Resiliencia

La Torre Taipei 101

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Una de las torres más altas del mundo, se encuentra en Taipéi, Taiwan; su construcción inició en 1999, fue inaugurada en 2004; y mide 509m de alto. El nombre del lugar hace referencia a los 101 pisos con los que cuenta, además de ello el edificio tiene cinco pisos subterráneo que sirven de aparcamiento. Taiwan se ubica sobre una falla geológica, por lo que siempre ha tenido sismos, por lo tanto este rascacielos es una verdadera obra maestra.

Torre Taipei 101

El edificio en su diseño inicial era de 88 pisos en principio pero como no entraba entre los más altos del mundo, se incrementó a 100 pisos con 488 metros de altura, pero como ninguno edificio llegaba a los 500 metros, se aumentó a 101 pisos con 508 metros. [1]

La resistencia de la estructura del edificio se basa en 8 columnas laterales, y 16 columnas centrales. Estas últimas forman una mega estructura por donde pasa el ascensor. Las columnas son un híbrido de metal y hormigón. El edificio está construido sobre 380 pilas de concreto, de 1.5 m. de diámetro, hundidas a 80 metros sobre el suelo. Por si fuera poco, además de las 8 super-columnas base, cuenta con otras 36 de soporte. Para distribuir la carga del edificio, los ingenieros construyeron una plataforma de concreto en la parte central de 3.5 metro de espesor y en la parte periférica de 4.7 metros y en los laterales de 3.5 metros. Las columnas se apoyan en la plataforma y ésta a su vez distribuye la carga sobre las columnas de apoyo a nivel de suelo.

Según técnicos, puede soportar terremotos de hasta 7 grados en la escala de Richter y vientos de más de 450 km/h. La importante capacidad de absorción de movimiento de masas en esta estructura, reside en un amortiguador de masa ubicado entre los pisos 92 y 88, formado por una gran bola dorada de acero de 680 toneladas de peso siendo el más grande y pesado del mundo (y el único que está a la vista del público), con este, el edificio contrarresta los fuertes vientos y los meneos de la tierra. Cabe mencionar que este amortiguador cuenta con 41 placas de acero, está suspendido de ocho cables del mismo material; se basa en ocho amortiguadores viscosos y puede moverse poco más de un metro hacia cualquier dirección. Cuando el edificio se mueve en una dirección el amortiguador lo impulsa en dirección contraria, absorbiendo la energía de movimiento, sirviendo de contrapeso mecánico de las vibraciones, limitándolas y estabilizando el edificio. [1, 2]

Amortiguador de masa sintonizado

Ubicación del amortiguador de masa en la Torre Taipei 101

Referencias:

[1] Taipei 101. WikiArquitectura, la mayor enciclopedia digital de Arquitectura del Mundo. Recuperado de: https://es.wikiarquitectura.com/edificio/taipei-101/. Acceso: martes 8 de mayo de 2018.

[2] Taipei 101: Una torre increíble (21 de mayo de 2013). Ingenet, La comunidad de la Ingeniería Mexicana. Recuperado de: http://infraestructura.ingenet.com.mx/2013/05/taipei-101-una-torre-increible/. Acceso: martes 8 de mayo de 2018.

Capa de invisibilidad sísmica

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Las aplicaciones de la física podrían hacer que las consecuencias de los devastadores terremotos sean cada vez menores en los edificios. La idea del «manto sísmico» proviene de investigadores en el Reino Unido, Italia y Francia, algunos de los cuales fueron los primeros en demostrar que la física de las capas de invisibilidad podría tener otras aplicaciones

En el año 2000, el físico teórico John Pendry, del Imperial College de Londres, propuso una vía para conseguir la invisibilidad en objetos. En el año 2006 su teoría se confirmó con los primeros experimentos que hacían desaparecer objetos a simple vista. Para ello utilizaron metamateriales con estructuras geométricas más pequeñas que las longitudes de onda que la luz que estaban desviando. Así consiguieron guiar las microondas a través de un cilindro de cobre, lo cual permitía que cualquiera que mirara a través del detector de microondas viera simplemente un espacio vacío. [1]

A partir de este mismo concepto, el equipo de investigadores liderado por Sebastien Guenneau de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido, su colega de Liverpool Sasha Movchan , Michele Brun en la Universidad de Cagliari, Italia, y Stefan Enoch y Mohamed Farhat en el Fresnel Institute (CNRS) en Marsella, Francia, ha calculado la forma con la que convertir la tierra bajo nuestros pies en una suerte capa de invisibilidad que desvía y anula las ondas sísmicas. Lo que propone el equipo es convertir un área en invisible para las ondas sísmicas. Para ello quieren utilizar el mismo concepto teórico que se aplica para hacer desaparecer los objetos a través de metamateriales. Las ondas sísmicas de un terremoto se dividen en dos grupos principales: las ondas del cuerpo que se propagan a través de la Tierra y las ondas superficiales que viajan solo a través de la superficie. Esta capa inhibidora se centra en la protección de los edificios frente a las ondas superficiales producidas en un evento telúrico que generalmente son las más destructivas que causan estragos en las estructuras.

