Prevención de daños integrada en el diseño
El 20 de septiembre, un terremoto de gran magnitud, de 7,1, sacudió la capital de México. La mayoría de las aproximadamente 230 muertes no se debieron al movimiento inicial del suelo; en este terremoto, como en muchos otros, los edificios que se derrumbaron fueron la principal causa de muerte.
Durante un terremoto, la energía liberada por el movimiento de enormes segmentos de la corteza terrestre genera fuerzas poderosas que se propagan a lo largo de cientos de kilómetros. Cuando la base de un edificio tiembla o se desplaza bruscamente por la fuerza de un terremoto, la diferencia entre la parte superior y la inferior del edificio puede someter a los materiales que sostienen la estructura a nuevas tensiones y deformaciones, lo que hace que se rompan.
En las últimas décadas, los nuevos diseños y materiales han permitido que los edificios de Ciudad de México y otros lugares estén mejor preparados para resistir las fuerzas que intervienen durante un terremoto, pero están lejos de ser infalibles. Los investigadores desarrollan técnicas novedosas para garantizar que las estructuras del futuro estén aún mejor preparadas para evitar derrumbes. De hecho, quizá puedan predecir o incluso prevenir los terremotos antes de que ocurran. Pero, antes de llegar a ese punto, debemos entender cómo funcionan (y cómo no funcionan) nuestras estructuras actuales.
Andrew Whittaker,profesor de ingeniería civil en la Universidad de Buffalo, señala que un edificio durante un terremoto es como una persona de pie sobre una tabla apoyada en un rodillo. Si alguien mueve el rodillo, la base ya no puede sostener el peso de la parte superior, lo que podría hacer que la persona se caiga. En general, cuanto más alto es el edificio, mayor es la diferencia de fuerzas entre la parte inferior y la superior, lo que aumenta la probabilidad de que el material se rompa.
Por eso, muchas ciudades ubicadas en zonas sísmicas limitaban el número de plantas que podía tener un edificio, según Thomas Heaton, profesor de geofísica e ingeniería civil en el Instituto de Tecnología de California.
Por supuesto, algunos materiales soportan mejor que otros esta energía cambiante. La madera funciona sorprendentemente bien: «La madera es, en cierto sentido, ideal porque es extremadamente ligera en relación con su rigidez estructural y su resistencia», explica Heaton a Futurism. El hormigón suele ser un material quebradizo, pero, cuando se refuerza con barras de acero, se vuelve mucho más elástico al sacudirse de un lado a otro. Otros materiales resisten mucho peor: los edificios de adobe (millones de los cuales fueron destruidos durante el terremoto de Nepal de 2015) y las construcciones de mampostería (hechas de ladrillo o piedra y unidas con mortero).
El diseño de la estructura también puede concentrar o disipar la energía de un terremoto. La madera de ingeniería, como la madera laminada, forma el armazón de la casa. Las vigas se sostienen con muros de corte, diseñados para colapsar bajo la presión de un terremoto, y están conectadas mediante refuerzos metálicos que se aflojan durante las sacudidas. Toda la casa está firmemente anclada a los cimientos para evitar que se deslice durante un terremoto. Muchos rascacielos modernos resisten sorprendentemente bien los terremotos porque la fuerza de los vientos intensos exige que se construyan con flexibilidad. Las estructuras antiguas pueden modernizarse para incorporar las técnicas de seguridad actuales, pero a veces eso cuesta más que construir algo nuevo.
Las estructuras que mejor resistirían un terremoto serían bloques de hormigón sin ventanas, el tipo de construcción que la mayoría de los arquitectos consideraría espantosa. «Cuando miro [estructuras] que la gente considera hermosas, espacios abiertos y diáfanos llenos de ventanas, solo veo cuerpos humanos aplastados a punto de aparecer», dice Heaton.
Algunas estructuras más nuevas y sofisticadas se construyen con una técnica llamada aislamiento de base. Se instalan dispositivos de goma cerca de los cimientos del edificio para absorber la energía de un terremoto e impedir que se disipe por toda la estructura. «Puede pensarse como algo parecido a un amortiguador de un vehículo, adaptado a la escala de un edificio», explica Whittaker. El aislamiento de base sigue siendo costoso, por lo que se utiliza principalmente en edificios frecuentados por muchas personas o que serían importantes durante una emergencia, como hospitales y aeropuertos.
Apple Park 2, el nuevo campus de la empresa tecnológica, se convirtió recientemente en la estructura con aislamiento de base más grande del mundo.
Una ciudad sacudida
Durante el último siglo, ingenieros y arquitectos han aprendido mucho sobre cómo hacer que las estructuras sean más resistentes a los terremotos.
Pero saber más no es una forma infalible de prevenir los daños. El terremoto más reciente en Ciudad de México fue un triste recordatorio.
No es la primera vez que un terremoto en Ciudad de México se convierte en una advertencia: el infame terremoto de 1985 dejó 10.000 muertos y 30.000 heridos. México está situado entre dos placas tectónicas, lo que lo convierte en uno de los países más sísmicamente activos del mundo. La ciudad se construyó sobre el lecho de un antiguo lago y se está hundiendo activamente. Su suelo blando recuerda al pudin, como explicó recientemente un geólogo a BuzzFeed, por lo que durante un terremoto se sacude más que la roca dura, lo que puede provocar el derrumbe de más edificios.
Parte del peligro se debe a los tipos de edificios más comunes en la ciudad. «Muchos edificios de Ciudad de México son estructuras no dúctiles. En las fotos [de la destrucción] se ven vigas, columnas y conexiones: se han desprendido», explica a Futurism Domniki Asimaki, profesora de ingeniería mecánica y civil en el Instituto de Tecnología de California.
