Los terremotos siempre han sido un fenómeno aterrador,
y se han vuelto más letales conforme nuestras ciudades han crecido,
con el derrumbe de los edificios como uno de los riesgos más grandes.
¿Por qué colapsan los edificios en un terremoto,
y cómo se puede prevenir?
Si has visto muchas películas de desastres,
es posible que creas
que los derrumbes son causados directamente por el suelo bajo ellos
que se sacude violentamente, o incluso se divide y aparta.
Pero así no es como funciona realmente.
Por un lado, la mayoría de los edificios no están junto a una línea de falla,
y las placas tectónicas están mucho más abajo de los cimientos de los edificios.
Entonces ¿qué pasa realmente?
De hecho, la realidad de los terremotos y sus efectos en los edificios
es un poco más complicada.
Para entenderlo, los arquitectos e ingenieros utilizan modelos,
como una matriz bidimensional de líneas que representan las columnas y vigas,
o una sola línea piruleta con bolas que representan la masa del edificio.
Incluso aun simplificados a este grado, estos modelos pueden ser muy útiles,
para entender que la respuesta de un edificio en un sismo
es ante todo una cuestión de física.
La mayoría de los colapsos durante los sismos
no son causados por el sismo en sí.
En cambio, cuando el suelo se mueve debajo de un edificio,
desplaza los cimientos y los niveles más bajos,
enviando ondas de choque por el resto de la estructura,
haciéndolo vibrar hacia atrás y adelante.
La fuerza de esta oscilación depende de dos factores principales:
la masa del edificio, que se concentra en la parte inferior,
y su rigidez, que es la fuerza requerida
para causar una cierta cantidad de desplazamiento.
Además del tipo de material de construcción y la forma de sus columnas,
la rigidez es en gran medida una cuestión de altura.
Edificios bajos tienden a ser rígidos y desplazarse menos,
mientras que los edificios altos son más flexibles.
Se podría pensar que la solución es construir edificios bajos
para que el desplazamiento sea el menor posible.
Pero el sismo de México de 1985 es un buen ejemplo del porqué ese no es el caso.
Durante el terremoto,
muchos edificios de entre 6 y 15 pisos de altura se derrumbaron.
Lo extraño es que los edificios cercanos más bajos se mantuvieron en pie,
los edificios más altos de 15 pisos también se dañaron menos
y los edificios de mediana altura se derrumbaron
al vérselos temblar mucho más violentamente que el propio terremoto.
¿Cómo es eso posible?
La respuesta tiene que ver con lo que se conoce como frecuencia natural.
En un sistema oscilante,
la frecuencia es qué tantos ciclos de ir y volver se producen en un segundo.
Es el inverso del periodo,
que es el número de segundos que se tarda en completar un ciclo.
La frecuencia natural de un edificio, determinada por su masa y rigidez,
es la frecuencia en que esas vibraciones tienden a agruparse.
El aumento de la masa de un edificio baja la velocidad natural de vibración,
mientras que el aumento de la rigidez lo hace vibrar más rápido.
En la ecuación que representa esta relación,
rigidez y frecuencia natural son proporcionales entre sí,
mientras que masa y frecuencia natural son inversamente proporcionales.
Lo que ocurrió en la Ciudad de México fue un efecto llamado resonancia,
en el que la frecuencia de las ondas sísmicas
coincidieron con la frecuencia natural de los edificios de tamaño medio.
Como un impulso a tiempo en un columpio,
cada onda sísmica adicional amplifica la vibración del edificio
en su dirección actual,
produciendo que se desplace aún más, y así sucesivamente,
llegando finalmente a un grado mucho mayor que el desplazamiento inicial.
Hoy en día, los ingenieros trabajan con geólogos y sismólogos
para predecir la frecuencia de movimientos sísmicos en sitios de construcción,
a fin de evitar colapsos inducidos por resonancia,
teniendo en cuenta factores tales como tipo de suelo y tipo de falla,
así como datos de sismos anteriores.
Bajas frecuencias de movimiento causarán más daño a edificios
altos y flexibles,
mientras que altas frecuencias de movimiento amenazan
a estructuras más bajas y más rígidas.
Los ingenieros también han ideado formas de absorber choques
y limitar la deformación utilizando sistemas innovadores.
Aislando la base con capas flexibles
para aislar el desplazamiento de la base del resto del edificio,
mientras que sistemas de amortiguadores sintonizados cancelan la resonancia
oscilando fuera de fase de la frecuencia natural
para reducir las vibraciones.
Al final, no son los edificios más resistentes los que permanecerán de pie
sino los más inteligentes.