Aunque los seísmos son sucesos de corta duración, los daños que provocan pueden ser dramáticos debido a la energía que se libera. Son el resultado de movimientos de la corteza terrestre que generan vibraciones transitorias en el suelo.

Salvo casos excepcionales, los seísmos no son la causa por la que hay víctimas, sino el mal comportamiento de las construcciones edificadas por el hombre. La creciente urbanización de estos últimos siglos hace que los daños causados por los temblores de tierra sean cada vez más importantes.

Sin embargo, los seísmos siempre han existido en la Tierra. El hombre no ha tenido que esperar a los avances científicos del siglo XX para diseñar obras que resistieron y que aún resisten a los seísmos, como el Machu-Pichu o el Palacio Imperial de Tokio. Esto demuestra que existen reglas sencillas que permiten asegurar la sostenibilidad de las obras.

Para entender qué disposiciones constructivas pudieron emplearse en estas obras para que resistieran a los seísmos, es importante comprender como la energía se transmite a los edificios.

¿Qué es un seísmo?

Durante un seísmo, la corteza terrestre acumula la energía vinculada a los movimientos tectónicos y la libera violentamente. Esta brutal distensión de energía contenida en el suelo produce diferentes tipos de ondas que parten de un punto llamado foco o hipocentro. La proyección vertical del hipocentro sobre la superficie del globo se conoce como epicentro.

Según el tipo de onda, las obras están sometidas a diferentes tipos de movimiento:

Movimiento de elevación

Los movimientos de «elevación» que corresponden con un desplazamiento de arriba abajo por lo que se conoce como ondas primarias (ondas P). Estas ondas son longitudinales y provocan un fenómeno de compresión/descompresión de los suelos. Son las ondas más rápidas (entre 6 y 8 km/s).

Movimiento de traslación

Los movimientos de translación corresponden con un desplazamiento de la obra y se generan a partir de las ondas secundarias (ondas S). Se trata de ondas de cizallamiento que se desplazan por el globo terrestre.

Las ondas S son más lentas que las ondas P y se desplazan a una velocidad de entre 3 y 5 km/s. A diferencia de las ondas P, no se propagan en medios líquidos o gaseosos.

Movimiento elíptico retrógrado

Este movimiento se genera mediante las ondas Rayleigh. A diferencia de las ondas P y S, que son ondas de volumen y que se propagan en el globo terrestre, las ondas de Rayleigh son ondas superficiales. Se desplazan con un movimiento elíptico retrógrado, como si se tratara de la cresta del oleaje. Esto implica compresiones/tracciones y cizallamientos en el suelo.

Movimiento de rotación

El movimiento de rotación se debe a las ondas de Love. Se desplazan perpendicularmente a la dirección de propagación y hacen girar el edificio sobre sí mismo.

A partir de estos movimientos elementales, es posible que se combinen y que se produzcan movimientos de la estructura más complejos. La siguiente figura presenta los distintos movimientos provocados por estas ondas.

Respuestas de un cuerpo rígido a los movimientos provocados por la acción sísmica.
(Fuente: V. Davidovici)

Los efectos de los seísmos en las obras

Estas ondas de las que hemos hablado son las que provocan el movimiento en las obras: durante un seísmo, los diferentes elementos de las obras inician un movimiento dinámico y se someten así a fuerzas de inercia. Además de los elementos estructurales (pilares, vigas), la obra ligera también se enfrenta a las sacudidas sísmicas, se deforma y puede suponer la ruptura de la estructura.

Para tener un edificio que resiste perfectamente a un seísmo, es necesario que la estructura esté dimensionada para poder soportar el conjunto de esfuerzos dinámicos y la totalidad de la obra ligera. Si se tienen en cuenta los niveles de energía que se generan, es fácil entender que esto supondría un incremento masivo del dimensionado de las obras y aumentaría enormemente los costes de construcción. Por este motivo las autoridades nacionales y europeas han definido los niveles de riesgo aceptables en función de varios criterios.

