Soluciones contra terremotos

Torre Mayor

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La Torre Mayor es un rascacielos ubicado en la ciudad de México, desarrollado por el canadiense Paul Reichmann. El edificio de 55 niveles (más 4 sótanos de estacionamiento) se eleva a 225 m sobre el nivel de la calle.

Torre Mayor. Ciudad de México, México

El diseño sísmico propuesto que se utilizó en La Torre Mayor ofrece un innovador concepto de absorción de la energía sísmica para edificios altos. Para obtener una información realista con respecto a la sismicidad y la respuesta de la misma, se llevó a cabo un análisis de interacción con la estructura del suelo y un análisis del espectro específico del sitio.

Su estructura de soporte combina de forma innovadora acero, concreto y cuenta con 98 amortiguadores sísmicos que reducen al mínimo su desplazamiento durante un sismo, amortiguando y disipando una porción importante de la energía que la torre absorbe. Torre Mayor es el primer edificio en Latinoamérica en contar desde su diseño con enormes amortiguadores sísmicos. En la construcción de este edificio ICA reportó un margen de efectividad del 95%.

La cimentación para la Torre Mayor es una combinación de sistemas conformado por pilotes de concreto y losas. El edificio descansa sobre un pedestal formado por 251 pilas de cimentación de hasta 1.50 m de diámetro llegando al estrato duro o depósitos profundos existentes debajo de la capa de depósitos de suelo suaves típicamente encontrados en Ciudad de México, apoyadas a casi 50 m de profundidad, coronadas por una gruesa losa de concreto armado que sirve de fondo al cajón estructural prácticamente cuadrado, con casi 80 m por lado y 16 m de profundidad, donde se alojan 4 sótanos de estacionamiento. [1]

Sistema de amortiguadores sísmicos utilizados en la estructura de la Torre Mayor

El diseño incorpora un grado de redundancia para asegurar la acción uniforme bajo las más severas fuerzas sísmicas. En teoría, el edificio puede soportar un sismo de 8.5 grados en la escala de Richter, una fuerza que podría derrumbar cualquier otro edificio del tamaño de Torre Mayor.

La seguridad estructural de Torre Mayor ha sido calculada para exceder los requerimientos de los Reglamentos de Construcciones de la Ciudad de México y California, que son los más rigurosos del mundo y proporcionar al máximo de seguridad y confort a sus ocupantes. [2]

Referencias:

[1] Torre Mayor (28 de agosto de 2009). Ingenet, La comunidad de la Ingeniería Mexicana. Recuperado de: http://infraestructura.ingenet.com.mx/2009/08/torre-mayor-2/. Acceso: miércoles 9 de mayo de 2018.

[2] Estrucutra Sísmica de la Torre Mayor, México (7 de enero de 2018). Arquigráfico, portal web sobre arquitectura, ingeniería, construcción y decoración. Recuperado de: https://arquigrafico.com/estructura-sismica-de-la-torre-mayor-mexico/. Acceso: miércoles 9 de mayo de 2018.

La Torre Ejecutiva Pemex

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La Torre Ejecutiva PEMEX es un rascacielos de diseño arquitectónico internacional, su construcción comenzó en el año 1979 y fue ocupada en el año 1982, los materiales empleados fueron acero, vidrio y aluminio. Originalmente su altura fue de 222 metros, pero cerca de su inauguración en 1984, la punta de la torre sufrió modificaciones y la altura se redujo a 214 metros.

Torre Ejecutiva de Pemex. Ciudad de México, México

La Torre de PEMEX fue el rascacielos mexicano más alto de México durante 19 años, título que cedió a la Torre Mayor en el año 2003. Es 32 metros más alto que la Torre Latinoamericana y 11 metros menos que la Torre Mayor. [1]. La construcción de la Torre de Pemex estuvo a cargo del arquitecto Pedro Moctezuma. A decir de los expertos, su diseño regular es una de las cualidades que brinda mayor estabilidad en la zona sísmica donde fue asentada.

