Nunca temas. Si no está listo para vivir en una casa con forma de pelota de fútbol que sea resistente a los terremotos y flote en el agua, es posible que tenga otras opciones en sus manos. © Yuriko Nakao / Reuters / Corbis La Edad del Bronce vio el surgimiento de varias civilizaciones exitosas, incluidos algunos que lograron construir ciudades impresionantes con rejillas ordenadas y plomería sofisticada. Ahora, Los científicos piensan que la actividad tectónica puede haber contribuido a la desaparición de algunas de estas culturas antiguas. Por ejemplo, Una investigación realizada en la ciudad de Meguido (ahora parte del actual Israel) sugiere que un terremoto masivo puede haber devastado la ciudad. que conduce a las capas en forma de sándwich que se encuentran en las excavaciones. Y una serie de terremotos pueden haber derribado a la civilización Harappa (en lo que ahora es Pakistán), que desapareció repentinamente en 1900 a. C.
Hoy somos igualmente susceptibles a las secuelas de terremotos poderosos. Cuando se expone a las fuerzas laterales repentinas producidas por ondas sísmicas, incluso los edificios y puentes modernos pueden fallar por completo y colapsar, aplastando a la gente en, sobre y alrededor de ellos. Si algo, el problema se ha agravado a medida que más personas viven en entornos urbanos y las estructuras han crecido. Afortunadamente, en las últimas décadas, arquitectos e ingenieros han ideado una serie de tecnologías inteligentes para garantizar que las casas, las unidades de viviendas múltiples y los rascacielos se doblan pero no se rompen. Como resultado, Los habitantes del edificio pueden salir ilesos y empezar a recoger los pedazos.
En las próximas páginas, hemos reunido 10 de estas tecnologías que frustran los temblores. Algunos han existido durante varios años. Otros, como el primer elemento de nuestra cuenta regresiva, son ideas relativamente nuevas que aún se están probando.
Resulta que se pensaba que el antiguo Capitolio del Estado de Utah era vulnerable a un terremoto moderado, por lo que se enganchó a su propio sistema de aislamiento de base, que se completó en 2007. iStockphoto / Thinkstock Los ingenieros y sismólogos han favorecido el aislamiento de bases durante años como un medio para proteger los edificios durante un terremoto. Como sugiere su nombre, este concepto se basa en separar la subestructura de un edificio de su superestructura. Uno de estos sistemas consiste en hacer flotar un edificio sobre sus cimientos sobre cojinetes de caucho de plomo, que contienen un núcleo de plomo sólido envuelto en capas alternas de caucho y acero. Las placas de acero unen los cojinetes al edificio y su base y luego, cuando golpea un terremoto, Permita que la base se mueva sin mover la estructura sobre ella.
Ahora, algunos ingenieros japoneses han llevado el aislamiento de bases a un nuevo nivel. Su sistema en realidad levita un edificio sobre un colchón de aire. Así es como funciona:los sensores del edificio detectan la actividad sísmica reveladora de un terremoto. La red de sensores se comunica con un compresor de aire, cuales, medio segundo después de recibir la alerta, fuerza el aire entre el edificio y sus cimientos. El colchón de aire levanta la estructura hasta 1,18 pulgadas (3 centímetros) del suelo, aislándolo de las fuerzas que podrían destrozarlo. Cuando el terremoto amaine, el compresor se apaga, y el edificio vuelve a asentarse hasta sus cimientos. Lo único que falta es el tema principal del "Greatest American Hero".
Los amortiguadores no son solo para automóviles. Si ibas en el salto en paracaídas de Coney Island en el pasado, te hubiera gustado ver los amortiguadores descansando en la parte inferior, listo para suavizar tu aterrizaje. iStockphoto / Thinkstock Otra tecnología probada y verdadera para ayudar a los edificios a resistir los terremotos se inspira en la industria automotriz. Estás familiarizado con el amortiguador - el dispositivo que controla el movimiento de resorte no deseado en su automóvil. Los amortiguadores ralentizan y reducen la magnitud de los movimientos vibratorios al convertir la energía cinética de la suspensión que rebota en energía térmica que se puede disipar a través del fluido hidráulico. En física, esto se conoce como mojadura , razón por la cual algunas personas se refieren a los amortiguadores como amortiguadores.
Resulta que los amortiguadores pueden ser útiles al diseñar edificios resistentes a los terremotos. Los ingenieros generalmente colocan amortiguadores en cada nivel de un edificio, con un extremo unido a una columna y el otro extremo unido a una viga. Cada amortiguador consta de una cabeza de pistón que se mueve dentro de un cilindro lleno de aceite de silicona. Cuando golpea un terremoto, el movimiento horizontal del edificio hace que el pistón en cada amortiguador empuje contra el aceite, transformando la energía mecánica del terremoto en calor.
