Ingeniería sísmica para niños
La ingeniería sísmica es una rama de la ingeniería que se encarga de estudiar cómo se comportan los edificios y otras construcciones cuando ocurre un terremoto. Su objetivo principal es diseñar y construir estructuras que puedan resistir los movimientos del suelo causados por los sismos, protegiendo así a las personas y sus propiedades. Combina conocimientos de la ingeniería estructural (cómo se construyen las partes de un edificio) y la ingeniería civil (cómo se diseñan y construyen infraestructuras).
Contenido
- Ingeniería Sísmica: Protegiendo Edificios de Terremotos
- Ingeniería Sísmica en España
- Galería de imágenes
- Véase también
Ingeniería Sísmica: Protegiendo Edificios de Terremotos
La ingeniería sísmica es fundamental en zonas donde los terremotos son frecuentes. Gracias a ella, se pueden crear edificios y puentes más seguros.
¿Qué Busca la Ingeniería Sísmica?
Los ingenieros sísmicos tienen varios objetivos importantes:
- Entender cómo interactúan los edificios y las infraestructuras (como puentes y tuberías) con el suelo durante un terremoto.
- Predecir qué podría pasar en las ciudades si ocurre un terremoto fuerte y cómo afectaría a las construcciones.
- Diseñar, construir y mantener estructuras que puedan soportar los terremotos, cumpliendo con las normas de seguridad.
- Ayudar a que las personas se sientan más seguras en sus hogares y lugares de trabajo, sabiendo que están protegidos.
Un edificio bien diseñado no tiene por qué ser extremadamente fuerte o costoso. Las herramientas más avanzadas en ingeniería sísmica son las tecnologías que controlan la vibración, especialmente el aislamiento de la base o cimentación.
¿Cómo Protegemos los Edificios?
La energía que un edificio recibe durante un terremoto puede ser manejada de tres formas principales:
Resistencia: Edificios Fuertes
Consiste en hacer que las partes del edificio sean lo suficientemente fuertes para soportar las fuerzas del terremoto sin romperse. Esto a veces requiere que los elementos sean muy grandes y robustos.
Ductilidad: Flexibilidad para Soportar
Se trata de diseñar las partes del edificio para que puedan deformarse un poco sin colapsar. Esto significa que el edificio podría sufrir algunos daños, pero no se derrumbaría. Es como si el edificio fuera un poco "flexible" para absorber la energía.
Disipación: Absorbiendo la Energía
Aquí se añaden elementos especiales al edificio que tienen la función de absorber la energía del terremoto. Estos elementos no soportan el peso del edificio en su vida normal, solo actúan durante un sismo. Hay tres tipos principales:
Aislamiento Sísmico
Esta técnica "desconecta" el edificio del suelo. Se colocan dispositivos especiales en la base del edificio para que la energía del terremoto no entre directamente en la estructura, haciendo que el edificio se mueva menos.
Amortiguadores Pasivos
Son elementos que añaden una "amortiguación" extra al edificio, absorbiendo la energía del terremoto para que no dañe la estructura. Pueden ser de diferentes tipos, como de aceite, metal o materiales especiales. A veces, estos amortiguadores deben ser reemplazados después de un terremoto fuerte.
Amortiguadores Activos
Estos elementos absorben la energía moviéndose de forma controlada. Un ejemplo famoso es el amortiguador de masa del Taipei 101, que se mueve para absorber la energía del viento o de un terremoto.
Un mismo edificio puede usar varias de estas técnicas combinadas para ser más seguro ante un terremoto.
¿Cómo se Comportan los Edificios ante un Terremoto?
El comportamiento sísmico de una estructura se refiere a su capacidad para seguir funcionando y ser segura durante y después de un terremoto. Un edificio se considera seguro si no pone en peligro la vida de las personas al derrumbarse. Se considera útil si puede seguir cumpliendo las funciones para las que fue diseñado.
Las normas de ingeniería sísmica actuales buscan que un edificio pueda soportar un terremoto muy fuerte, aunque sufra daños importantes, sin llegar a derrumbarse por completo. Para terremotos más pequeños y frecuentes, el edificio debería seguir funcionando sin problemas.
Evaluando el Comportamiento Sísmico
Los ingenieros necesitan saber cómo se comportará un edificio ante un terremoto. Esto se puede hacer de dos maneras:
Pruebas Experimentales
Son pruebas costosas donde se coloca un modelo (a escala) del edificio en una mesa vibratoria que simula los movimientos del suelo durante un terremoto. Se observa cómo reacciona el modelo. Estas pruebas se han hecho por más de cien años, y recientemente se han podido hacer pruebas con edificios de tamaño real.
Debido a su alto costo, estas pruebas se usan principalmente para entender cómo se comportan las estructuras y para verificar los modelos de computadora.
Análisis por Computadora
El análisis sísmico estructural usa modelos detallados del edificio en la computadora, junto con métodos de cálculo, para entender mejor cómo se comportará la estructura. Esta técnica es más reciente y se basa en la dinámica estructural.
Los métodos más avanzados permiten simular el comportamiento del edificio incluso cuando empieza a sufrir daños. Esto se hace usando programas de computadora que pueden modelar cómo se deforman las diferentes partes del edificio.