El subgerente de Ingeniería de Pemex Corporativo, Héctor Moreno Alfaro, comenta: “eso le permite, lo que nosotros denominamos, defenderse de las fuerzas horizontales de temblor de una manera más eficiente, al distribuir mejor las cargas (..) Es un edificio que por donde quiera que se le ve tiene simetrías, quizá le reste un poco de creatividad arquitectónica, pero a cambio ganamos en estabilidad y mayor capacidad de resistir” [2]

Toda la estructura de 53 pisos pesa 110 mil toneladas, que está soportada por su cimentación, la cual está conformada por 164 pilas hincadas a 32 metros de profundidad, superando el relleno pantanoso del antiguo lago, hasta llegar al subsuelo más firme. Las pilas en la parte superior tienen 1.20 metros de diámetro y en la punta 1.50, definiendo un estilo de cimentación que en la época de su construcción se denominaba pilas con campana, esto permite que tengas una capacidad de carga de hasta 1000 toneladas cada una.

Para soportar las cargas verticales, que son las provocadas por los sismos, la edificación cuenta con una serie de diagonales que definen marcos cada 16 pisos y que confieren mayor rigidez a la estructura. Adicionalmente se construyeron armaduras horizontales tipo diafragma en los pisos 21 y 37, ligándolos con las diagonales, a manera de tener unos elementos rígidos que ayudan a reducir los desplazamientos horizontales y permiten que se conserve la forma de la estructura del edificio.

En caso de sismo, la torre empezará a oscilar en un efecto como de péndulo invertido por varios seundos y se desplazaría 1.80 metros por cada lado.

La Torre fue diseñada para soportar sismos de 8.5 grados en la escala Richter y un año después de su construcción fue puesta a prueba con el terremoto que azotó a la Ciudad de México el 19 de Septiembre de 1985 (8.1 grados Richter), la torre sólo se movió sin ser afectada debido a sus cimientos. Así también logró superar los eventos ocurridos en el mes de septiembre del 2017. A pesar de que el terremoto del 19-S ya había terminado, la torre seguía balanceándose en un movimiento “armónico muy suave”. El sismo se registró primero como un movimiento más o menos caótico, llegó un momento en que ya no había fuerza exterior del sismo y el edificio quedó vibrando en forma libre, hasta que finalmente se detuvo

Referencias:

[1] Torre Ejecutiva PEMEX. Edificios de México, el sitio web de los edificios de México. Recuperado de: http://www.edemx.com/citymex/rascacielos/T_PEMEX.html. Acceso: miércoles 9 de mayo de 2018.

[2] Fanny Miranda (20 de diciembre de 2017). Torre de Pemex libra terremoto sin daños. Milenio Diario S.A. de C.V. Periódico Digital Mexicano, todos los derechos reservados. Recuperado de: http://www.milenio.com/region/torre_de_pemex-libr-sin_danos-rascacielos-sismo-cdmx-terremotos-balanceandose-milenio_0_1051694838.html. Acceso: miércoles 9 de mayo de 2018.

La Torre Latinoamericana.

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La Torre Latinoamericana es un rascacielos ubicado en el Centro Histórico de la Ciudad de México. Catalogado como el edificio más alto de la ciudad de México desde su construcción en 1956 hasta 1972, obtuvo el record del rascacielos más alto del mundo fuera de Estados Unidos y por lo tanto de América Latina. Además se inauguró como el primer y más grande edificio con fachada de cristal y aluminio, siendo también el único rascacielos en todo el mundo en estar en una zona sísmica lo cual sirvió de ejemplo para la cimentación y construcción de futuros edificios en el mundo.

La Torre Latinoamericana. Ciudad de México, México

Para la construcción del edificio la propuesta original consideraba un edificio de 27 pisos, con pilotes de madera, estructura de acero y reforzado con concreto, el diseño arquitectónico tenía cierta semejanza con edificios vecinos, pero luego de una revisión al subsuelo se encontró que era posible diseñar un edificio de 40 pisos.