El amortiguador de masa sintonizado en Taipei 101 en Taiwán © Victor Fraile / Corbis La amortiguación puede adoptar muchas formas. Otra solución, especialmente para rascacielos, implica suspender una masa enorme cerca de la parte superior de la estructura. Los cables de acero soportan la masa, mientras que los amortiguadores de fluido viscoso se encuentran entre la masa y el edificio que está tratando de proteger. Cuando la actividad sísmica hace que el edificio se balancee, el péndulo se mueve en la dirección opuesta, disipando la energía.
Los ingenieros se refieren a tales sistemas como amortiguadores de masa sintonizados porque cada péndulo está sintonizado con precisión a la frecuencia vibratoria natural de una estructura. Si el movimiento del suelo hace que un edificio oscile a su frecuencia de resonancia, el edificio vibrará con una gran cantidad de energía y probablemente sufrirá daños. El trabajo de un amortiguador de masa sintonizado es contrarrestar la resonancia y minimizar la respuesta dinámica de la estructura.
Taipei 101, que se refiere al número de pisos en el 1, Rascacielos de 667 pies de altura (508 metros de altura), utiliza un amortiguador de masa sintonizado para minimizar los efectos vibratorios asociados con terremotos y vientos fuertes. En el corazón del sistema hay un 730 toneladas (660 toneladas métricas), bola de color dorado suspendida por ocho cables de acero. Es el amortiguador de masa sintonizado más grande y pesado del mundo.
¿Sabes cómo se funde un fusible eléctrico si está sobrecargado? Los ingenieros están tratando de incorporar ese concepto en la protección contra terremotos de los edificios. iStock / Thinkstock En el mundo de la electricidad un fusible proporciona protección al fallar si la corriente en un circuito excede un cierto nivel. Esto interrumpe el flujo de electricidad y evita el sobrecalentamiento y los incendios. Después del incidente, simplemente reemplace el fusible y restaure el sistema a la normalidad.
Investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de Illinois han estado experimentando con un concepto similar en la búsqueda de construir un edificio resistente a los terremotos. Ellos llaman a su idea un sistema de balanceo controlado porque los marcos de acero que componen la estructura son elásticos y se les permite oscilar sobre los cimientos. Pero eso por sí solo no sería una solución ideal.
Además de los marcos de acero, los investigadores introdujeron cables verticales que anclan la parte superior de cada marco a la base y limitan el movimiento de balanceo. No solo eso, los cables tienen una capacidad de autocentrado, lo que significa que pueden tirar de toda la estructura en posición vertical cuando se detiene el temblor. Los componentes finales son los fusibles de acero reemplazables colocados entre dos marcos o en las bases de las columnas. Los dientes metálicos de los fusibles absorben la energía sísmica a medida que el edificio se balancea. Si "soplan" durante un terremoto, se pueden reemplazar de forma relativamente rápida y rentable para restaurar el edificio a su original, forma de corte de cinta.
Investigadores de la Universidad de San Diego, California, probaron un edificio con estructura de madera de cuatro pisos en las condiciones de varios terremotos históricos utilizando la mesa vibratoria al aire libre más grande del mundo el 17 de agosto. 2013. © Mike Blake / Reuters / Corbis En muchos edificios modernos de gran altura, Los ingenieros utilizan la construcción de paredes de núcleo para aumentar el rendimiento sísmico a un costo menor. En este diseño, un núcleo de hormigón armado atraviesa el corazón de la estructura, rodeando los bancos de ascensores. Para edificios extremadamente altos, la pared del núcleo puede ser bastante sustancial:al menos 30 pies en cada dirección del plano y de 18 a 30 pulgadas de espesor.
Si bien la construcción de la pared central ayuda a los edificios a resistir los terremotos, no es una tecnología perfecta. Los investigadores han descubierto que los edificios de base fija con paredes centrales aún pueden experimentar deformaciones inelásticas significativas, grandes fuerzas de cizallamiento y aceleraciones dañinas del piso. Una solución, como ya hemos comentado, implica aislamiento de la base:flotar el edificio sobre cojinetes de caucho de plomo. Este diseño reduce las aceleraciones del piso y las fuerzas de corte, pero no evita la deformación en la base de la pared del núcleo.
Una mejor solución para estructuras en zonas sísmicas requiere una pared de núcleo oscilante combinada con aislamiento de la base. Una pared de núcleo oscilante se balancea a nivel del suelo para evitar que el hormigón de la pared se deforme permanentemente. Para lograr esto, Los ingenieros refuerzan los dos niveles inferiores del edificio con acero e incorporan postensado a lo largo de toda la altura. En sistemas de postesado, Los tendones de acero se enroscan a través de la pared del núcleo. Los tendones actúan como bandas de goma, que se puede estirar firmemente mediante gatos hidráulicos para aumentar la resistencia a la tracción de la pared del núcleo.
