Ingeniería civil e Ingeniería sísmica: Ingeniería sismorresistente

Si se trata de comentar sobre desastres naturales, el sismo es el que más se menciona en el ámbito de la ingeniería civil, pero ¿a qué se debe esto? Tomemos algunos datos de consecuencias de sismos para contestar esta pregunta, el terremoto más intenso registrado hasta la fecha golpeó Chile el 22 de mayo de 1960, con una magnitud de 9.5 grados en la escala Richter. Fue el terremoto más grande del mundo, percibido en todo el cono sur de América. Murieron 1.655 personas, 3.000 resultaron heridas, y 2.000.000 perdieron sus hogares, en 2004 se produjo un terremoto de 9.1 grados en el Océano Índico, con epicentro cerca de la costa oeste de Sumatra (Indonesia). Casi 228.000 personas murieron o desaparecieron debido al sismo. Ahora queda en evidencia el por qué un sismo puede ser el peor enemigo de la ingeniería civil. Por tal motivo es de gran importancia el desarrollo de la ingeniería sísmica y de la ingeniería civil en conjunto para generar edificaciones con diseño antisísmico que permitan brindar más soporte y, por ende, mayor seguridad al momento de un sismo.

Para la comprensión de este tema será necesario analizar a la ingeniería estructural sismorresistente que forma parte fundamental del estudio de las estructuras antisísmicas, esto con el fin de conocer que estudia y cómo contribuye, enseguida se analizará la estructura y tipos de construcciones que se emplean como estructuras antisísmicas.

Si bien este texto va dirigido a estudiantes de ingeniería civil con conocimientos no muy profundos en la carrera, cabe mencionar que podrá ser en su mayoría entendible por personas de todo tipo, principalmente porque tendrá un lenguaje que si bien es técnico y toca varios puntos que se estudian en la ingeniería civil, puede ser entendido por la mayoría de personas que lo lea pues también se tratará de explicar las cosas con un lenguaje común pero sin dejar a un lado todo aquel concepto que servirá para analizar y explicar con detalle todo lo relacionado con el tema.

Introducción

La ingeniería civil, trabajando de la mano con la ingeniería sísmica ha logrado desarrollar edificaciones que permiten tener mayor capacidad de soporte ante un sismo, esto es posible gracias a que la ingeniería sísmica brinda los estudios y análisis de los sismos, de esta manera la ingeniería civil toma esas herramientas para calcular, planificar y construir edificios que brinden mayor seguridad y resistencia al llevarse a cabo un sismo. Como consecuencia del trabajo de ambas en conjunto existe la ingeniería estructural sismorresistente.

La ingeniería estructural sismorresistente ha logrado sin lugar a duda que se dé un avance enorme en cuanto a ingeniería civil, en materia de calidad de vida y seguridad social. Nos permite tener construcciones que sean capaces de soportar una catástrofe tan grande como lo es un sismo, que sin lugar a duda es un temor para la sociedad en común, no solo porque no es capaz de ser predecible, sino también porque puede llegar a ser un factor que cause perjuicios de magnitud enorme.

Es por eso que el trabajo en conjunto de estas ingenierías, la civil y la sísmica, en conjunto es un gran soporte para la seguridad de una población ante un sismo, es una herramienta que previene catástrofes y brinda muchas cosas positivas a la sociedad.

Ingeniería sísmica e Ingeniería civil: Ingeniería Estructural Sismorresistente

El desarrollo de la ingeniería civil y la ingeniería sísmica ha dado valiosos resultados para el desarrollo de construcciones sismorresistentes, la principal hazaña es lograr el desarrollo de la ingeniería sismorresistente que es factor fundamental el momento de planificar, calcular y construir una edificación.

• El riesgo sísmico

A lo largo de los años el sismo ha sido uno de los factores más preocupantes para la ingeniería civil, pues es a causa de estos desastres se pierden impresionantes cantidades de vidas humanas, numerables cantidades de pérdidas económicas y todo eso sin tomar en cuenta el sufrimiento de las poblaciones que son víctimas de semejantes catástrofes naturales.

