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Terremotos como los del 24 de junio en Venezuela quiebran vidas, arrasan barrios y universos enteros.
El sismo doble dejó, según cifras oficiales hasta el momento, más de 4.700 muertos. Y un balance oficial del 7 de julio informó de 856 edificios afectados y 190 colapsados.
Ante las imágenes de devastación, la gran pregunta es qué tipo de construcciones pueden proteger vidas.
En países con sismos frecuentes como Chile, por ejemplo, con cada terremoto se ha perfeccionado el conocimiento sobre esas estructuras y hoy en día el país está a la vanguardia en ingeniería antisísmica.
BBC Mundo habló con dos expertos chilenos reconocidos a nivel internacional en este tema. El ingeniero civil estructural Juan Carlos de La Llera, actualmente rector de la Pontificia Universidad Católica de Chile, desarrolló avances en técnicas sismorresistentes utilizadas en distintas partes del mundo. Y Eduardo Kausel es Profesor Emérito del Departamento de Ingeniería Civil del MIT, el Instituto Tecnológico de Massachusetts.
¿Qué es una construcción sismorresistente?
Existen dos grandes filosofías para el diseño de este tipo de estructuras, y cada una tiene una respuesta diferente, señala De La Llera.
En la filosofía convencional, que es la que está en la gran mayoría de las normativas sísmicas del mundo, en un terremoto muy severo “la estructura puede sufrir daño, puede quedar esencialmente inutilizada, pero no puede colapsar, precisamente para evitar el gran problema que hemos visto en las estructuras en La Guaira en Venezuela, donde se produce el colapso y las personas quedan atrapadas y fallecen directamente por aplastamiento”.
En la filosofía de diseño más moderna, en cambio, en un sismo muy severo “el edificio esencialmente no debería sufrir daño y debería quedar incluso operativo en la mayoría de las veces”.
Esta segunda opción incorpora en edificios técnicas como los aisladores sísmicos y los disipadores de energía.
De acuerdo a De La Llera, estas técnicas reducen el movimiento de una estructura durante un sismo entre 8 y 10 veces.
“Introduce en la estructura elementos que tienen dos funciones. Una es aislar la estructura del suelo, como si la hicieras colgar desde el cielo para que el suelo se mueva libremente y no le pase nada a la estructura. La otra es incorporar dentro de esa estructura elementos que absorben la energía, que es la que produce el daño en el edificio”.
Construcciones convencionales
Los edificios sismorresistentes convencionales se refuerzan con técnicas tradicionales. Hay numerosos factores a tener en cuenta, pero De La Llera y Kausel dieron a BBC Mundo ejemplos de algunos principios básicos.
Enfierraduras
El miembro estructural de hormigón o concreto ( ya sea una viga, columna, o pared resistente) debe contener una cantidad adecuada de lo que se conoce como “enfierradura”.
“Si está hecha solamente de concreto, al someterla a una carga, esta tendrá una característica frágil y se agrietará y quebrará como si fuese de vidrio. Pero al agregarle barras de fierro y someterla a esa misma carga, el material se transformará en uno que permitirá deformación, que tendrá ‘ductilidad’, la capacidad plástica para resistir la deformación sin romperse”, explica Kausel.
Esa combinación de hormigón y enfierradura es lo que comúnmente se llama hormigón armado.
Kausel demuestra el concepto de enfierradura con una tiza de pizarrón. Si intentamos doblarla, la tiza se rompe. Pero si la envolvemos por ejemplo en cinta scotch, al intentar doblarla, resiste.
“Ese es el papel que hace la enfierradura que está dentro del concreto. Pueden aparecer fisuras, pero no se desarma”, afirma Kausel.
Debe haber además una correcta adhesión entre el fierro y el hormigón, ya que de lo contrario los fierros se deslizarían.
Las barras deben tener el tamaño y número suficientes, además de estriaciones —una superficie áspera que da buen agarre al hormigón— y rodearse de “estribos”.
“Supongamos que tenemos una columna circular. Los fierros generalmente van en la periferia, no en el centro. Pero además, cada cierto espacio, cada 30 o 40 cm, dependiendo de las normas, tiene que haber un estribo, que es un fierro circular que amarra a estos fierros”.
Es esencial “confinar” el hormigón adecuadamente de esa forma, es decir, amarrar bien la enfierradura con estribos o cinturones de acero para que las barras no se “pandeen” (se desplacen lateralmente al ser comprimidas), ya que eso causaría una falla frágil, señala el experto del MIT.
Calidad del hormigón
“A veces le agregan al hormigón más agua de la que se debe porque es más fácil trabajarlo. Eso hace un concreto muy débil. O tiene mucha arena. O no lo trabajaron bien”, señala Kausel.
“Y tiene que haber un control de calidad, tomar muestras del hormigón en distintas partes para asegurarse de que satisface las especificaciones y es resistente”.
En el caso de Chile, explica, tiene códigos muy rigurosos y con muy control de calidad al respecto.
