¿Qué factores estructurales y de diseño hacen que un edificio sea más seguro contra terremotos? ¿Cómo “dimensiono” un edificio para determinar si es un edificio seguro?

Gran pregunta!

Ahora veamos si puedo proporcionar una gran respuesta.

Comencemos con la imagen grande y luego la tendencia a la imagen pequeña.

Los terremotos hacen que el suelo se mueva a través del movimiento del suelo que sacude o “excita” los edificios. Esta excitación es principalmente de naturaleza horizontal, pero también hay un componente de movimiento vertical. Si se encuentra en un edificio y sucede que está justo por la falla de un terremoto (el punto donde el suelo realmente se abre o se abulta hacia arriba (dependiendo del tipo de falla), hay poco que pueda hacer excepto rezar. diseñado para soportar tener su base desgarrada a 100 pies de distancia, y si sobrevive, será por pura suerte. Esto es similar a ser una de las pobres y desafortunadas almas que están sentadas en un taxi que está justo en el lugar donde se abre un agujero de sumidero gigante en el suelo y se traga media cuadra de la ciudad. No hay mucho que puedas hacer al respecto.

1. Bien, ahora vamos al otro caso, donde el edificio es sacudido por el terremoto, pero la falla no lo hace pedazos. En este caso, lo primero a tener en cuenta es que la investigación sísmica está en curso y se ha aprendido mucho en los últimos 20 años. En 1994 hubo un gran terremoto en Northridge, Los Ángeles, la pérdida de vidas fue de 57 personas y el daño fue considerable. De esta tragedia se obtuvo nueva información y conocimiento. Se ha realizado una investigación similar para otros terremotos importantes. Por esta razón, los edificios más nuevos tienen la ventaja de incorporar estas lecciones. Ese es el primer paso, todo lo demás es igual, elegiría el nuevo edificio.
2. A continuación, no todos los edificios están construidos con el mismo estándar. Los edificios en los que es imperativo que la operación continúe después de un evento importante, como un terremoto, deben construirse con un estándar más alto. Estos incluyen hospitales, estaciones de policía, departamentos de bomberos, algunos tipos de instalaciones de almacenamiento de productos químicos, sistemas de transporte, refugios de emergencia e instalaciones de tratamiento de agua. Estas instalaciones deben operar completamente después del terremoto, o se esperará una pérdida de vidas adicional. Así que este es el paso dos, en igualdad de condiciones, elija un hospital, estación de bomberos, estación de policía, etc. y será un edificio más fuerte. En el mismo sentido, si tal vez está eligiendo el espacio para su práctica profesional de dentista, y encuentra un lugar en un hospital existente, vaya, el edificio será fuerte.
3. En el mismo sentido al punto dos anterior, las instalaciones que una falla resultaría en una pérdida sustancial de vidas también se construyen con un estándar más alto. Estos son edificios donde muchas personas se congregan al mismo tiempo. Los estadios, escuelas o cualquier edificio con un gran espacio, como un auditorio con capacidad para 500 personas, estarán en esta categoría general. Como puede imaginar, tener un estadio colapsado y matar a 50 mil personas sería completamente inaceptable, por lo que este es el paso 3, los edificios que albergan a muchas personas están construidos para ser más seguros .
4. Las siguientes partes se vuelven un poco más difíciles, ya que tratamos de investigar edificios individuales. Es difícil para el ojo inexperto examinar la estructura subyacente de un edificio, pero intentaré dar algunas cosas para buscar.

• Los edificios de forma regular, como en rectángulos simples y formas cuadradas, generalmente serán más seguros que los edificios en L o formas más complicadas. Esto se debe a dos razones principales: los edificios cuadrados y rectangulares simples son especialmente fáciles de diseñar, analizar y construir. Esto disminuye las posibilidades de error humano en cualquiera de estos pasos. Y segundo, tener esquinas entrantes en forma de edificio puede conducir a concentraciones de tensión que pueden causar fallas localizadas en la estructura del edificio.

Si estuviera escogiendo únicamente en función de la confiabilidad estructural y sin otra información, probablemente iría con este edificio.

