¿Por qué los sismos derriban los edificios?

Por qué los terremotos derriban los edificios. e-struc

El reciente terremoto de Amatrice, en Italia, ha vuelto a llenar las páginas de la prensa de escritos acerca de las causas del colapso de los edificios del lugar por causa de aquél.

“No eran los materiales adecuados, edificaciones viejas, mala construcción…” los argumentos son variados.

Uno se dice, claro, casas tan antiguas, con muros de ladrillo y de piedra, las unas agrupadas contra las otras, ¿cómo no se iban a caer? Si son antiguas, es que llevan mucho tiempo, siglos y, por tanto, han tenido que sobrevivir a otros terremotos anteriores… ¡Vaya, ésta no es la causa! Muros de ladrillo y de piedra… como todas las construcciones antiguas de siglos que conocemos aún en pie… precisamente porque resistieron los sismos que sufrieron.

Al agruparse unas junto a otras, como han estado siempre en terremotos anteriores… no, no va a ser tampoco la causa. Materiales poco rígidos, sí parece posible, que no resistan suficientemente… ¿y las construcciones que por todo Chile -lugar de una actividad sísmica intensísima- existen hechas con paneles de chapa, entramados de madera, y unido todo entre sí de forma muy poco cohesionada? Pues parece que no, que tampoco el que la construcción sea de materiales poco rígidos con ensamblajes débiles basta para que las casas se caigan.

Por qué los terremotos derriban los edificios. e-struc

Como contraejemplo de lo que se suele argüir como causas del colapso por sismo están miles de construcciones antiguas. En España, por ejemplo, la Alhambra. Es de muros de ladrillo y fábricas diversas, tiene casi mil años de antigüedad, la construcción árabe era bastante precaria (sobre todo comparada con la romana), es todo un conjunto amalgamado de construcciones yuxtapuestas y ha subsistido a cuantos terremotos han pasado por ella. Entonces, ¿por qué los sismos derriban los edificios?, o mejor, ¿a cuáles afectan y por que?

Por qué los terremotos derriban los edificios. e-struc

La cuestión tiene su origen en el comportamiento dinámico de las construcciones. Es decir, en cómo vibran. Un sismo es una onda que en la superficie se transmite por traslación horizontal. O sea, produce sacudidas horizontales a los edificios. Pero la sacudida que llega a los edificios depende de la intensidad de la onda, de su cercanía al epicentro de ésta, del tipo de suelo superficial, de la amortiguación de la propia edificación -por lo general, levísima- y, aspecto fundamental, de cuál sea la frecuencia de la onda frente a la frecuencia natural de la edificación. Esto último es lo que es realmente más importante a la hora de responder a la pregunta de por qué los sismos derriban los edificios.

La frecuencia natural de una edificación -o de cualquier cuerpo- es aquella con que oscilaría libremente sin ningún impulso exterior. Por ejemplo, al pulsar la cuerda de una guitarra y soltarla, ésta sigue vibrando con una cierta frecuencia, hasta que se extingue su movimiento, gracias al amortiguamiento que la propia cuerda tiene. Sin amortiguamiento, la cuerda seguiría por siempre vibrando.

Por qué los terremotos derriban los edificios. e-struc

Pues a un edificio apoyado en el suelo le sucede lo mismo: si pudiéramos pulsarlo -apartarlo de su posición de equilibrio y soltarlo- vibraría con una cierta frecuencia. Esa es la frecuencia natural del edificio, frecuencia con la que tiende a vibrar.

Ahora bien, un sismo le comunica una aceleración horizontal con una cierta frecuencia -la de la onda sísmica- al edificio a través de su cimentación. Es decir, fuerza al edificio a vibrar, por no tiene por qué ser con la misma frecuencia que la natural, y menos mal que no es así. De hecho, la relación entre la frecuencia fundamental del edificio frente a la de la onda sísmica es la que nos indica cuál es la aceleración que se transmite a la edificación. En el siguiente gráfico se representa la aceleración que sufre un edificio frente a la que le induce el sismo, en relación a la relación entre frecuencia propia del edificio y frecuencia del sismo.

Por qué los terremotos derriban los edificios. e-struc

Y vemos que, para un amortiguamiento de un 5% -habitual en edificaciones- si la frecuencia fundamental es igual a la de la onda sísmica -lo que se llama resonancia-, la aceleración que sufre el edificio es 10 veces la de la onda sísmica. Sin embargo, cuanto más distintas son las dos frecuencias -y da igual que una sea más que otra-, mejor, porque entonces la aceleración que sufre el edificio es menor, hasta el punto de que puede estar por debajo de la de la onda sísmica, efecto que se llama aislamiento. Mucho mejor que suceda que la frecuencia del sismo sea muy alta frente a la de la edificación, porque el aislamiento es más rápido y de mayor entidad.

Pues éste es el quid de la cuestión de por qué los sismos derriban los edificios: si la frecuencia de la onda sísmica es cercana a la fundamental de la edificación, sea como sea la edificación, se irá al suelo sin remedio. Lógicamente, la intensidad interviene, y si la intensidad ha sido alta, peor habrán ido las cosas. Pero ojo, si la intensidad es altísima pero estamos en régimen de aislamiento -frecuencias muy distintas-, ya puede ponerse el sismo como quiera, que no derribará la edificación.

La mala fortuna hace que, para construcciones normales, la frecuencia de la onda sísmica esté cerca de la fundamental de los edificios, transmitiendo una aceleración mayor que la del propio sismo. Y aquí entraríamos en la cuestión de cómo resistir un sismo en un edificio, o bien cómo minimizar su efecto. Es decir, qué es sismorresistente y qué es antisísmico, lo que dejamos para otra entrada.

Imágenes

Amatrice: cnnespanol.cnn.com

4 comentarios en “¿Por qué los sismos derriban los edificios?

  1. Los algoritmos de movimientos de masas y resistencia dan una explicación a desastres naturales. Numerosos estudios científicos avalan la mejora en la resistencia de edificios con el uso de nuevos materiales.

  2. ¡QUÉ HERMOSA EXPLICACIÓN!, 95% ENTENDIDO A LA PRIMERA

    1. Muchas gracias, Wilson!

  3. Excelente articulo

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