Cuando un terremoto de gran magnitud azota una región de la Tierra, las imágenes muestran, además de los múltiples dramas personales, una variedad enorme de daños materiales: edificios derrumbados, estructuras dañadas, paredes agrietadas, etc. Cuando nos recuperamos del estado de shock, siempre llama nuestra atención cómo las distintas edificaciones han reaccionado ente el temblor. Mientras unas parecen intactas o presentan tan sólo unas cuantas grietas, pero se mantienen en pie, otras se han derrumbado totalmente, llevándose, a veces, la vida las personas que tuvieron la mala suerte de estar bajo su techo ¿A qué se debe tan distinto comportamiento? Nuestro invitado hoy en Hablando con Científicos, Jesús Donaire Ávila, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos e investigador de Ingeniería de Estructuras en la especialidad de Ingeniería Sísmica, explica en este programa algunas de las múltiples causas que pueden precipitar un derrumbamiento de un edificio y las distintas propuestas técnicas que existen para hacer sismo-resistente a una edificación.

Jesús Donaire comenta las causas por las que unos edificios colapsan y otros no, durante un movimiento sísmico. Los que somos ajenos al tema solemos descargar nuestras sospechas en los constructores o arquitectos que diseñaron los edificios derrumbados, sin embargo, existen otras causas que no dependen por entero de factores humanos. Una de ellas tiene que ver con la conjunción entre las frecuencias propias de vibración del edificio y las producidas por el movimiento sísmico. Para entender el significado de “frecuencia propia” podemos imaginar lo que sucede cuando golpeamos un tambor, pulsamos una cuerda de guitarra o forzamos una barra flexible y la soltamos, por poner unos ejemplos. Todos esos cuerpos tienden a vibrar en una frecuencia característica, ésa es su frecuencia propia de vibración. Prácticamente cualquier cuerpo rígido tiene una frecuencia a la que le “gusta” vibrar y un edificio, también.

El problema surge cuando las vibraciones del terreno producidas por un movimiento sísmico tienen una frecuencia similar a la de un edificio situado encima de él, algo que, por desgracia, suele suceder, porque el rango de frecuencias de los edificios y las ondas sísmicas son muy similares. Lógicamente, cada edificio es diferente y su frecuencia de vibración propia cambia. Lo mismo sucede con los terremotos, los cuales generan ondas sísmicas de distintas características en función de la distancia, la profundidad a la que se encuentra la falla, etc. Así, ante un movimiento sísmico, si las ondas generadas coinciden con la frecuencia propia de un edificio, los efectos se amplifican y pueden producir daños irreparables en la estructura, hasta el punto de provocar su colapso. En cambio, otras construcciones, cuya frecuencia propia de vibración sea diferente, soportarán mejor las acometidas del terremoto.

Con las premisas anteriores, diseñar edificios que resistan a todas las posibles sacudidas sísmicas es prácticamente imposible. No obstante, son muchas las cosas que se pueden hacer. Desde principios del siglo pasado, tanto el estudio de los movimientos sísmicos, cuyo origen y transmisión son materia de estudio para los sismólogos, generalmente geofísicos, así como los avances en las técnicas de construcción sismo-resistentes han permitido a los ingenieros y arquitectos desarrollar técnicas que ofrecen un grado de protección creciente ante los fenómenos de naturaleza sísmica.

Durante la entrevista, Jesús Donaire describe la cara de asombro de sus estudiantes cuando les explica que los expertos en ingeniería sísmica “proyectan los edificios para que se rompan durante un terremoto”. Esta aparente incongruencia tiene su explicación. Dado que la construcción de un edificio resistente a todos los eventos sísmicos posibles es inviable, los diseñadores optan por una solución menos costosa que permita, al menos, la protección de las personas que están dentro del edificio. Para ello, primero estudian las características sísmicas del lugar con el objeto de determinar cuáles son los riesgos más probables para las edificaciones de la zona en cuestión. Si el lugar tiene una actividad sísmica no muy elevada, aunque históricamente se hayan producido movimientos esporádicos de mayor magnitud, el edificio se construye de manera que resista los sismos de intensidad media y, para salvaguardar la seguridad de los habitantes en los casos de mayor intensidad, se añaden ciertos elementos constructivos diseñados expresamente para disipar parte de la energía durante el movimiento sísmico. Estos elementos pueden ser de varios tipos y podrían llegar a romperse durante el evento, protegiendo así la integridad de la edificación y la seguridad de las personas que se encuentran en ella.

Jesús Donaire explica con detalle los problemas y algunas de las soluciones que la Ingeniería sísmica propone para la construcción de edificios sismo-resistentes. Unas soluciones que se obtienen gracias a las investigaciones en ingeniería sísmica, como las que realiza el “Grupo de Mecánica de Sólidos de la Universidad de Granada”: https://mse.ugr.es/miembros/34566/,
Os invito a escuchar a Jesús Donaire Avila es Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos y Profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Minera de la Escuela Politécnica Superior de Linares, Universidad de Jaén.

Referencias:

Donaire-Ávila et al,. Intensity measures for the seismic response prediction of mid-rise buildings with hysteretic dampers. Engineering Structures 102 (2015) 278–295

Amadeo Benavent-Climent, Jesús Donaire-Avila, and Elena Oliver-Saiz. “Shaking table tests of a reinforced concrete waffle–flat plate structure designed following modern codes: seismic performance and damage evaluation” Earthquake Engng Struct. Dyn. 2016; 45:315–336