En el año de 1910 la sociedad sismológica de América identificó tres problemas principales de riesgo sísmico: el terremoto como tal, más particularmente el contexto donde ocurre, el movimiento del terreno asociado y su efecto sobre las construcciones. Entonces, es por eso que la ingeniería civil y la ingeniería sísmica deben trabajar de la mano, esto con el fin de evitar la vulnerabilidad de una población frente a un sismo, y de esa manera evitar las pérdidas que se tienen tras un sismo (económicas, vidas humanas, ecológicas, ambientales, etc.)

• Ingeniería Estructural Sísmorresistente

La ingeniería Estructural Simorresistente es una disciplina que surgió no hace mucho tiempo y que surgió como una manera de dar solución a las catástrofes que surgieron a raíz de terremotos. Para esto se propuso establecer una fuerza estática horizontal para representar el efecto sísmico cuyo valor se estima como un 10% del peso de la estructura. Con esto se buscó representar la manera en la que interactúa una construcción con un sismo y los efectos inerciales producidos por la vibración sísmica sobre la construcción. La ingeniería estructural sismorresistente tiene como principal objetivo el buscar, analizar, diseñar y construir estructuras que brinden soporte, seguridad y resistencia al momento de un sismo, esto con el fin de que se logren evitar las diferentes catástrofes a raíz de un sismo.

Es importante recalcar que no es posible cambiar la naturaleza de un sismo, pero esta ingeniería brinda toda herramienta para reducir el impacto de un sismo hacia una construcción y de esa manera evitar que una población sea vulnerable ante un sismo, de tal manera que aplicando medidas sistemáticas de prevención el daño producido por un sismo pueda controlarse y reducirse a cantidades aceptables.

Diseño Sísmico de Estructuras

• Sistemas de Resistencia Lateral

Las partes de la estructura que conectan la masa de la misma al suelo y resisten los desplazamientos o fuerzas equivalentes se les denominan Sistemas de Resistencia Lateral. Estos sistemas usualmente son capaces de resistir solo fuerzas que resultan del suelo paralelas a ellos mismo, sin embargo pueden resistir terremotos gracias a la acción combinada de la altura y anchura de un edificio con Sistemas de Resistencia implementada en un edificio. Sin embargo cada Sistema de Resistencia es diferente entre edificios, pues cada uno requiere soporte conforme a su estructura. Figura 3.1

Figura 3.1 Tipos de tensores en un SRL

Es las construcciones que hacen uso de estas resistencias las conexiones entre las vigas y las columnas estás diseñadas para resistir la rotación de la columna contigua de la columna y de esa manera soportar al momento de un sismo de una magnitud no tan elevada.

• Técnicas Innovadoras

A lo largo de los últimos años numerosas cantidades de técnicas innovadoras se han desarrollado con el propósito de dar mayor resistencia a las edificaciones pues estas ayudan a un edificio a evitar las fuerzas que un sismo produce. Estas técnicas innovadoras pueden ser divididas en dos: control pasivo y control activo. La primera técnica, el control pasivo, a diferencia del control activo no necesita de una intervención activa.

EL control activo necesita de una supervisión en la estructura y buscar activamente control de las masas y fuerzas en la estructura, con el propósito de desarrollar una estructura ideal. Esta técnica depende de la modificación de la masa de la estructura, rigidez y propiedades geométricas durante su respuesta dinámica de una manera que neutralice y reduzca los desplazamientos excesivos.

• Tipos de edificaciones y sus diseños sismorresisntentes.

• Edificios con estructura de madera

Estos tipos de edificios suelen ser de tamaño pequeño y su estructura está divida en principalmente 4 partes que son base de una estructura de madera: sistema de techo/piso, que está compuesto por una vigueta de madera, un revestimiento de madera vertical y un revestimiento de madera recto, los sistemas de paredes se componen de una plataforma de madera y un apartadero horizontal, los cimientos que se componen principalmente de un tensor balado en la pared, cimientos de concreto y cimientos de ladrillo y por último los detalles principalmente compuestos por una chimenea reforzada de ladrillos y una diagonal como elemento de el Sistema de Resistencia Lateral.

Sin embargo estos edificios pueden perder resistencia tras un sismo, por ejemplo las paredes de estas construcciones no tienen las suficiente resistencia en cuanto a movimientos horizontales y por lo tanto pueden llegar a deformarse de una manera excesiva, por lo cual será necesario que se le de mantenimiento para que se conserve en optimas condiciones y no sea derrumbada tras un sismo.

Imagen tomada de : Chen, W. y Lui, E. (2006). Earthquake Engineering for Structural Design. USA: Taylor and Francis Group.

