El refuerzo antisísmicoCriterios para el refuerzo antisísmico de estructuras históricas consiste en aportar modificaciones a las estructuras, fachadas y cornisas existentes de un edificio o estructura para darles mayor resistencia frente a sismos, al movimiento del terreno, a la apertura de una falla o al derrumbe de un terreno.
Gracias a una mejor comprensión de los efectos de los terremotos sobre varios tipos de estructuras y a las recientes experiencias después de potentes terremotos con epicentros cercanos a los centros urbanos, la necesidad de medidas antisísmicas ha sido reconocida. Antes de la introducción de los códigos antisísmicos modernos en los años 1960 en algunos países desarrollados (EE. UU., Japón, etc.) y en los años 1970 en muchos otros países del mundo (Turquía, China, etc.),NZSEE Bulletin 39(2)-June 2006 muchas estructuras han sido proyectadas sin un adecuado diseño y sin haber sido reforzadas con una protección idónea. Dado que se trata de un problema ineludible, se han desarrollado muchos trabajos de investigación. Además, han sido publicadas a nivel mundial algunas líneas de comportamiento técnico en tecnología punta de la construcción antisísmica, sobre los criterios y métodos para definir el riesgo sísmico, para las técnicas del retrofit y para la rehabilitación de edificios afectados por un sismo, pero todavía «recuperables» —como la directiva ASCE-SEI 41ASCE-SEI 41— y las directrices de la New Zealand Society for Earthquake Engineering (NZSEE).NZSEE 2006
Las técnicas de refuerzo aquí mencionadas pueden ser aplicables también frente a otros peligros naturales como ciclones tropicales, a los tornados, y a los vientos de las categorías más fuertes de tempestades. Mientras la metodología corriente del refuerzo antisísmico tiene como aspecto predominante algunas mejoras estructurales para reducir el peligro que corren varios tipos de estructuras, se pone en evidencia como lo esencial es reducir los peligros y las pérdidas derivadas de la ruptura de elementos no estructurales (a veces meramente decorativos). Hay que recordar que no existe una estructura que sea del todo a prueba de terremotos, aunque la resistencia sísmica se puede aumentar notablemente gracias a determinadas estrategias de proyecto inicial o por modificaciones sucesivas.
thumb|right|350px|Elementos externos de soporte añadidos a un garaje preexistente, construido en hormigón armado (en la ciudad de Berkeley, California). thumb|350px|right|Uno de los millares de "tornillos de terremoto" ("earthquake bolts") que se encuentran en las casas del período de fines del siglo XIX en la ciudad de Charleston (Virginia), instalados después del terremoto del 1886. Pueden ser apretados o desatornillados de manera que pueda soportar la casa (de ladrillos) sin tener que demolerla a causa de la inestabilidad. Los tornillos están directamente o indirectamente conectados al armazón de soporte de la casa.
Objetivos En el pasado, el refuerzo antisísmico se aplicaba principalmente con el propósito de salvaguardar la seguridad pública, con soluciones de ingeniería limitadas por consideraciones políticas y económicas. De todas maneras, con el desarrollo de la ingeniería sismorresistente basada en el rendimiento durante un terremoto ("Performance Based Earthquake Engineering") (PBEE), se han diferenciado diferentes niveles de eficacia:
Garantizar la incolumidad pública. El objetivo es el de proteger la vida humana, asegurando que la estructura no vaya a colapsar sobre sus ocupantes o que se derrumbe sobre áreas cercanas, además de permitir el movimiento de la estructura manteniendo un cierto grado de seguridad. Después de un terremoto de elevada intensidad puede ser necesario abatir y substituir totalmente la estructura, que puede volverse demasiado peligrosa en sacudidas sucesivas, demasiado costosa para ser reparada y constituir un peligro de derrumbe en modo tal que pone en riesgo otros edificios. Desde el punto de vista económico se traduce en la pérdida total del valor del edificio.
Supervivencia de la estructura. El objetivo es que la estructura, mientras no queda segura para ser usada, puede necesitar de amplias reparaciones (pero no de su completa sustitución) antes de que pueda ser considerada útil o de que pueda consentirse el regreso a sus ocupantes. Esto es típicamente el nivel más bajo de refuerzo aplicable a los puentes.
Funcionalidad de la estructura. La parte primaria, estructural, debe quedar libre de daños, y la estructura debe solo disminuir levemente en la funcionalidad de su función primaria. Con un alto nivel de retrofit, esto permite que cualquier reparación necesaria sea solo cosmética, por ejemplo, grietas menores en el yeso, cartón yeso y en el estuco. Éste es el nivel mínimo aceptable de refuerzo para los hospitales.
Estructura no afectada. Este nivel de refuerzo es preferido para estructuras históricas de alto valor cultural.
Técnicas Las técnicas más comunes de reforzamiento antisísmico se pueden dividir en varias categorías:
Puesta en tensión por la parte externa El uso de post-tensores externos para nuevos sistemas estructurales ha sido desarrollado en la década pasada. Bajo el programa PRESS (Precast Seismic Structural Systems),1994 Building Publications - Status of the U.S. Precast Seismic Structural Systems (PRESSS) Program un programa de investigación conjunta de los Estados Unidos con Japón, tendones de acero de alta resistencia no ligados han sido colocados como post-tensores para lograr un sistema que resiste a los momentos de las fuerzas auto-centrándose.