… antes de este:

• Los edificios con relaciones de aspecto de aproximadamente 1 a 1 son los mejores. Esto significa que el edificio es tan largo como ancho. El extremo opuesto es un edificio que es muy largo en una dimensión y corto en la otra. El problema con la forma larga y delgada es que es muy seguro en una dirección porque hay una longitud considerable para colocar los refuerzos o las paredes de corte, pero en la dirección corta, esto debe estar bastante condensado, lo que lleva a una disposición menos que ideal.

Entonces, en esta imagen, elegiría los edificios más rectangulares más cortos a la derecha, en lugar del edificio largo y delgado a la izquierda de esta imagen:

• Los edificios con sistemas redundantes son algo bueno. Busque edificios con columnas múltiples y llaves. El peor tipo de estructura es aquella en la que una falla de un solo elemento colapsará todo el edificio. Específicamente, si un edificio o estructura es compatible con un solo poste central masivo, esto es menos ideal que distribuir la carga entre múltiples columnas. De la misma manera, tener múltiples conjuntos de arriostramientos más pequeños es mejor que tener un conjunto de llaves muy grandes.

Así que esto es bueno, observe cómo hay varias bahías de arriostramiento, no solo un conjunto pesado en cada piso:

Y este tipo de cosas es menos deseable (observe cómo todo el edificio depende de relativamente pocas columnas muy juntas). Por supuesto, este edificio en particular, el edificio de Citicorp en Nueva York, tuvo un defecto de diseño serio que luego fue cuidadosamente diseñado y corregido, pero solo lo estoy usando para ilustrar un punto sobre la redundancia:

5. Evitar instalaciones de almacenamiento, silos de grano, edificios agrícolas. Estos edificios son muy grandes, sin embargo, están diseñados para muy pocos ocupantes, como resultado se les permite ser diseñados con un nivel ligeramente inferior, ya que el riesgo de pérdida de vidas humanas es menor.

Entonces, este tipo de estructura puede no ser el mejor lugar para estar durante un terremoto o tormenta de viento masivo:

Ahora finalmente un poco de realidad. El hecho es que en los EE. UU., Los edificios son seguros , los riesgos de lesiones en un colapso de edificios son muy, muy bajos. Mucho más bajo que sus riesgos asociados con accidentes automovilísticos o enfermedades. No pierda el sueño si su hogar u oficina viola uno o más de los anteriores, lo más probable es que usted y todos los demás estén bien durante un terremoto.

Las estructuras de ingeniería adecuadas funcionan bien en caso de un terremoto. Por ingeniería adecuada, me refiero a las estructuras que están diseñadas para terremotos y todas las cargas probabilísticas.
Desde la perspectiva de un ingeniero, si hay planes de diseño disponibles, busque un marco adecuado de la estructura. Si el diseño está disponible, verifique si se proporciona refuerzo adecuado o no. La provisión de un refuerzo adecuado no es suficiente, debe detallarse adecuadamente. Detalles adecuados aquí significa detalles dúctiles. La estructura puede ser de acero u hormigón, pero lo que buscamos es una respuesta dúctil de la estructura.
Apoyar la estructura es una excelente manera de mitigar las fuerzas laterales en la estructura. Las fuerzas laterales (en un rango casi estático) incluyen principalmente el viento y el terremoto. Aunque ahora se siente la necesidad de estructuras resistentes a explosiones (rango dinámico).
Lo importante que un laico debe entender es que a medida que la altura del edificio supera los 75-80 metros, las fuerzas sísmicas ya no son dominantes. El viento domina el criterio de diseño. Por lo tanto, si las estructuras son altas y delgadas, se prefiere que la estructura tenga arriostramientos laterales para disipar las fuerzas del viento.
Ahora, déjame darte una pauta. Digamos que está viajando del lugar A al B en un avión. Realmente no desea comprender la aerodinámica y la ingeniería de aviación. Quieres estar a salvo. Confías en el piloto. Sin embargo, las azafatas te dan la dirección para salir en caso de emergencia. Del mismo modo, en caso de emergencia de un terremoto, desearía estar en un lugar que pueda ser evacuado de manera rápida y eficiente (suelo, primer o segundo piso). También recuerde, los servicios como ascensores, etc. pueden estar llenos / desaparecidos durante tales eventos, por lo tanto, es beneficioso permanecer en el lado inferior del edificio.