Disposición de anillos concéntricos para formar el manto sísmico

Este sistema consta de una serie de hasta un máximo de 100 anillos concéntricos incorporados bajo el edificio, cada uno sintonizado a una frecuencia determinada. De esta forma, cuando vienen las ondas a lo largo de la superficie, los anillos que están sintonizados en particular, recuperan la mayor parte de esa frecuencia y comienzan a vibrar a lo largo de la misma. Posteriormente, estos anillos situados alrededor del edificio, desvían las ondas de choque hacia otra dirección concreta para su eliminación.

En experimentos realizados por estos grupos de investigadores, y tal y como estaba predicho en modelos teóricos, la energía se dispersó en gran medida llegando a registrarse tan solo un 20% de la energía total de la prueba de control. [2]

En el trabajo publicado en la revista Physics Review Letters de marzo de este año explican que para disipar ondas sísmicas de 1,5 metros se necesita realizar agujeros en la tierra de 30 centímetros de ancho y separados unos de otros 1,73 metros. Cuando se produzca un terremoto, cada agujero dispersará una onda. La acción conjunta de este fenómeno permitirá que las ondas se contrarrestarán hasta eliminarse evitando cualquier vibración [3]. Para proteger un edificio de 10 metros de ancho, cada anillo tendría que ser de 1 a 10 metros de diámetro y 10 centímetros de espesor.

El problema es que el metamaterial está hecho para usarse a una longitud de onda específica con lo que no se puede asegurar que funcionaría en un terremoto normal. Por otra parte, estas ondas reflejadas han de ir hacia algún sitio con lo que lo más probable es que acabaran afectando a los edificios colindantes. Es por ello que ya se está estudiando absorber las ondas en lugar de reflejarlas. [4]

Guenneau sueña con que un día su teoría sirva para proteger a ciudades enteras de terremotos. Incluso cree que podría utilizarse para disipar la fuerza de los tsunamis utilizando columnas de madera estratégicamente colocadas a 200 metros de la costa.

Referencias:

[1] Amate Chema (16 de junio de 2014). Este sistema podría proteger ciudades enteras de ndas sísmicas. Portal de información digital. Recuperado de: https://blogthinkbig.com/ondas-sismicas. Acceso: 5 de junio de 2018.

[2] Un Manto de Invisibilidad podría esconder edificios de los terremotos. (28 de junio de 2009). Revista digital ConstruGeek. Recuperado de: http://www.construcgeek.com/tecnologia/un-manto-de-invisibilidad-podria-esconder-edificios-de-los-terremotos. Acceso: 5 de junio de 2018.

[3] Brûlé S., Javelaud E.H., Enoch S., Guenneau S. (2014). Experiments on Seismic Metamaterials: Molding Surface Waves. Physical Review Letters, 112, 133901.

[4] La capa de invisibilidad sísmica ya se prueba en Francia. (2013). Hipertextual, publicaciones digitales independientes. Recuperado de: https://hipertextual.com/archivo/2013/02/capa-de-invisibilidad-sismica/. Acceso: 5 de junio de 2018.

Resilencia en estructuras

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De acuerdo con la oficina de las Naciones Unidas para la reducción de riesgo de desastres (UNISDR, 2002), la resiliencia es la capacidad de un sistema, comunidad o sociedad expuestos a una amenaza, para resistir, absorber, adaptarse y recuperarse de los efectos de la amenaza de manera eficaz, lo que incluye la preservación y restauración de las estructuras y funciones básicas. La resiliencia significa pues la capacidad de “resistir a” o “resurgir de” un evento. La resiliencia de una comunidad con respecto a los posibles eventos que resultan de una amenaza se determina por el grado en que esta comunidad cuenta con los recursos necesarios y la capacidad de organizarse tanto antes como durante un cataclismo, o como algunos autores definen, consistirá en “la habilidad de acomodarse a los cambios sin fallar catastróficamente”.