El método de probabilidad

El Eurocódigo 8 define 3 niveles diferentes de protección:

  • El primer nivel es asegurar que se evita el desmoronamiento de la obra: es la protección mínima. Es importante que los edificios no se derrumben sobre las personas presentes en el interior. A esto se le conoce como el precepto antiderrumbamiento.
  • El segundo nivel es asegurar que el conjunto de las obras que conforman las instalaciones necesarias para los servicios de emergencia y urgencias (hospitales, centros de emergencias, etc…) esté operativo antes del movimiento telúrico. A esto se le conoce como el precepto de limitación de daños.
  • El tercer nivel tiene como objetivo evitar las consecuencias indirectas, es decir, impedir que estos desórdenes en ciertas obras o instalaciones industriales, incluso si son limitados, puedan suponer repercusiones graves para el medioambiente. En este artículo no se profundizará en este tercer nivel que afecta principalmente a las estructura especiales, como las de las centrales nucleares.

Las acciones sísmicas aplicadas a la estructura dependen de muchos factores como la vida útil prevista del edificio, las consecuencias que ocasionaría su colapso, la protección de vidas y ciertos criterios económicos.

Debido a esto, una de las nociones más importantes en la ingeniería sísmica es el período de retorno. Puede definirse como el tiempo entre 2 seísmos de una intensidad determinada. Por lo tanto, cuando decimos que un seísmo de magnitud X se produce cada 100 años, en realidad significa que el período de retorno de ese tipo de suceso es de 100 años. Atención, no significa que haya un seísmo cada 100 años ya que se trata de valores estadísticos.

Si miramos más detenidamente los valores propuestos por el Eurocódigo 8, podemos deducir que para un edificio de viviendas cuya vida útil ronda los 50 años y considerando un período de retorno recomendado de 475 años, hay una probabilidad de un 10 % de que la premisa antiderrumbamiento no se respete durante la vida útil del edificio.

Sin embargo, para edificios más importantes, el decreto y la orden del 22 de octubre de 2010 dan coeficientes de seguridad adicionales que aumentan el período de retorno. De esta forma, un edificio cuyo funcionamiento es primordial para la seguridad civil, para la defensa o el mantenimiento del orden público, como hospitales o servicios de seguridad (policía, bomberos), tiene un período de retorno de 1300 años.

Ocurre lo mismo con los edificios cuyo colapso supone un riesgo elevado para las personas, como establecimientos que reciben público de primera, segunda y tercera categoría (los establecimiento escolares, por ejemplo). Estos tienen un período de retorno de 820 años. Por el contrario, para los edificios en los que se excluye toda actividad humana (naves agrícolas, por ejemplo), el período de retorno es de 225 años.

Conclusión

Este método de probabilidad puede impactar, pero sirve para racionalizar los costes de construcción y reducir el riesgo humano. Llegados a este punto, hemos visto cómo la administración pública ha definido el riesgo aceptable de derrumbamiento de las estructuras. Sin embargo, todavía existe riesgo; los ocupantes podrían sufrir múltiples heridas e incluso podría complicarse su evacuación. Es por esta razón que la prevención eficaz del riesgo sísmico también debe considerar los elementos no estructurales, tanto en el interior como en el exterior del edificio. Trataremos este tema en un próximo artículo.

Fuentes:

[1]            Conception-Construction parasismique – Victor Davidovici – Eyrolles – 2016
[2]            http://www.planseisme.fr/Batiments-a-Risque-Normal.html
[3]            Guide pour la conception parasismique des bâtiments en acier ou en béton selon l’Eurocode 8 – The institution of Structural Engineers; AFPS
[4]            Eurocódigo 0: EN 1990:2002
[5]            Eurocódigo 8:EN 1998-1:2004
[6]            Decreto del 22 de octubre de 2010 relativo a la clasificación y a las normas de construcción sísmica aplicables a los edificios de la clase categorizada como «de riesgo normal»
[7]            Informe de las técnicas de previsión y prevención de riesgos naturales: seísmo y corrimientos de tierra; M. Christian KERT; Tomo I: Conclusiones del investigador. Oficina Parlamentaria de evaluación de diversidad científica y tecnológica.

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