México cuenta con excelentes ingenieros y códigos de construcción adecuados, señala Whittaker. Sin embargo, la mayoría de los edificios de Ciudad de México son antiguos y se construyeron según especificaciones distintas que hoy podrían convertirlos en un peligro. «La mayoría de las construcciones y los códigos modernos soportan bastante bien las cargas sísmicas. Son los edificios más antiguos, construidos conforme a códigos o supuestos anteriores, los que… quizá no se diseñaron para las mismas fuerzas», explica a Futurism Jason McCormick, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Michigan.
En este último episodio sísmico, demasiados edificios seguían sin estar preparados. Ciudad de México tuvo simplemente la suerte de que el terremoto no fuera más fuerte, según The New York Times.
Un futuro mejor preparado
Hoy, quienes construyen una estructura tienen a su disposición la tecnología antisísmica más avanzada que ha existido. Pero los ingenieros están decididos a lograr un futuro aún mejor.
Los nuevos materiales podrían ayudar a preparar mejor los edificios para los terremotos venideros. McCormick está desarrollando espumas de polímero o metal, que actualmente se usan en la industria aeroespacial, y que podrían ampliarse para encajarlas en las uniones entre elementos estructurales, donde absorberían energía y evitarían daños considerables. También trabaja con aleaciones con memoria de forma que no solo absorberían energía, sino que volverían a centrar un edificio desplazado durante un terremoto, reduciendo la necesidad de reparaciones. Otros investigadores trabajan en materiales autorreparables: cápsulas dentro del hormigón que repararían una grieta en el armazón o los cimientos de un edificio causada por un terremoto.
Otros investigadores desarrollan materiales cuya rigidez podría cambiar según las fuerzas que se ejerzan sobre ellos. Controlados por un circuito eléctrico y colocados en las uniones entre los materiales del armazón, estos materiales podrían ablandarse durante un terremoto para absorber la energía que entra en el edificio y evitar daños en su estructura, explica Asimaki. Un edificio equipado con sensores en la base y a lo largo de su altura podría cumplir una función similar y disipar la energía de un terremoto.
Pero hay un inconveniente. La industria de la construcción es notoriamente lenta a la hora de cambiar, señala Whittaker. Las autoridades de construcción deben evaluar los materiales que se desarrollan hoy y luego incorporarlos a los códigos de construcción. Eso significa que podrían pasar décadas antes de que estos nuevos materiales empiecen a utilizarse. Esa lentitud se ve agravada por cierta complacencia en algunas de las regiones más propensas a los terremotos. En California, por ejemplo, no ha habido un terremoto fuerte desde el terremoto de Northridge de 1994 en Los Ángeles o, incluso podría decirse, desde 1906, cuando un potente seísmo estuvo a punto de arrasar San Francisco. «Ni siquiera en California mi generación ha vivido uno grande. Mis padres tampoco», dice Asimaki. «No tenemos memoria de estas cosas».
Así que, en lugar de exigir a gritos una tecnología mejor o insistir en que sus viviendas estén mejor diseñadas para las amenazas inminentes, los residentes de estas zonas quizá se conformen con lo mínimo en materia de preparación sísmica. Esto es especialmente cierto ante los terremotos más fuertes. «Estoy convencido de que sabemos construir estructuras capaces de soportar las sacudidas de los terremotos más intensos, pero actualmente no lo estamos haciendo», dice Heaton. «Ha habido demasiada calma. La gente está demasiado ocupada ganando dinero como para invertir realmente en lo necesario a partir de lo que hemos aprendido en los últimos 20 o 30 años».
En las próximas décadas, los investigadores quizá logren un hito de ingeniería por el que llevan años trabajando: predecir los terremotos. Aunque ya contamos con sistemas de alerta temprana en lugares como California y Japón, estos dan a las personas como mucho un minuto para encontrar un lugar seguro. Los sistemas futuros podrían funcionar mejor y darles más tiempo. Para comprender de verdad la naturaleza de los terremotos y las fuerzas caóticas que intervienen en ellos, los sismólogos necesitan aún más datos: desde datos satelitales de los movimientos graduales del suelo hasta información recopilada por sensores en las profundidades de la Tierra. Son experimentos costosos que requieren demasiados recursos para cualquier equipo de investigación por sí solo, señala Asimaki.
Asimaki cree que, en el próximo siglo, las ciudades se diseñarán teniendo en cuenta los peligros de los terremotos. La electricidad, las líneas telefónicas, los semáforos y el transporte se apagarán automáticamente antes de que se produzca un terremoto. Eso podría impedir que causaran más daños, ya que la rotura de las líneas eléctricas y de gas es una de las principales causas de que los incendios asolen las ciudades después de los terremotos.
En un futuro aún más lejano, quizá podamos disipar la energía de un terremoto antes de que provoque una ruptura destructiva. Podríamos provocar un terremoto más pequeño y controlado mediante la presión de líquidos, como ya estamos haciendo accidentalmente durante la fracturación hidráulica y como la NASA ha propuesto hacer para neutralizar el enorme volcán que se encuentra bajo Yellowstone. «Eso queda definitivamente muy lejos. Pero no es algo imposible», dice Asimaki.
En cuanto al terremoto más reciente en México, ingenieros y sismólogos aprenderán de él. Entender exactamente cuáles son esas lecciones llevará tiempo. Y, sin embargo, sorprende que los terremotos sigan siendo tan misteriosos para nosotros. «Uno de los mayores problemas de la física que siguen sin resolverse en el mundo es cómo funcionan los terremotos», dice Heaton. Con cada nuevo terremoto, incluso los destructivos, la humanidad avanza un poco más en su comprensión.