Conforme al avance del proyecto se agregaron tres pisos más y una antena de televisión que daba al edificio una altura total de 181.33 m. el más alto en América Latina

El ingeniero Leonardo Zeevaert Wiechers, estructural y geólogo, elaboró un amplio programa de investigación del subsuelo que en parte consistió en el sondeo con muestras inalteradas hasta 50m. en el sitio del edificio; instalación de piezómetros a 18, 28, 33 y 50m. en el lugar, en la banqueta y en la Alameda Central e instalaciones de bancos de nivel.

Se llegó a la conclusión de proyectar una cimentación estructural que crearía paradigmas en la ingeniería moderna, ya que el subsuelo de la ciudad es fangoso, con consistencia esponjosa. Para la cimentación de la Torre se hincaron 361 pilotes de concreto de punta a 34 metros de profundidad hasta la capa resistente del subsuelo y una losa de cimentación a manera de cajón, que además sirve para empotrar la Torre a una profundidad de 13.50 m, con lo cual la torre literalmente “flota” en el subsuelo.

Para soportar un peso total de edificio de 25,000 toneladas, se construyó una estructura rígida de acero; que dan forma a 3 sótanos y a 44 pisos que se elevan a 139 metros, más una antena de 42 metros, totalizando 181.33 metros sobre el nivel de la calle.

Fotografías de la Torre Latinoamericana en pie después de los Terremotos acontecidos en México en 1957 y 1985, y la torre en pie hasta el año 2017.

La Torre Latinoamericana ganó prestigio a nivel mundial cuando resistió un fuerte terremoto el 28 de Julio de 1957, gracias a su construcción con estructura de acero y pilotes profundos, Esta hazaña le obtuvo un reconocimiento al recibir el premio del American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de la Construcción de Acero), por ser el edificio más alto que jamás haya sido expuesto a una enorme fuerza sísmica, como atestiguan inscripciones en sendas placas en el vestíbulo y mirador del edificio. Sin embargo, su prueba más dura vino durante el terremoto del 19 de Septiembre de 1985, en donde La Torre resistió sin problemas un registro máximo de 8.1 grados en la escala de Richter, cuya duración aproximada fue de poco más de 2 minutos y el 13 de Abril del 2007 soportó un temblor de 6.3 grados en la escala de Richter. Actualmente se le considera uno de los edificios más seguros de la ciudad y del mundo a pesar de su ubicación. [1]

El ingeniero mexicano Germán López Rincón indica que el empotramiento de la torre debido a su cimentación explica el por qué los sismos no le afectan, se debe a la forma en que vibra. Considerando que con 44 pisos y cada uno de ellos vibra en el orden de un décimo de segundo, la cifra habla de un periodo de vibración de más de cuatro segundos, y el suelo sobre el que se asienta se mueve a 2.5 segundos. Esto significa que cuando la torre empieza a regresar, el sismo la vuelve a empujar, la onda sísmica, y lo que hace es que se detiene el movimiento y así se mantiene. No ocurriría lo mismo si el edificio tuviera un periodo de dos y medio segundos, eso significaría que el movimiento se acoplaría como cuando alguien empuja un columpio, entrando en resonancia. [2]

Germán López Rincón afirma también que la Torre Latinoamericana es una proeza de la ingeniería mexicana, que debe considerarse en el tiempo en que fue levantada, aunque en la actualidad construir un edificio similar ya no sea novedad.

Referencias:

[1] Torre Latino, Historia. Recuperado de: http://torrelatinoamericana.com.mx/historia/. Acceso: martes 8 de mayo de 2018.

[2] La Torre Latinoamericana, una proeza de ingeniería en México. (23 de abril de 2016). El Economista, Periódico digital mexicano. Recuperado de: https://www.eleconomista.com.mx/arteseideas/La-Torre-Latinoamericana-una-proeza-de-ingenieria-en-Mexico-20160423-0026.html. Acceso: martes 8 de mayo de 2018.

