Terremotos, ¿cómo afecta el sismo a los edificios?

Un terremoto es un fenómeno de sacudida brusca y pasajera de la corteza terrestre producida por la liberación de energía acumulada en forma de ondas sísmicas. Los más comunes se producen por la actividad de fallas geológicas.

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Mapa de las placas tectónicas que al moverse originan los seismos

Cerca del punto donde se originó el sismo (epicentro) se perciben movimientos intensos tanto verticales como horizontales; mientras que en lugares alejados cientos de kilómetros, el movimiento predominante es el horizontal.

Las estructuras se dimensionan, normalmente, para cargas de tipo gravitatorio, es decir, cargas estáticas que actúan sobre un elemento. Las acciones sísmicas, así como otras acciones no gravitatorias, son cargas dinámicas.

Cuando se somete una construcción a movimiento horizontal del terreno, se generan fuerzas laterales (fuerzas de inercia o fuerzas sísmicas). Las fuerzas a que es sometida la estructura dependen de su masa y de su altura; mientras más peso en la parte superior, mayor es la fuerza lateral que se generará en la construcción.

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El movimiento que generan los terremotos consiste en una vibración en la superficie de la tierra cuya dirección contiene las tres componentes espaciales: dos horizontales y una vertical. Ese movimiento vibratorio produce unas fuerzas de inercia que sacuden los edificios horizontal y verticalmente, y en algunas ocasiones también se generan fuerzas de rotación que complican todavía más el comportamiento y la estabilidad de la estructura.

Realmente, la componente horizontal de la acción sísmica (en cierto modo similar a la del viento) es mucho más importante que la vertical, ya sea la estructura de mampostería, ladrillo, hormigón o acero. Aunque en algunos terremotos de gran magnitud se han llegado a registrar aceleraciones horizontales próximas a la de la gravedad, movimientos mas pequeños pueden producir daños muy graves en los elementos verticales de los edificios (pilares, columnas, muros,…), que son los que más influyen en su estabilidad, por lo que un fallo en ellos pueden hacer colapsar el edificio. Por tanto, se requiere que la seguridad sismorresistente sea superior en los nudos que en sus piezas -vigas o pilares- y que la de estos últimos sea superior a la de las vigas (viga debil – pilar fuerte)

Si se sobrepasa el régimen elástico de algún material puede deformarse sin tender a recuperar su forma (régimen plástico) o si responde frágilmente, romperse. Desde este punto de vista los materiales de construcción más seguros son los elásticos y coherentes (como la madera y el hormigón armado).

sismo 10En caso de que coincida la frecuencia de la onda sísmica y la frecuencia de oscilación del edificio se produce el fenómeno de la resonancia. Esto producirá, probablemente, el derrumbe del edificio. Normalmente, sin embargo, se originan grandes deformaciones y la rotura de algunas partes del edificio varía su frecuencia de oscilación por lo que la construcción tenderá a estabilizarse.

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Uso de disipadores de energía como método de construcción sismorresistente

Al analizar los efectos que producen los terremotos, la configuración urbanística de las ciudades adquiere gran interés. A lo largo de la historia la forma de las ciudades ha ido transformándose, pasando de trazados con calles irregulares, en particular correspondiente a la época islámica en España, a otras con calles más amplias, rectilíneas y perpendiculares entre sí. Este cambio ha estado motivado fundamentalmente por la propia evolución de los conceptos urbanísticos, pero en algunos casos también por la necesidad de trasladar a otros lugares las ciudades destruidas por terremotos. La anchura de las calles puede ser un factor crítico a la hora de favorecer los daños. En calles estrechas, la caída de casas puede afectar a las contiguas como si se tratase de un castillo de naipes. Desde un punto de vista de la protección civil, este tipo de calles pueden quedar colapsadas, con lo que el acceso de las ayudas y suministros puede dificultarse enormemente.

El tipo de suelo en el que asientan los edificios, su relieve, la pendiente del terreno, la geología superficial y en profundidad y en general las características de las últimas decenas de metros influyen notablemente en la percepción del movimiento sísmico y pueden ser determinantes en los daños originados.

Los suelos blandos amplifican el movimiento, por lo que muchas veces el daño que produce un sismo no es debido a la mala calidad de la construcción, sino a la poca solidez del suelo. En el terremoto de Lisboa de 1755, se consideró la posibilidad de desplazar la ciudad de Lisboa hacia la zona de Belén, donde la dureza del suelo era más favorable. Un fenómeno bastante curioso que generó este terremoto fue el de la licuefacción, o pérdida de la capacidad de transmisión de esfuerzos motivada por la acción sísmica, lo que hace que el suelo se comporte como si se tratara de un lodo inestable. Podemos citar como ejemplo paradigmático de este fenómeno el terremoto de Niigata (Japón) de 1964, donde los edificios se inclinaron completamente sin que llegase a romperse la estructura.

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Fallo por licuefacción en la cimentación sin fallo estructural en los edificios tras el terremoto de Niigata (Japón 1964)

En el terremoto de 1806, los daños en Santa Fe (Granada) se atribuyeron a que el terreno sobre el que se asentaba la ciudad era “cenagoso, flojo y desigual”. También, al analizar la reconstrucción de Torrevieja, por el terremoto de 1829 se planteó el efecto del suelo al considerarse por algunos la necesidad de trasladar la ciudad a una nueva ubicación situada a poco más de media legua ya que en ese lugar no habían caído las casas.