Diseño Sismorresistente: Construyendo Seguro
El diseño sismorresistente se basa en principios y criterios de ingeniería para diseñar o adaptar estructuras que estarán expuestas a terremotos. Estos criterios se actualizan constantemente con los nuevos conocimientos. Por eso, seguir las normas no garantiza que un edificio sea invulnerable, pero sí que sea mucho más seguro.
El costo de un mal diseño sísmico puede ser enorme. El diseño sísmico siempre ha sido un proceso de prueba y error, combinando leyes físicas con la experiencia sobre cómo se comportan los materiales y las formas de las estructuras.
Para diseñar estructuras antisísmicas, un ingeniero debe conocer:
- Datos sobre terremotos y criterios de diseño.
- Características de los sistemas de ingeniería sísmica.
- Fuerzas que actúan durante un terremoto.
- Procedimientos de análisis sísmico.
- Detalles de construcción y control de calidad.
Las estructuras se diseñan para "resistir" el terremoto más grande que se espera en su ubicación. Esto significa que se busca minimizar la pérdida de vidas evitando que los edificios se derrumben. El diseño sísmico se logra entendiendo cómo podría fallar una estructura y dándole la fuerza, rigidez y flexibilidad adecuadas para evitar esos fallos.
Requisitos Clave del Diseño
Los requisitos de diseño sísmico dependen del tipo de estructura, su ubicación y las normas locales. Por ejemplo, en California, las normas para puentes nuevos se basan en cómo se desplaza la estructura, no solo en la fuerza que puede soportar.
Además del diseño del edificio, los requisitos sísmicos pueden incluir la "estabilización del terreno" debajo de la estructura. A veces, el suelo muy sacudido puede romperse, causando el colapso del edificio. Temas importantes son la licuefacción del suelo (cuando el suelo se comporta como líquido), las presiones en muros de contención y la estabilidad de las laderas.
Las instalaciones nucleares tienen criterios de diseño sísmico mucho más estrictos debido a la importancia de su seguridad.
Fallas Comunes en Terremotos
Un "modo de falla" es la forma en que una estructura se daña o colapsa durante un terremoto. Aprender de cada fallo real ayuda a mejorar los métodos de diseño sísmico. Aquí te mostramos algunos tipos de fallos:
Daños en Mampostería
Los edificios de mampostería (ladrillos o bloques) sin refuerzo adecuado pueden sufrir grietas graves o muros inclinados. Si el techo o los pisos no están bien unidos a los muros, pueden separarse y causar el colapso.
Efecto de Pisos Blandos
Ocurre cuando el piso inferior de un edificio no es lo suficientemente rígido. Esto puede causar que el piso inferior se deforme mucho o colapse, mientras los pisos superiores permanecen más intactos.
Licuefacción del Suelo
En suelos sueltos y saturados de agua, las sacudidas de un terremoto pueden hacer que el suelo se comporte como un líquido. Esto provoca que los edificios se hundan de forma desigual o se inclinen, como ocurrió en Niigata, Japón, en 1964.
Desprendimientos de Rocas
Los terremotos pueden actuar como un "disparador" para que grandes masas de tierra o rocas se desprendan de las laderas, causando daños a lo que encuentren a su paso.
Golpes entre Edificios
Cuando dos edificios están muy cerca y vibran de forma diferente durante un terremoto, pueden chocar entre sí, causando daños importantes.
Problemas con el Refuerzo de Acero
Si el acero de refuerzo dentro del hormigón no está bien colocado o no es suficiente, las columnas y vigas pueden fallar. Esto se vio en el terremoto de Northridge, donde las juntas de un edificio de oficinas se destrozaron.
Deslizamiento de Cimientos
Un edificio puede deslizarse sobre sus cimientos si no está bien anclado a ellos, como ocurrió en el terremoto de Whittier Narrows en 1987, donde un edificio se movió 10 centímetros.
Fallo de Columnas y Vigas
Las columnas de hormigón armado pueden reventar si no tienen suficiente refuerzo para soportar las fuerzas de corte. Esto puede llevar al colapso de puentes o edificios.
Fallo de Muros de Contención
Los muros que retienen la tierra pueden agrietarse o colapsar durante un terremoto, como se vio en el terremoto de Loma Prieta.
Propagación Lateral del Terreno
Cuando el suelo se licúa en una capa subterránea, la capa superior de tierra puede moverse lateralmente, causando daños importantes a las estructuras que se asientan sobre ella.
Daños por Tsunami
Los terremotos submarinos pueden generar tsunamis, que son olas gigantes que inundan las zonas costeras, causando una destrucción masiva. El terremoto del Océano Índico de 2004 generó tsunamis de hasta 30 metros de altura.
Ingeniería Sísmica en España
En España, las zonas con mayor riesgo de terremotos son Andalucía Oriental, Murcia y la Comunidad Valenciana. Las Canarias también tienen riesgo por ser islas volcánicas. Para construir edificios en estas regiones, es obligatorio seguir la norma de construcción sismorresistente NCSE-02, que asegura que las estructuras sean más seguras.
Galería de imágenes
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El edificio Alto Río, de 15 pisos, en Concepción, colapsó producto del terremoto de Chile de 2010.
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La sede de ONU en Puerto Príncipe después del terremoto de Haití.
Véase también
- Aislamiento sísmico
- Escala Medvedev-Sponheuer-Karnik
- Escala sismológica de Mercalli
- Estructura Presforzada
- Escala sismológica de Richter
- Simulación por computadora
- Vulnerabilidad sísmica