• Edificios con estructura de acero

Estas estructuras son tal vez las más ideales al momento de considerar construir una estructura antisísmica, pues no solo tienen estructura de acero sino también cuentan con otros elementos como concreto, ladrillo y mampostería que por supuesto al ser elementos que también son resistentes permiten que la estructura tenga mayor soporte y resistencia al momento de un sismo. Cabe mencionar que cimentado en el Sistema de resistencia lateral se hace uso de tensores como el V, Chervron, que es el tensor V invertido, el tensor X, etc.

Estos edificios tienen como estructura una mezcla de elementos como se mencionó anteriormente que conforme se quiera establecer la estructura pueden incluirse o no, entonces esta estructura está principalmente compuesta de: la estructura de acero, que es el esqueleto de la edificación, una losa que puede ser de madera, concreto reforzado o una losa de metal sobre vigas de acero, por otro lado está la construcción de la pared la cual puede ser construida a base de metal, ladrillo, cristal, paneles de concreto, concreto reforzado o una unidad sólida de mampostería.

Imagen tomada de de: Chen, W. y Lui, E. (2006). Earthquake Engineering for Structural Design. USA: Taylor and Francis Group.

• Edificios de concreto

Estas estructuras generalmente son más anchas que las de metal y sin embargo están debajo de la resistencia requerida y es menos dúctil. Sin embargo son capaces de resistir sismos de no gran magnitud, siempre y cuando estén sobre un suelo que tenga una capacidad de carga que permita dar resistencia y soporte al momento de llevarse a cabo un sismo. Cabe mencionar que estos edificios son los más construidos pues son económicos y brindan resistencia, por lo cual se prefiere construir edificios de este tipo. La estructura simplificada de un edifico de concreto se compone de: sistema de losa, compuesto de un techo de grandes vigas, una losa de concreto y vigas y una superficie de concreto, por otro lado tenemos el sistema de pared que se compone de un soporte de paredes internas y externas de concreto.

Imagen tomada de: Chen, W. y Lui, E. (2006). Earthquake Engineering for Structural Design. USA: Taylor and Francis Group.

Conclusión

Ahora tras ver cómo y de qué manera influyen tanto la ingeniería sísmica y la ingeniería civil en conjunto con el fin de dar herramientas a la ingeniería estructural sismorresistente, como se estructuran y planifican las estructuras con diseño antisísmico y por su puesto cuáles son los motivos por los que es necesario el estudio y desarrollo de estás ingenierías.

Una vez recapitulado esto podemos decir que esta ingeniería es importante para brindar seguridad a la sociedad ante un terremoto y soporte para evitar que estas edificaciones sean una pérdida económica y de esa manera evitar catástrofes provocadas por los sismos.

Aunque algunos digan que estas edificaciones son obsoletas y no brinden seguridad ni soporte a las estructuras es cierto decir que esto es debido a que no se aplican las medidas que se requieren para que estas estructuras sean sismorresistentes, entonces es necesario tomar las medidas necesarias para que estas construcciones tengan éxito en su objetivo.

Finalmente desde mi punto de vista estas edificaciones son si no indispensables, si son importantes para la sociedad, traen cosas positivas no solo por prevenir sino también al momento del desarrollo y avance de una civilización, es importante que se empiecen a considerar en zonas con mayor actividad sísmicas principalmente para brindar seguridad y confort a las familias que ahí habitan.

Bibliografía

• 1. Crisafulli, F. (2013). Diseño Sismorresistente de Construcciones de Acero. Chile: Alacero.

• 2. Chen, W. y Lui, E. (2006). Earthquake Engineering for Structural Design. USA: Taylor and Francis Group.

• 3. Martínez, Francisco. Estructuras Sísmorresistentes. Algunas Consideraciones. [En Linea] Blog Personal. 2013 [Fecha de consulta: 20 Septiembre 2015] Disponible en https://xfma.wordpress.com/2013/02/05/estructuras-sismoresistentes-algunas-consideraciones-capitulo-0/

Autor:

Gustavo Alberto Gutiérrez Montiel

Maestro: Juan Carlos Carmona Rendón

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ingeniería: Ingeniería Civil

Materia: Desarrollo de Habilidades en el uso de las Tecnologías de la Investigación y la Comunicación