Estos últimos años han dejado una lista bastante completa de desastres naturales que en muchos casos no han dejado víctimas mortales a su paso gracias a la construcción resiliente, un tipo de edificación basada en el uso de materiales lo suficientemente plásticos como para absorber cargas espontáneas, y de mecanismos adicionales de resistencia que, se ha demostrado, salvan centenares de vidas. [1]

La construcción resiliente es todo un ejemplo de como la innovación puede aterrizarse en cualquier sector para hacernos la vida más fácil. El concepto de resiliencia en el sector construcción no es nuevo ni únicamente aplicable a edificaciones en zonas de alto riesgo de catástrofe natural. [2]

Convencionalmente, las estructuras están diseñadas para resistir fuerzas dinámicas mediante una combinación de resistencia, deformabilidad y absorción de energía. Estas estructuras pueden deformarse mucho más allá del límite elástico, por ejemplo, en un terremoto severo. Indica que las estructuras diseñadas con estos métodos a veces son vulnerables a los fuertes movimientos sísmicos.

Para evitar tales daños críticos, los ingenieros estructurales están trabajando para descubrir diferentes tipos de sistemas estructurales que son robustos y pueden soportar movimientos fuertes. Alternativamente, algunos tipos de sistemas de protección estructural pueden implementarse para mitigar los efectos dañinos de estas fuerzas dinámicas. Estos sistemas funcionan absorbiendo o reflejando una parte de la energía de entrada que, de otro modo, se transmitiría a la estructura misma.

En tal escenario, se cree que las técnicas de control estructural son una de las tecnologías prometedoras para el diseño de construcciones resilientes y resistencia a terremotos. El concepto de control estructural es absorber la energía de vibración de la estructura mediante la introducción de dispositivos suplementarios.

Es estudio de nuevas tecnologías para mejorar resistencia a los terremotos en el sector de la construcción debería basarse en las necesidades reales de la estructura. Hoy en día para proteger la estructura de estos eventos sísmicos y sus consecuencias se utilizan técnicas avanzadas como muros de corte, dispositivos de aislamiento sísmico o de amortiguación. No obstante, a medida que el tiempo avanza y se conoce un poco más acerca de los terremotos y cómo se comportan las estructuras ante la ocurrencia de estos, se siguen desarrollando nuevas tecnologías, metodologías y herramientas para hacer frente a estos eventos que pueden ser catastróficos.

Referencias:

[1] João Pedro Ataíde Archer Guerra Pratas. Tsunamis e Cidades Resilientes. Disertação de Mestrado Integrado em Arquitetura. Coimbra, Portugal. Favereiro 2014.

[2] Leticia Rialto (Diciembre de 2017). La construcción resiliente, la oportunidad ante los desastres naturales. El Mundo, Unidad Editorial web. Madrid, España. Recuperado de: http://www.futurosostenible.elmundo.es/sostenibilidad/la-construccion-resiliente-la-oportunidad-ante-los-desastres-naturales. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

Riesgo Sísmico

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Es necesario aclarar que los elementos que configuran lo que se denomina el riesgo sísmico con: la amenaza o peligro y la vulnerabilidad. La amenaza o peligro tiene relación directa con el fenómeno, que en este caso es de origen natural y son los sismos. Estos fenómenos no pueden controlarse, es decir, no podemos como seres humanos evitar que sucedan, ya que son eventos que tienen una íntima relación con la dinámica de la Tierra como planeta. En cambio la vulnerabilidad se asocia a nuestra capacidad para soportar la presencia de un evento, en caso de que suceda un terremoto, la vulnerabilidad está dada por la susceptibilidad de las casas o infraestructuras a sufrir daños [1].

Por lo tanto, nuestro nivel de riesgo sísmico está dado en función de las características del terremoto (amenaza) y nuestro grado de vulnerabilidad frente a este fenómeno, de tal manera que para disminuir el riesgo es necesario disminuir el grado de vulnerabilidad, ya que no podemos impedir la generación de un terremoto.

En este sentido existen algunos mecanismos que pueden contribuir a disminuir nuestra vulnerabilidad desde una perspectiva física y/o funcional de infraestructuras. Cardona sugiere algunas acciones: [2]

  • Aumentar la resistencia de las líneas vitales mediante el reforzamiento estructural.
  • Reforzar edificaciones vulnerables que no pueden ser o no son factibles de reubicarse.
  • Elaboración de “códigos de la construcción” que regulen a edificación de nuevos inmuebles.
  • Adecuación de hospitales y la atención pronta y masiva de víctimas.
  • Reubicación de viviendas, de infraestructura o de centros de producción localizados en zonas de alta amenaza.

Referencias:

[1] Rivadeneira, F., Segovia, M., Alvarado, A., Egred, J., Troncoso, L., Vaca, S. y Yepes, H. Breves fundamentos sobre los terremotos en el Ecuador. Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional. Corporación Editora Nacional. Quito, Ecuador. Noviembre 2007.

[2] Cardona, O. Gestión del riesgo colectivo. Curso de Educación Superior Gestión Integral de riesgos y desastres. Capítulo 3. Barcelona, España. 39-62 pp.