Además de las características del terreno situado bajo los edificios, los terremotos, a partir de una determinada magnitud pueden producir efectos en la naturaleza que de forma indirecta ocasionan gravísimos daños en las construcciones. Uno de los más destructivos, como recientemente se ha puesto de manifiesto, son los tsunamis u olas gigantescas capaces de destrozar aquellos edificios cuya estructura resulte más endeble. El terremoto y tsunami de Japón en 2011 de intensidad 9 produjo un maremoto con olas de hasta 40 metros y afectó a toda la costa del Pacífico incluso en el continente americano, el seismo afectó a puertos, aeropuertos, centrales nucleares, ciudades y telecomunicaciones.  Asimismo, otros efectos geológicos de origen sísmico como los deslizamientos de ladera o la caída de grandes rocas sobre las ciudades, pueden aumentar notablemente los daños que por si mismo ha ocasionado el terremoto.

España se ha visto afectada por los seismos en múltiples ocasiones. En los siglos IV y VIII hubo temblores y maremotos en el Golfo de Cádiz que destruyeron la ciudad de Baelo Claudia, en 1431 otro movimiento produjo graves daños en la Alhambra de Granada, en 1522 un terremoto de magnitud 6.5 destruyó la ciudad de Almería. En 2011 se registró un sismo de magnitud 5.1 en Lorca especialmente destructor debido a la combinación de poca profundidad y magnitud moderada. Recientemente, en enero de 2016, se produjo un temblor en el Mar de Alborán afectando a Melilla.

La actividad sísmica tiene gran presencia en varios puntos de la geografía mundial sobre todo en el Cinturón de Fuego y en la Falla de San Andrés, es decir,  en la zona de Japón, Indonesia,  toda la zona de los Andes, la costa oeste de USA, Chile, etc.

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Terremoto de San Francisco en 1906
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Terremoto en Valdivia (Chile) en 1906

Los terremotos ocurridos en las Islas Filipinas entre los años 1863 y 1880 marcan el principio de la normativa legal en España. El sismo de 1863 prácticamente destruyó la ciudad de Manila. Los efectos que los terremotos de 1880 produjeron en una Iglesia de la ciudad filipina de Pangasinam, muestran como los diferentes periodos de oscilación de estructuras contiguas y de diferente rigidez pueden verse afectadas.

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Efectos del terremoto de 1880 en la Iglesia de San Jacinto en Pangasinam (Filipinas)

La filosofía que encierran las normas sismorresistentes modernas es tratar de evitar el colapso general o local de las estructuras bajo terremotos fuertes y reducir al mínimo los daños estructurales y no estructurales ante terremotos de mediana intensidad. En primer lugar, la normativa ha de considerar una diferenciación según el tipo de edificio o construcción de que se trate. No es lo mismo hacer un almacén para guardar fruta que construir un gran hospital.

Las normas modernas tienen en cuenta en el diseño estructural el concepto de ductilidad o capacidad de deformarse un elemento resistente sin llegar a romperse. Con objeto de evitar las pérdidas humanas, se diseña un edificio para que ante un terremoto importante pueda deformarse un determinado elemento de la estructura (viga, soporte, nudo,…) que aunque lo haga inservible para su uso y hubiese que derribarlo posteriormente, sin embargo, no colapse.

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Explicación gráfica de ductilidad del material

Respecto a la distribución de masas en el edificio, se debe procurar que estén dispuestas de la forma mas uniforme posible a lo largo de la altura. La rigidez también debe distribuirse gradualmente en altura, y para una misma planta, es necesario uniformidad y simetría. Ningún elemento estructural debe cambiar bruscamente de rigidez, por lo que si se colocan plantas diáfanas junto con otras plantas muy compartimentadas, se deberá tener en cuenta la diferencia de esta característica. En general, deben colocarse elementos de gran rigidez en el perímetro exterior de la planta y que las vías generales de evacuación, como las escaleras, estarán dotadas de una resistencia y ductilidad adicional para facilitar su utilización en caso de terremoto.

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Uniformidad y simetría en los edificios para que el centro de rigidez y el centro de masa estén lo más cerca posible

Otros aspectos a tener en cuenta, ya observados en terremotos históricos, es la necesidad de que toda construcción debe estar separada de las colindantes una distancia mínima para mitigar los efectos del choque entre ellas durante los movimientos sísmicos y también evitar la instalación de conducciones generales atravesando planos de junta entre edificios, salvo que dispongan de enlaces flexibles adecuados.

Los terremotos ocurren de forma inesperada y aunque la tecnología permite predecirlos no siempre es posible avisar con tiempo a la población, por eso es aconsejable solicitar a un experto que le revise la estructura física de su residencia o local y haga las reparaciones indicadas además de sujetar a la pared los muebles altos y cualquier objeto que pueda caer. Si nos encontramos en una situación de sismo y el terremoto nos sorprende dentro de un edificio, el consejo es quedarse en el interior y buscar refugio bajo un mueble resistente como una mesa o escritorio, junto a un muro de carga, bajo el dintel de una puerta, lejos de ventanas, espejos y objetos que se puedan caer, si se decide salir, nunca utilizar el ascensor, siempre bajar por las escaleras y, una vez en la calle, situarse lejos de edificios (en especial de tejados y fechadas), árboles, postes eléctricos o puentes que puedan derrumbarse y caer, siempre son preferibles los lugares abiertos, alejados lo más posible de las casas y, una vez allí, quedarse en él hasta que cese el temblor.

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Mapa sísmico de España. Norma de Construcción Sismorresistente Española NCSE 02

 

 

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