresistentes?

Si quieren una respuesta corta aquí va; ninguna.

Para una respuesta más elaborada, hay que tener presente que las eventos sísmicos no son simples, producen esfuerzos que fluctúan rápidamente de manera caótica, y nunca se repiten de manera idéntica en el mismo lugar. Por otra parte, se cuenta con estadísticas sísmicas incompletas, ya que no en todos los sitios hay un buen monitoreo de larga data.

Es decir, que se puede intentar una mayor seguridad, pero ella nunca será absoluta. El terremoto de Kobe, en 1995, es un triste ejemplo de ello. Las normas de regulación inicialmente muy estrictas, permitieron a la ciudad resistir numerosos eventos, conduciendo a considerarla como indestructible (me suena a Titanic) y a aflojar un tanto los requerimientos a partir de los años ochenta. El 16 de enero de 1995, un sismo de magnitud 7.2 produjo el colapso de 50.000 edificios y arrojó un total de unas 5.000 muertes (humanas), dejando claramente demostrado, que la única forma de enfrentarse a la Naturaleza, es aceptando sus reglas.

Bueno, hasta aquí llegamos por hoy, nos vemos el miércoles. Un abrazo Graciela

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P.S.: Las fotos que ilustran el post son gentileza de Paulino, lector del blog, y corresponden al mismo edifico, antes y después del devastador sismo de Chile de 2010.