Estamos acostumbrados a ver anillos concéntricos en el agua ondulante. Algunos sismólogos piensan que los anillos concéntricos de plástico pueden ser útiles para proteger los edificios de los daños causados por un terremoto. Pero, ¿qué sucede con los edificios cercanos si las ondas superficiales continúan su camino con toda su fuerza? Hemera / Thinkstock Puede pensar en agua o sonido al considerar el tema de las olas, pero los terremotos también producen olas, clasificado por los geólogos como cuerpo y ondas superficiales . Los primeros viajan rápidamente por el interior de la Tierra. Estos últimos viajan más lentamente a través de la corteza superior e incluyen un subconjunto de ondas, conocido como Ondas de Rayleigh - que mueven el suelo verticalmente. Este movimiento hacia arriba y hacia abajo causa la mayor parte de los temblores y daños asociados con un terremoto.
Ahora imagina si pudieras interrumpir la transmisión de algunas ondas sísmicas. ¿Podría ser posible desviar la energía o desviarla alrededor de áreas urbanas? Algunos científicos piensan que sí, y han denominado a su solución la "capa de invisibilidad sísmica" por su capacidad para hacer que un edificio sea invisible a las ondas superficiales. Los ingenieros creen que pueden crear el "manto" de 100 anillos de plástico concéntricos enterrados debajo de los cimientos de un edificio [fuente:Barras]. A medida que se acercan las ondas sísmicas, entran en los anillos por un extremo y quedan contenidos dentro del sistema. Aprovechado dentro del "manto, "las olas no pueden transmitir su energía a la estructura de arriba. Simplemente pasan alrededor de los cimientos del edificio y emergen por el otro lado, donde salen de los anillos y reanudan su viaje de larga distancia. Un equipo francés probó el concepto en 2013.
Ryo Ota, gerente de grupo de Olympus Optical Company en Japón, sostiene un tubo de aleación con memoria de forma. Los ingenieros creen que estos materiales inteligentes podrían resultar útiles para prevenir daños a los edificios por terremotos. © TWPhoto / Corbis Como comentamos anteriormente en la cuenta regresiva, la plasticidad de los materiales presenta un gran desafío para los ingenieros que intentan construir estructuras resistentes a los terremotos. Plasticidad describe la deformación que se produce en cualquier material cuando se le aplican fuerzas. Si las fuerzas son lo suficientemente fuertes, la forma del material se puede alterar permanentemente, lo que compromete su capacidad para funcionar correctamente. El acero puede sufrir deformaciones plásticas, pero también el hormigón. Y, sin embargo, ambos materiales se utilizan ampliamente en casi todos los proyectos de construcción comerciales.
Introducir el aleación con memoria de forma , que puede soportar fuertes tensiones y aún así volver a su forma original. Muchos ingenieros están experimentando con estos llamados materiales inteligentes como sustitutos de la construcción tradicional de acero y hormigón. Una aleación prometedora es el níquel titanio, o nitinol, que ofrece de un 10 a un 30 por ciento más de elasticidad que el acero [fuente:Raffiee]. En un estudio de 2012, investigadores de la Universidad de Nevada, Reno, comparó el comportamiento sísmico de pilares de puentes de acero y hormigón con pilares de nitinol y hormigón. La aleación con memoria de forma superó a los materiales tradicionales en todos los niveles y experimentó muchos menos daños [fuente:Raffiee].
Esta señal de advertencia de terremoto se colocó en la entrada de la basílica de la Misión Carmel en Carmel, Calif. La basílica comenzó a recibir una modernización sísmica en 2012. © Michael Fiala / Reuters / Corbis Tiene sentido considerar la resistencia a los terremotos cuando está construyendo una nueva estructura, pero la modernización de edificios antiguos para mejorar su comportamiento sísmico es igualmente importante. Los ingenieros han descubierto que agregar sistemas de aislamiento de base a las estructuras es factible y económicamente atractivo. Otra solución prometedora, mucho más fácil de implementar, requiere una tecnología conocida como envoltura de plástico reforzado con fibra , o FRP . Los fabricantes producen estas envolturas mezclando fibras de carbono con polímeros aglutinantes, como epoxi, poliéster, éster de vinilo o nailon, para crear un peso ligero, pero increíblemente fuerte, material compuesto.
En aplicaciones de reequipamiento, los ingenieros simplemente envuelven el material alrededor de columnas de soporte de hormigón de puentes o edificios y luego bombean epoxi presurizado en el espacio entre la columna y el material. Según los requisitos de diseño, Los ingenieros pueden repetir este proceso seis u ocho veces, creando una viga envuelta en momia con una resistencia y ductilidad significativamente más altas. Asombrosamente, Incluso las columnas dañadas por terremotos se pueden reparar con envolturas de fibra de carbono. En un estudio, Los investigadores encontraron que las columnas debilitadas del puente de la carretera cubiertas con el material compuesto eran entre un 24 y un 38 por ciento más fuertes que las columnas sin envolver [fuente:Saadatmanesh].
