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Ingeniería sísmica para niños

Enciclopedia 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).

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.

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Aislamiento sísmico a la derecha.
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.

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Taipei 101, equipado con un amortiguador de masa, fue el rascacielos más alto del mundo hasta 2010.

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.

Archivo:Shaking NDC
Foto de un video del ensayo destructivo en una mesa vibratoria de una maqueta de un edificio de seis pisos de hormigón no-dúctil.

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.

Archivo:San-Francisco City Hall 1906
Ayuntamiento de San Francisco destruido por el terremoto de 1906 y el incendio.
Archivo:San Francisco in ruins view from Captive Airship above Folsom 1906
Ruinas de San Francisco tras el terremoto de 1906 y el incendio subsecuente.

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.

Archivo:Metsamor aerien
La central nuclear de Metsamor fue cerrada tras el terremoto de Armenia de 1988

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.

Archivo:LomaPrieta-SOMA
Daños típicos en edificios de mampostería no reforzada como consecuencia de terremotos.
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.

Archivo:LomaPrieta-Marina
Edificio de pisos blandos colapsó debido a una inadecuada resistencia al corte a nivel del suelo, Terremoto de Loma Prieta.
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.

Coche destrozado por desprendimiento de rocas, Terremoto de Sichuan de 2008
Golpes entre Edificios

Cuando dos edificios están muy cerca y vibran de forma diferente durante un terremoto, pueden chocar entre sí, causando daños importantes.

Archivo:St.Joseph'sSeminary Los Altos USGS
Efectos de los golpes contra el edificio adyacente, Loma Prieta.
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.

Archivo:Kaiser Permanente Building After Northridge Earthquake
Efectos de las juntas completamente destrozadas de la estructura de hormigón, Northridge.
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.

Archivo:Shifting from foundation
Deslizamiento de cimientos, terremoto de Whittier Narrows, 1987.
Archivo:Casa en frente de Playa Principal de Pichilemu, destruida
Daños por terremoto en Pichilemu.
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.

Archivo:Northridge earthquake 10 frwy2
Un refuerzo insuficiente para esfuerzo cortante provocó que las barras de refuerzo principales se doblaran, Northridge.
Archivo:022srUSGSCyprusVia
Fallo de las columnas de soporte y del tablero superior, terremoto de Loma Prieta.
Archivo:ADBC Branch in BeiChuan after earthquake
Fisuración diagonal de vigas y pilares, terremoto de Sichuan de 2008
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.

Archivo:Ground failure
Propagación lateral modo de fallo del terreno, Loma Prieta.
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.

Archivo:2004-tsunami
Tsunami golpea Ao Nang,

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

Véase también

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Ingeniería sísmica para Niños. Enciclopedia Kiddle.