Tecnología ayudaría a que edificios queden habitables tras sismos

 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.