Papel tapiz sísmico

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El último avance en Italia, con el objetivo de reducir o prevenir la pérdida de vidas y propiedades cuando ocurren eventos repentinos como los terremotos, es el “Papel Tapiz Sísmico”, material delgado y tejido hecho de fibras de vidrio y plástico que se adhiere a las paredes para aumentar su resistencia al agrietamiento y al colapso. Este tipo de textiles también se puede usar para reforzar los diques y terraplenes construidos para prevenir derrumbes e inundaciones.

Las estructuras textiles se usan ampliamente en la construcción en forma de geotextiles. En aplicaciones geotécnicas, estos materiales proporcionan refuerzo para pendientes, estructuras de retención, carreteras, terraplenes, así como varias estructuras de drenaje. En las aplicaciones de albañilería, los textiles están adquiriendo mayor importancia ya que proporcionan una técnica no intrusiva para proporcionar resistencia de refuerzo a una estructura (dañada o no dañada) [1]. El reacondicionamiento de muros de mampostería y estructuras de suelo existente es particularmente importante para la protección de edificios históricos y otras estructuras. Las estructuras de mampostería no reforzada son altamente vulnerables porque al estar originalmente diseñadas para cargas de gravedad, a menudo no pueden soportar cargas horizontales dinámicas en caso de fuertes terremotos.

Liderando este esfuerzo revolucionario está el proyecto POLYTECT (por sus siglas en ingles de Textiles Técnicos Polifuncionales) financiado con fondos comunitarios unieno investigadores de 12 países para actuar en contra de los peligros naturales.

El coordinador del proyecto POLYTECT Donato Zangani, de la firma de ingeniería con sede en Génova D´Appolonia en Italia, junto con su equipo descubrió una forma de unir fibras de vidrio y plástico en tres direcciones diferentes, con el objetivo de dar soporte a las edificaciones independientemente de la dirección en que viajan las ondas sísmicas. Este grupo de investigadores encontró la manera de tejer sensores de fibra óptica en el papel tapiz usando señales láser para monitorear el estado de las paredes antes, durante y después de un terremoto. Estos sensores pueden informar si existe algún daño en la pared y, de ser así, dónde están localizados. De esta manera se puede determianr si un edificio es todavía seguro.

Este revolucionario material de reforzamiento fue probado exhaustivamente en el Centro Europeo de Formación e Investigación de Ingeniería de Terremotos en Pavia, Italia, que tiene una mesa vibratoria que mide la capacidad de las estructuras para resistir sacudidas violentas. En la prueba fue construida una casa de mapostería se piedra de dos pisos y casi 5 metros de altura, similar a los edificios existentes en áreas históricas del centro de Italia, esta casa casi de derrumba ante las sacudidas. Luego, la casa fue reparada y recubierta con el Papel Tapiz Sísmico y permaneció intacta cuando fue sometida a sacudidas nuevamente. [2]

Debido a que son rígidos y quebradizos, los edificios de mampostería se pueden agrietar y colapsar muy rápidamente durante un terremoto. La clave del Papel Tapiz Sísmico es que absorbe y disipa parte de la energía del terremoto. El papel tapiz, que se puede pintar, tiene varios milímetros de grosor y pegado a paredes internas o externas con aproximadamente 1 centímetro de adhesivo a base de mortero.

Las pruebas han demostrado que el material de POLYTECT puede aumentar más de tres veces la resistencia estructural de los edificios, y le da a las paredes agrietadas una resistencia adicional para resistir la acción sísmica. También se pueden incorporar textiles similares en los diques y otras barreras de tierra para evitar o disminuir inundaciones y deslizamientos de tierra, y, como en los edificios, usar sensores para identificar puntos débiles y proporcionar una alarma en caso fallas.

Un material similar ha sido desarrollado en Colombia por Bayer Material Science bajo el nombre de EQ-Top, una medida de protección económica y efectiva para terremotos, en forma de tejido de fibra de vidrio combinada con un adhesivo especial que “se pega a la pared como un papel mural” e incrementa la estabilidad de la estructura, y por lo tanto reduce el riesgo de que la misma se convierta en una trampa mortal.