Una extensión de la misma idea para la actualización antisísmica ha sido probada experimentalmente para el retrofit antisísmico de los puentes de California bajo un programa de investigación de la CaltransLowes & Moehle (1998) - ACI Structural Journal Vol 96(4) - pp. 519-532. y para el retrofit sísmico de juntos de estructuras de cemento armado no reforzado en modo dúctil.Experimental testing of external post-tensioning for retrofit of RC beam-column joint El pre-comprimido (pre-stressing) puede aumentar la capacidad de elementos estructurales como vigas, columnas y los juntos entre vigas y columnas. Debe ser señalado que el pre-stressing externo ha sido usado para mejoras estructurales de la capacidad de carga debida a la gravedad y a las fuerza vivas desde los años 70.VSL Repair/Strengthening Page
Aisladores en la base El aislamiento de la base consiste en dispositivos estructurales dispuestos en la parte inferior de un edificio que debería sustancialmente desacoplar la estructura del edificio separándola de las sacudidas del terreno, y de esta manera se reducen las fuerzas aplicadas por el sismo sobre el edificio manteniendo su integridad y aumentando su desempeño sísmico. Esta tecnología de ingeniería sísmica, que es una forma de control de vibración, puede ser aplicada a edificios completamente nuevos (antes de ser construidos) o también a algunas estructuras existentes (con técnicas de corte y encamisado con acero de las columnas de la base y colocación de aisladores sísmicos sobre estas).Clark Construction Group, LLCProjects
Normalmente, se hacen excavaciones alrededor del edificio y de sus cimentos y el edificio será separado cinemáticamente de sus fundaciones (aunque seguirá siendo sostenido por estas elásticamente). Vigas de acero o de concreto armado sustituyen las conexiones rígidas a las fundaciones, mientras bajo estas, las almohadillas de aislamiento, o aisladores de la base, sustituyen la parte superior de las columnas que ha sido removidas (estas conectaran la planta baja con el primer piso). Mientras el aislamiento sísmico tiende a restringir la trasmisión del movimiento del terreno al edificio, mantiene de toda forma el edificio posicionado en manera apropiada, con su baricentro sobre las fundaciones. Una cuidadosa atención al detalle es requerida donde el edificio tiene puntos de contacto con el terreno, especialmente en las entradas, escalinatas y rampas, para asegurar un movimiento relativo suficiente de estos elementos estructurales.
Disipadores sísmicos Los disipadores o amortiguadores sísmicos absorben la energía del movimiento y la disipan en forma de calor, de esta forma logran «amortiguar» o «descargar» los efectos de resonancia en estructuras que están conectadas de modo rígido al terreno.
Además del aumento de capacidad en la disipación de la energía mecánica de las estructuras, ulteriores amortiguadores pueden reducir el movimiento y las aceleraciones dentro de las estructuras. En algunos casos, el peligro de derrumbe no proviene de la sacudida inicial, sino de los movimientos de resonancia periódica de la estructura que las repetidas ondas sísmicas en el terreno inducen. En particular, los amortiguadores suplementarios actúan como los propios amortiguadores de las suspensiones de los automóviles.
Amortiguadores de masa «sintonizados» El sistema consistente en varios tipos de amortiguador de masa sintonizado (en inglés: tuned mass dampers o TMD) emplea pesos móviles retenidos por algún tipo de resortes. Estos típicamente son usados para reducir la oscilaciones debidas al viento en edificios muy altos y al mismo tiempo muy livianos. Proyectos similares pueden ser desarrollados para aumentar la resistencia de los edificios que tienen entre ocho y diez pisos, que son los que con mayor frecuencia son destruidos por las resonancias inducidas en ellos por algunos terremotos de larga duración.Slide 2
Tanque "slosh" El tanque "de chapoteo" ("slosh tank") consiste en un gran tanque de fluido colocado en un piso superior (no necesariamente el último, aunque debe estar cercano). Durante un evento sísmico, el fluido en este tanque se moverá en ondas hacia adelante y atrás (en la dirección paralela a las ondas sísmicas), y gracias a bafles —divisores internos que impiden que el mismo tanque llegue a vibrar en resonancia—; gracias a su masa el agua puede cambiar el periodo de oscilación, oponiéndose a que el edificio entre en su periodo de oscilación resonante que puede dañarlo hasta derrumbarlo completamente. Una cierta cantidad de energía cinética puede ser convertida en calor por los bafles y será disipada en el agua, con aumentos de temperatura insignificantes.
Sistemas de control activo Cuando se construyen edificios muy altos (rascacielos) con materiales modernos muy livianos, estos pueden oscilar en modo fastidioso (pero no peligroso) en ciertas condiciones de viento. Una solución a este problema es añadir en uno de los pisos más altos una gran masa, retenida en alguna forma (colgando, deslizante sobre esferas de acero, etc.) pero con una libertad de movimiento limitada, y que se deslice sobre un sistema como un cojín de aire o una película líquida hidráulica. Los pistones hidráulicos, movidos por bombas eléctricas y acumuladores, son activamente desplazadas para contrastar las fuerzas del viento y las resonancias naturales. Si son apropiadamente diseñadas, estas pueden ser eficaces en controlar el movimiento excesivo —con o sin la aplicación de potencia externa— en un terremoto. Por lo general, los modernos armazones de acero de los edificios más elevados no son tan sujetos a movimientos peligrosos como lo son los de media altura (de ocho a diez pisos), dado que el período de resonancia de un edificio alto y masivo es mayor respecto a las ondas de choque de los terremotos, que tienen una frecuencia de alrededor de una onda por segundo (1 hertz).
Añadido de soportes estructurales o refuerzos adicionales ad hoc La forma más común de retrofit antisísmicos a los edificios bajos es añadiendo fuerza a la existente estructura para resistir a las fuerzas sísmicas. El refuerzo puede ser limitado a conexiones entre los elementos estructurales del edificio ya existentes o puede conllevar al añadir elementos primarios resistentes como paredes arcos o dinteles, particularmente en los pisos más bajos.