El uso de barras de acero en la construcción de edificios es una de las técnicas de resistencia más implementada para mejorar la resistencia frente a los terremotos, porque este metal es capaz de deformarse sin romperse, y por lo tanto evita el colapso de la estructura ante eventos sísmicos. Sin embargo, construir muros reforzados con “aislamiento en base”, especie de amortiguador que se ubica entre el edificio y el movimiento del suelo, mejoraría el desempeño de las edificaciones en un 90%, y además reduciría a la mitad el uso del acero.
En países como Colombia, una zona de alta sismicidad, las autoridades establecen que toda obra estructural debe cumplir con un mínimo de sismorresistencia bajo la norma NSR–10 de 2010, la cual obliga a que todo espacio ocupado de carácter habitable sea estable y brinde bienestar y calidad, protegiendo la vida de las personas. Pese a esta norma, la Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres colombiana estima que cerca del 80 % de las viviendas en el país no están preparadas para resistir sismos.
Con este precedente, el ingeniero civil Jorge Alexander Niño Castaño, magíster en Ingeniería – Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), propone un nuevo enfoque de diseño sismorresistente para la construcción de estructuras de muros de concreto reforzado, utilizando “aislamiento en base”.
Cuál es la nueva técnica constructiva frente a los terremotos
La nueva técnica constructiva para mejorar la resistencia de los edificios frente a los terremotos es la denominada como aislamiento en base. Se trata de una especie de soporte de caucho laminado que en Colombia se emplea en edificaciones como hospitales, edificios de salones de aulas en universidades y centros comerciales, entre otros, y su mayor aplicación es en puentes vehiculares.
El ingeniero explica que “las edificaciones de muros de concreto reforzado suelen construirse bajo la premisa de empotramiento en el suelo, es decir, integradas al suelo directamente mediante un sistema de cimentación, y en este caso los muros están diseñados para resistir las fuerzas verticales y los empujes horizontales generados en los sismos”.
“Por eso es necesario modificar el diseño tradicional de las estructuras de muros de concreto reforzado, pues a pesar de las exigencias normativas no hay garantía de que la estructura no sufra ante un terremoto”.
Análisis de estructuras
En la investigación se tomaron los diseños de tres edificios de apartamentos reales, localizados en zonas de amenaza sísmica alta, de 8, 12 y 16 pisos, construidos en muros de concreto reforzado, y se estimó cómo sería el aislamiento en base.
El desempeño de estas estructuras, es decir qué tan viable es que después de un sismo no colapse y se pueda habitar de nuevo, se midió mediante modelos numéricos y midas Gen, un software de simulación. Se utilizaron 11 pares de sismos registrados por la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) de los Estados Unidos.
Se tomaron 11 de los 22 sismos mundiales registrados por la FEMA, de diferentes magnitudes, duraciones y características. “Primero analicé el comportamiento en las estructuras de muros de concreto reforzado con base fija, y después con la instalación del aislamiento en base, para comparar los diseños finales y comprobar su desempeño”, explica el investigador.
Al analizar la aceleración de cada edificio, o sea “qué tanto se sacudieron” y su desplazamiento, el magíster clasificó el desempeño de cada uno, así: totalmente operacional, entre 0 y 0,2 %; operacional, entre 0,2 y 0,5 %; seguro, con algunos daños menores, entre 0,5 y 1,50 %; proximidad al colapso, entre 1,5 y 2,5 %, que da la oportunidad de desalojar, y el colapso superior al 2,5 %.
Cuál es la ventaja del aislamiento en base
“Como resultado, el aislamiento en base permite mantener los tres edificios en un grado de desempeño totalmente operacional, se puede habitar de forma inmediata después de un sismo, a pesar de tener una reducción del acero en un 50 % en sus muros, además de que las aceleraciones de piso reducen en un 60 % y protege el contenido interior, como televisores o neveras.
Con respecto a la reducción de la cantidad de acero, la estructura de 8 pisos contaba con 110 toneladas (tonf) de acero, y con la base aislada se redujo a 39 tonf; el de 16 pisos, con 199 tonf iniciales, se bajó a 45 tonf, y el de 18 pisos, de 105 tonf se redujo a 102 tonf.
En Colombia el kilogramo del acero cuesta 4.800 pesos en promedio, pero con estimar una reducción de 4 a 2 varillas es suficiente para determinar la magnitud del ahorro.
“Así se determinó que es posible implementar nuevas técnicas de diseño estructural para viviendas de bajo coste, como los apartamentos de interés social o prioritario. Esto mejoraría su desempeño ante exigencias sísmicas si se aplicara en todo tipo de edificaciones. Tales eventos no se pueden evitar, pero sí reducir su impacto y afectación en las ciudades y las personas”, concluyó el magíster.