EQ-Top permite fortalecer sistemáticamente los puntos débiles de los muros de mampostería en donde el estrés es especialmente alto, como las esquinas de los marcos de las puertas, ventanas o el mortero entre ladrillos. Distribuye el impacto de la energía del terremoto a través de toda la superficie de la pared, lo que ayuda a absorber la energía y previene punto de concentración del estrés.

Agiretamiento en paredes de mampostería por causa de terremotos

EQ-Top fue capaz de probar su valor en numerosas pruebas. Los investigadores llevaron su sistema al límite en los ensayos. Se usaron gigantescas prensas hidráulicas para aplastar un segmento de pared después del otro – algunas reforzadas por el sistema EQ-Top y otras sin él, para hacer la comparación. La diferencia fue notable. Los ladrillos de la pared protegida no se derrumbaron bajo la presión fuerte, pues el tejido de fibra de vidrio y el adhesivo siempre la mantuvieron unida. En contraste, la pared no reforzada simplemente colapsó. [3]

Los investigadores están convencidos que sistemas como el EQ-Top o POLYTECT pudieron haber prevenido las consecuencias más graves de algunos terremotos como el de Nueva Zelanda en el 2011 donde muchas paredes se derrumbaron y muchas casas colapsaron.

Referencias:

[1] Textiles técnicos polifuncionales contra riesgos naturales. CORDIS, Servicio de Información Comunitario de Investigación y Desarrollo. Portal Público de la Comisión Europea. Recuperado de: https://cordis.europa.eu/project/rcn/81556_en.html. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

[2] El “papel tapiz sísmico” revolucionario puede ayudar a edificios frágiles a soportar terremotos (27 de noviembre de 2014). Página Web oficial de la Comisión Europea. Recuperado de: http://ec.europa.eu/research/infocentre/article_en.cfm?artid=33417#. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

[3] Bayer lanza en Colombia nuevo papel tapiz antisísmico (21 de abril de 2012). Portal web oficial de la radio Santa Fe 1070 a.m. Bogotá, Colombia. Recuperado de: http://www.radiosantafe.com/2012/04/21/bayer-lanza-en-colombia-nuevo-papel-tapiz-antisismico/. Acceso: miércoles 23 de mayo de 2018.

Envolturas con fibras de carbono

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Una solución prometedora para mejorar el desempeño sísmico de las edificaciones y quizás mucho más fácil de implementar que aisladores de base o disipadores, requiere de una tecnología conocida como envoltura de plástico reforzado con fibras o FRP. Los fabricantes producen estas envolturas mezclando fibras de carbono con polímeros aglutinantes, como epoxi, poliéster, éster de vinilo o nylon, para crear un material compuesto ligero pero increíblemente fuerte. [1]

Refuerzo de estructuras con envolturas de FRP

En su procedimiento, los ingenieros simplemente envuelven el material alrededor de las columnas de soporte de concreto de los 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 un haz envuelto en una momia con una resistencia y ductilidad significativamente más altas. Sorprendentemente, incluso las columnas dañadas por el terremoto pueden repararse con envolturas de fibra de carbono. En un estudio, los investigadores encontraron que las columnas debilitadas del puente de la carretera captadas con el material compuesto eran 24 a 38 por ciento más fuertes que las columnas sin envolver. [2]

Referencias:

[1] 10 Tecnologías que ayudan a los edificios a resistir los terremotos: Carbon-fiber wrap. Howstuffworks, plataforma web informativa. Recuperado de: https://science.howstuffworks.com/innovation/science-questions/10-technologies-that-help-buildings-resist-earthquakes8.htm. Acceso: 25 de mayo de 2018.

[2] Saadatmanesh H., Mohammad R. and Jin L. (1997). Repair of Earthquake-Damaged RC Columns with FRP Wraps. ACI Structural Journal. 94 (2), 206-214.