Muros
Las construcciones deben tener un corazón muy fuerte de muros estructurales en ambas direcciones, norte-sur y este-oeste.
Por ejemplo, señala Kausel que algo que es “fatal” y puede quebrar un edificio es el “primer piso no rígido o flexible”, el típico a ras de suelo en el que se quitan muros para crear espacios amplios para comercios o estacionamientos.
“En un terremoto es lo primero que se rompe. Eso se vio una y otra vez en Turquía”.
En Chile, agrega, si se hacen estacionamientos “pero hay un enjambre de muros resistentes también. No está todo abierto.”
Conexiones
De La Llera destaca la importancia de que la losa, el elemento que separa dos pisos, esté bien conectada a los elementos perimetrales.
“Si hay conexiones que son muy débiles, eso también es muy peligroso”.
En el diseño sismorresistente es clave la atención al detalle, apunta Kausel.
“Cómo usted hace la unión de las columnas con las vigas, las losas. Si no está todo bien anclado y continuo, si hay una discontinuidad que es débil, ahí se concentran los daños y eso puede propagarse por el resto del edificio”.
Aisladores sísmicos
De La Llera y su grupo patentaron numerosos avances en esta tecnología más moderna, que han aplicado en construcciones desde Perú a Nueva Zelanda.
“La gran mayoría de los edificios fueron diseñados, o co-diseñados por la empresa SIRVE, de la cual la Universidad Católica participa como dueña, dado que las tecnologías son de la universidad”, señala el ingeniero.
¿Cómo se logra aislar un edificio del suelo y “colgarlo del cielo”?
“Lo primero que viene en un edificio es que tú excavas el suelo y generas lo que se llaman los cimientos o las fundaciones, que son como los zapatos de la estructura”, explica el experto.
“En un edificio convencional a partir de esa cimentación nace toda la estructura, que está fija al suelo”.
Cuando se colocan a nivel de la cimentación aisladores sísmicos, en cambio, es como si el edificio estuviera “sobre patines”.
“El dispositivo es igual que una torta de milhojas. Tiene capas de goma natural, de acero, goma, acero, goma, acero, y tú formas una torta vulcanizada, que se trabaja en temperatura y en presión. Es como un patín, muy flexible horizontalmente, pero muy rígido verticalmente, porque si fuera blando verticalmente el edificio con su peso se aplastaría”.
Cuando el suelo se mueve durante un terremoto, el edificio se desliza.
“Si el edificio ‘patina’ respecto de la base, el terremoto no es capaz de introducirle energía adentro para que vibre, porque lo que produce la vibración es la energía que le transmite el movimiento del suelo”.
Los aisladores sísmicos pueden colocarse incluso en edificios ya construidos. Su uso no es obligatorio en Chile, pero prácticamente todos los hospitales del país ya están aislados sísmicamente.
“En Chile se exigió esto porque tienen que quedar operativos. En Turquía en 2023 fue terrible, cayeron una cantidad enorme de hospitales y no tenían dónde recibir a los pacientes”.
“En Perú también pasa con los hospitales, pero no el resto de las estructuras”.
Y, explica, que en Japón es algo totalmente común en todos los edificios.
Disipadores o “amortiguadores”
La otra técnica moderna es la de los disipadores de energía, que según explica De la Llera funcionan como el amortiguador de un auto.
Cuando hay un bache en un camino, la rueda se mueve, pero ese efecto no es transmitido a la cabina donde va el conductor porque hay un amortiguador entre la rueda y la carrocería del vehículo.
“En un edificio con disipadores de energía pasa exactamente lo mismo. Aquí el edificio está fijo al suelo, igual que en la técnica convencional. Pero cuando en un terremoto el edificio empieza a oscilar y los pisos comienzan a desplazarse unos respecto de otros, el disipador absorbe esa energía e impide que la deformación entre los pisos sea grande y el daño se reduce sustancialmente”.
Kausel señala que un ejemplo de aplicación de disipadores de energía es la Torre Costanera Center en Santiago de Chile, que con 62 pisos y 300 metros de altura es el edificio más alto de Sudamérica. “Sobrevivió el Gran Terremoto del Maule de 2010 (de magnitud 8.8) sin grietas ni daño ninguno”.
El efecto del suelo
Es crucial realizar estudios geotécnicos del suelo antes de construir. Los suelos blandos en particular pueden causar graves problemas.
La Guaira, por ejemplo, una de las zonas más afectadas en Venezuela, “es una zona de rellenos aluviales y por lo tanto el suelo amplifica mucho el movimiento”, señala De La Llera.
El ingeniero explica el efecto de un suelo blando con la analogía de un tazón lleno de gelatina.
“Piensa que el tazón representa la parte dura o firme del suelo. Si mueves el tazón, la gelatina se mueve mucho más, es decir, el movimiento se amplifica”.