Mejillones:Son sabrosos y prácticos para protegerlos de los terremotos. iStock / Thinkstock Mientras que los ingenieros se las arreglan con las aleaciones con memoria de forma y las envolturas de fibra de carbono, anticipan un futuro en el que incluso mejores materiales pueden estar disponibles para la construcción resistente a los terremotos. Y la inspiración para estos materiales probablemente provenga del reino animal. Considere el mejillón humilde, un molusco bivalvo que se encuentra adherido a rocas oceánicas o, después de haber sido removido y cocido al vapor en vino, en nuestro plato. Para permanecer apegado a sus precarias perchas, los mejillones segregan fibras pegajosas conocidas como hilos de byssal . Algunos de estos hilos son rígidos y rígidos, mientras que otros son flexibles y elásticos. Cuando una ola choca contra un mejillón, se queda quieto porque los hilos flexibles absorben el impacto y disipan la energía. Los investigadores incluso han calculado la proporción exacta de fibras rígidas a flexibles - 80:20 - que le da al mejillón su pegajosidad [fuente:Qin]. Ahora se trata de desarrollar materiales de construcción que imiten al mejillón y su asombrosa capacidad para quedarse quieto.
Otro hilo interesante proviene del extremo sur de las arañas. Todos sabemos eso, libra por libra, la seda de araña es más fuerte que el acero (solo pregúntale a Peter Parker), pero los científicos del MIT creen que es la respuesta dinámica del material natural sometido a una gran tensión lo que lo hace tan único. Cuando los investigadores tiraron y tiraron de hebras individuales de seda de araña, encontraron que los hilos estaban inicialmente rígidos, luego elástico, luego rígido de nuevo. Es este complejo respuesta no lineal que hace que las telas de araña sean tan resistentes y que el hilo de araña sea un material tan tentador para imitar en la próxima generación de construcciones resistentes a los terremotos.
En esta ilustración, puedes ver la catedral de cartón diseñada por el arquitecto japonés Shigeru Ban. La estructura temporal, que también utiliza madera, acero y una base de hormigón, tendrá capacidad para 700 clientes mientras se construye una catedral permanente. Catedral de Christchurch a través de Getty Images ¿Y qué pasa con los países en desarrollo? ¿Dónde no es económicamente viable incorporar tecnologías antisísmicas en casas y edificios de oficinas? ¿Están condenados a sufrir miles de bajas cada vez que la tierra tiemble? No necesariamente. Equipos de ingenieros están trabajando en todo el mundo para diseñar estructuras resistentes a los terremotos utilizando materiales disponibles localmente o fácilmente obtenibles. Por ejemplo, en Perú, Los investigadores han fortalecido las estructuras tradicionales de adobe reforzando las paredes con malla plástica. En India, Los ingenieros han utilizado con éxito el bambú para fortalecer el hormigón. Y en Indonesia, algunas casas ahora se apoyan en cojinetes fáciles de fabricar hechos con llantas viejas llenas de arena o piedra.
Incluso el cartón puede volverse resistente, material de construcción duradero. El arquitecto japonés Shigeru Ban ha diseñado varias estructuras que incorporan tubos de cartón revestidos con poliuretano como elementos de encuadre primarios. En 2013, Ban dio a conocer uno de sus diseños, la Catedral de Transición, en Christchurch, Nueva Zelanda. La iglesia utiliza 98 tubos de cartón gigantes reforzados con vigas de madera [fuente:Slezak]. Debido a que la estructura de cartón y madera es extremadamente ligera y flexible, funciona mucho mejor que el hormigón durante eventos sísmicos. Y si colapsa es mucho menos probable que aplaste a las personas reunidas en el interior. Considerándolo todo, hace que quieras tratar los tubos de cartón que se encuentran en tu rollo de papel higiénico con un poco más de respeto.
Cuando ocurrió el terremoto de Virginia en 2011, Estaba a unas 55 millas (89 kilómetros) del epicentro. Produjo un estruendo parecido a una locomotora y movió la tierra de una manera inquietante que es difícil de describir. En las pequeñas ciudades de Louisa y Mineral, cerca de la casa de mi madre, un par de estructuras colapsaron, y muchos más sufrieron daños importantes. Si bien el terremoto en sí fue aterrador, lo que fue más perturbador fue nuestra sensación colectiva de que, estando tan lejos del Anillo de Fuego y la constante amenaza de actividad tectónica, de alguna manera estábamos aislados de este tipo de eventos. Me hace preguntarme si los códigos de construcción en Virginia se han actualizado para incorporar algunas de estas tecnologías resistentes a los terremotos.
