Imagine un edificio que, en vez de dañarse cuando tiembla, tiene pequeños dispositivos metálicos –disipadores por fricción– diseñados para absorber parte de la energía del sismo. Eso es justo lo que puso a prueba una investigación de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), mediante simulación computacional: tres edificios virtuales, dos formas distintas de instalarles estos dispositivos y once sismos para evaluar su comportamiento. Ninguno presentó daños severos.
La posibilidad de que una edificación no solo permanezca en
pie, sino que pueda seguir utilizándose después de un terremoto cobra especial
relevancia tras lo ocurrido en Colombia el pasado 10 de agosto. Un sismo de
magnitud 7,4 sacudió el país desde San José del Palmar, Chocó. Con corte al 10
de septiembre, había dejado 331 muertos, 111 desaparecidos y 4.505 heridos,
según cifras de la Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres.
El sismo se sintió en 16 departamentos y dejó daños
estructurales graves en ciudades como Quibdó, Pereira, Manizales, Cali y
Armenia. Muchos edificios no colapsaron, pero tampoco quedaron en condiciones
de seguir habitándose.
Ese escenario está en el centro del trabajo de la ingeniera
Ángela Bernal Torres, candidata a magíster en Ingeniería – Estructuras, quien
estudió cómo lograr que un edificio no solo se mantenga en pie, sino que pueda
seguir utilizándose después de un sismo.
La normativa colombiana actual (NSR-10) exige que las
estructuras no colapsen ante un sismo fuerte, y para eso permite que vigas y
columnas se agrieten y se deformen, disipando así la energía del temblor. Esto
permite proteger y salvar vidas, pero no exige ni garantiza que el edificio
siga siendo habitable cuando el sismo termina, un aspecto en el que se
concentra la investigación de Bernal.
“La normativa no nos exige hacer un análisis de desempeño,
que es ponerle una rótula a cada viga y a cada columna para ver, paso a paso,
cómo se empieza a dañar la estructura de verdad. Ese tipo de análisis va más
allá de lo que pide la norma, y por eso en muy pocos casos se hace”, dice la
investigadora.
Los disipadores absorben parte de la energía del sismo
Se trata de piezas metálicas que se instalan en diagonal
entre dos columnas de un mismo piso, con placas apretadas entre sí en su
interior. Cuando el sismo empuja el edificio con suficiente fuerza, esas placas
empiezan a deslizarse y ese roce convierte parte de la energía del movimiento
en calor –la misma física con la que un carro frena–, en vez de dejar que toda
esa energía llegue a la estructura.
Su funcionamiento es diferente al de un aislador sísmico.
Este se instala en los cimientos del edificio para aislarlo del movimiento del
suelo, mientras que un disipador va instalado dentro de la estructura y permite
que esta se mueva ligeramente entre pisos, absorbiendo parte de la energía del
sismo y reduciendo los daños en vigas, columnas y muros.
La investigadora explica que esta tecnología ya ha sido
estudiada en países como Canadá, Estados Unidos, México y Chile, e incluso ya
se utiliza en Colombia, con el caso emblemático del Hospital El Tunal, en
Bogotá, que la usa desde 1999. Sin embargo, en el país sigue siendo la
excepción y no la regla. La norma no tiene un capítulo dedicado a ella, y
diseñarla bien exige un tipo de análisis que todavía no se aplica de manera
rutinaria.
Para evaluar su funcionamiento, Bernal recurrió a la
simulación computacional. Modeló tres edificios de concreto reforzado –de 4, 8
y 12 pisos– con los parámetros de amenaza sísmica de Cúcuta, en SAP2000, uno de
los programas de análisis más usados en el país para este tipo de estudios.
A cada edificación le instaló disipadores por fricción
siguiendo dos metodologías distintas. La primera, simplificada, calcula la
capacidad de cada disipador a partir de la fuerza sísmica que recibe cada piso.
La segunda, más precisa, “empuja” virtualmente el edificio hasta llevarlo más
allá del punto en el que empieza a ceder.
Esta segunda metodología es uno de los aspectos más
novedosos del trabajo, pues es una adaptación de un método pensado
originalmente para otro tipo de disipadores, llamados riostras restringidas al
pandeo (BRB), que la investigadora ajustó por primera vez a los de fricción.
Los BRB, más usados en Colombia, tienden a dañarse después de un sismo y
generalmente deben ser reemplazados, a diferencia de los disipadores por
fricción.
Todos resistieron
Para poner a prueba los seis modelos obtenidos, la ingeniera
Bernal los sometió a 11 sismos sintéticos o artificiales, es decir, movimientos
que no corresponden a un temblor real, sino que se generan por computador para
reproducir determinadas condiciones sísmicas. Se recurre a ellos porque no
siempre existen suficientes registros de sismos reales con el tipo de suelo y
la ubicación exactos que un estudio necesita.
De esta manera, comparó cuánta fuerza podían resistir los
edificios con y sin disipadores, llevándolos virtualmente hasta el punto en que
empezaban a fallar. Por ejemplo, en el edificio de 8 pisos, las versiones con
disipadores llegaron a resistir hasta un 35 % más de fuerza sísmica que la
misma estructura sin ellos, con hasta un 28 % menos de desplazamiento en el
punto de desempeño, que, en términos sencillos, permite establecer cómo
responde la capacidad de la estructura frente a las fuerzas que produce un
sismo. En el edificio de 12 pisos, el más alto y flexible de los tres, la
mejora fue todavía mayor: hasta 43 % más de fuerza resistida, con hasta 26 %
menos de desplazamiento.
Al revisar cuántos elementos de los edificios llegaron a
tener un daño severo, el resultado fue cero en los seis modelos; es decir,
ninguna edificación llegó al estado que la ingeniería llama “prevención de
colapso”.
Aunque los resultados son prometedores, el estudio es un
primer paso para evaluar el potencial de esta tecnología ante sismos de gran
magnitud. La investigadora de la UNAL insiste en que aún se requieren
simulaciones en edificaciones de otras zonas, de mayor altura, con
distribuciones irregulares o construidas en acero, así como en estructuras
existentes y destinadas a diferentes usos. Estos análisis también podrían
aportar elementos para futuras discusiones sobre la normativa.
Finalmente, la investigadora considera que uno de los
mayores potenciales de esta tecnología está en reforzar edificios ya existentes
–sobre todo los más viejos, construidos antes de 1998–, más que en construcción
nueva. Su aplicación con este propósito apenas comienza a evaluarse en
Colombia, por lo que se requieren nuevos estudios sobre el uso de disipadores
por fricción en este tipo de edificaciones.
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