De la misma forma, un movimiento en la roca que puede haber sido de baja intensidad “al encontrarse con este suelo, que es como esa gelatina, produce una amplificación enorme”.
Los suelos blandos pueden tener además otro grave efecto llamado resonancia.
Kausel explica que “cada edificio tiene una manera de vibrar como las cuerdas de un violín. Y el sismo también tiene lo que se llama frecuencias dominantes, la razón a la cual se mueve lateralmente”.
“En los edificios de mucha altura”, agrega, “la manera de vibrar de un lado a otro es muy lentamente”.
El tiempo que tarda un edificio en esa oscilación es lo que se conoce como periodo.
Si hay una sintonización entre la frecuencia o periodo de la estructura, con la frecuencia del suelo, “produce un fenómeno muy, muy dramático, que es la resonancia, y eso hace que los edificios amplifiquen enormemente el movimiento”, explica De La Llera.
Kausel señala que “en algunos casos, si el suelo no es muy malo, se puede reforzar, inyectar cemento, poner pilotes”.
Los estudios geotécnicos son fundamentales también para detectar el riesgo de un fenómeno llamado “licuefacción”.
“El suelo tienes que imaginarlo como una especie de panel de abejas cuando lo miras en forma microscópica. Es una composición de sólidos, de aire y de agua”, explica De La Llera.
“Imaginemos en forma sencilla que cada uno de los paneles de los elementos estuviera lleno de agua. Eso se llama un suelo que está saturado”.
“Y cuando un suelo está saturado hay un momento en que el movimiento del suelo hace que la presión del agua que está dentro simplemente destruya toda la resistencia que tiene”.
“Eso se llama licuefacción, y es cuando un suelo se transforma en un fluido”.
Es posible bombear o extraer agua del suelo saturado para evitar este problema. Pero si hay licuefacción debajo de un edificio, “el edificio se vuelca”.
Defectos de construcción en Venezuela
Tanto De La Llera como Kausel señalan que las imágenes de edificios colapsados en Venezuela indican fallas de construcción.
“Las imágenes que yo he visto muestran algunas falencias estructurales grandes. Basta mirarlas para darse cuenta de que falta enfierradura, faltan elementos que confinen el hormigón. Eso me llamó mucho la atención”, señaló De La Llera.
“Que los pisos están uno arriba de otro, eso es netamente una falla estructural”.
“Lo que pasó en Venezuela es realmente una tragedia gigantesca”, agrega el experto.
Para Kausel, que haya habido dos sismos fuertes consecutivos no basta para explicar el “gigantesco daño”.
“Fueron intensos, pero de magnitud bastante común en países propensos a terremotos. La duración combinada fue de 90 segundos, mucho menor que la de sismos fuertes en otras regiones del mundo.
“Para mí obviamente hay defectos de construcción”.
El experto del MIT señala que dos cosas le llamaron poderosamente la atención al ver videos de Venezuela.
“La primera es que había escombros que no mostraban enfierradura ninguna, y la segunda es que en la mayoría de los edificios derrumbados sí se veía acero, pero era como espagueti. Eso no debería ser”.
“Esos espagueti deberían tener pedazos de concreto roto, pero pegado al fierro. Y no es así. Eso me indica que no había adhesión entre la enfierradura y el hormigón. Y si eso es así, entonces el fierro no ayuda a resistir”.
“Eso puede haberse debido a que los fierros carecían de estrías, o que el concreto tenía mucha agua o demasiada arena, o no estaba bien compactado, lo que hace que no haya adhesión”.
“Como una vacuna” en caso de sismos
El uso de aisladores sísmicos y disipadores de energía debería ser más frecuente, señala De la Llera.
“En los 25 años que llevo haciendo investigación en todo este tema se ha avanzado mucho, pero es increíble que esto no sea un estándar como los frenos ABS en un auto. No hay razón técnica para que no ocurra, económicamente hay soluciones al mismo costo y las ventajas son enormes”.
Y explica que en Chile se desarrollaron muchas técnicas propias para reducir el costo de aislar viviendas sociales.
“Hace una diferencia absolutamente sustantiva. Es como tener una vacuna contra una gran enfermedad donde realmente tú sabes que estás protegido”.
Kausel ofrece una reflexión final: “las normas están para ser cumplidas y no son decoración”.
“Las cosas toman su tiempo, preparar los materiales, hacer los estribos como deben estar, confinar la estructura como deber ser… No se puede ignorar la realidad científica”.
“Si no se construye bien, cualquier cosa puede pasar. En el sismo de 2023 en Turquía murió mucha gente y cayeron muchos edificios porque estaban mal construidos, incluso edificios nuevos de lujo se vinieron enteros abajo”.
La calidad del trabajo, concluye, es fundamental.
“Como dicen en el MIT, ‘no hay sustituto para la excelencia’, y todo hay que hacerlo de la mejor manera posible”.
“No se saca nada con tener en papel normas que establecen cómo hacer algo muy resistente si no se aplican y la calidad de la construcción no es buena”.
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