¿Por qué se caen los edificios en un terremoto? - Vicki V. May

Ver la lección completa: http://ed.ted.com/lessons/why-do-buildings-fall-in-earthquakes-vicki-v-may

Los terremotos siempre han sido un fenómeno aterrador, y se han vuelto más letales conforme nuestras ciudades han crecido, siendo el derrumbe de los edificios uno de los mayores riesgos. Pero ¿por qué colapsan los edificios en un terremoto? ¿Y cómo se puede prevenir? Vicki V. May explica la física de por qué no son los edificios más robustos, sino los más inteligentes, los que permanecerán en pie.

Lección por Vicki V. May, animación por Pew36 Animation Studios.

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.