Nuevos parámetros para el diseño de edificios en zonas sísmicas

El diseño de edificios en áreas geográficas afectadas por episodios sísmicos podría optimizarse gracias al desarrollo de nuevos parámetros, mejorando de esta forma la seguridad de las construcciones. Así lo establece una investigación concretada en Virginia Tech, en el marco de una iniciativa del National Institute of Standards and Technology (NIST).

El trabajo fue dirigido por Finley Charney, profesor asociado de ingeniería estructural en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Virginia Tech. El propósito es desarrollar nuevos sistemas estructurales que puedan lograr un rendimiento óptimo de los edificios durante los terremotos.

Es sabido que los terremotos de todas las intensidades pueden provocar diversos grados de daño en los edificios, siempre de acuerdo a la ubicación geográfica donde se producen y al tipo de infraestructura presente en la zona. De esta manera, un terremoto de baja intensidad de acuerdo a la escala de Richter puede ser mucho más perjudicial que un gran terremoto sobre determinadas áreas y estructuras.

En el mismo sentido, Charney y su equipo consideran que los códigos de construcción actuales son insuficientes, porque los edificios diseñados para soportar incidentes sísmicos se han desarrollado solamente para evitar el colapso en los terremotos de gran tamaño. Estos mismos edificios, sometidos a los pequeños terremotos, pueden sufrir daños excesivos, como ocurrió en 1994 durante el episodio de Northridge (California).

Nuevas normas y parámetros

En el futuro, los ingenieros estructurales deberán basar sus diseños en los conceptos de la norma Performance Based Earthquake Engineering (PBEE), en la cual el objetivo es controlar el daño y proporcionar una mayor seguridad ante un terremoto, más allá del tamaño o la intensidad del mismo.

Según Charney y Mahendra Singh, un profesor de Virginia Tech que también participó en la investigación, los nuevos sistemas estructurales diseñados a partir de las normas PBEE permitirán que los edificios registren daños insignificantes durante un terremoto de baja intensidad, daños menores en el marco de sismos moderados y una baja probabilidad de colapso durante un terremoto muy intenso.

Los estudios desarrollados por los ingenieros de Virginia Tech han permitido la creación de cuatro nuevos sistemas o parámetros de diseño compatibles con las normas PBEE, entre los que se destaca un mecanismo de prevención de colapsos en los edificios. Así se establece en una nota de prensa del centro académico y en un artículo del medio especializado Science Daily.

En tanto, el denominado sistema de obtención de híbridos permite una mejor configuración de una estructura existente. Al lograr disipar la energía sísmica producida durante el terremoto, el edificio gana en seguridad y fiabilidad frente a un incidente de importancia. Finley Charney desarrolla estas novedades en su libro “Seismic Loads, a Guide to the Seismic Load Provisions of ASCE 7”, publicado en 2010 por la American Society of Civil Engineers (ASCE).

Disminución de la incertidumbre

Otro de los avances desarrollados en el marco de esta investigación es el sistema de estándar aumentada (standard augmented), que proporciona un mejor rendimiento de los edificios al utilizar dispositivos denominados amortiguadores viscosos, destinados a colaborar en las llamadas vibraciones de control. De esta manera, se consigue una amortiguación adicional que mejora el rendimiento de la estructura ante el episodio sísmico.

Un tercer sistema (advanced augmented) utiliza dispositivos de amortiguación en conjunto con componentes metálicos especiales de rendimiento, mejorando así las condiciones de la estructura durante un terremoto. Por último, se ha creado un sistema de prevención de colapsos.

Este nuevo mecanismo cumple una función similar a un airbag en un automóvil, ya que se mantiene completamente oculto y pasivo hasta que se necesite. Está diseñado para su uso en situaciones en las cuales los daños relacionados con los terremotos frecuentes u ocasionales provoquen la inminencia de un colapso estructural total.

Los investigadores resaltaron que los cuatro nuevos diseños tienen propósitos comunes, relacionados con mejorar la integridad estructural a través de la limitación de las deformaciones residuales en los edificios o el control dinámico de estabilidad, minimizando de esta manera la incertidumbre en cuanto a la respuesta que pueden tener las construcciones durante un terremoto. Este trabajo obtuvo fondos provenientes del Building Seismic Safety Council.