Arequipa está a la vanguardia de la construcción antisísmica

Arequipa está a la vanguardia de la construcción antisísmica

Por Dante E. Zegarra López

Arequipa está a la vanguardia de la construcción sismo resistente. El primer edificio construido en el Perú con un sistema de amortiguamiento sísmico, ha sido levantado en el distrito arequipeño de Alto Selva Alegre. Hasta donde se conoce, es el único en el país con amortiguadores de sintonía de masas (ASM). 

Fue inaugurado en diciembre del año pasado tras casi dos años de construcción, para sede del Policlínico Espíritu Santo. Meses después, el gobierno incorporó el uso de estos sistemas de protección sísmica en el Reglamento Nacional de Edificaciones.

Hasta ahora en el Perú, tal como ocurre en muchos países, la filosofía de las Normas convencionales de diseño sismo-resistente  considera que las estructuras deben: resistir sismos leves sin daño; resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves;  resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes, evitando el colapso de la edificación, no considerando elementos no estructurales.

En adelante, por lo menos los establecimientos de salud deberán ser capaces de resistir sismos severos sin daño alguno como es en otros países.

Una campaña de dos años, difundiendo entre profesionales de ingeniería de todo el país los beneficios del empleo de sistemas de protección sísmica, ha dado parcialmente sus frutos. Estos sistemas  son un requisito a cumplirse en adelante. La campaña fue emprendida por el ingeniero arequipeño Jorge Lezama Gavancho, con el apoyo de la empresa Vulko.

De acuerdo al Decreto Supremo N° 002-2014-Vivienda, del 14 de marzo de este año, en adelante, los establecimientos de salud deben contar con sistemas protección sísmica que les permita estar operativos antes, durante y después de un sismo violento.

Los sistemas modernos de protección sísmica, según los expertos, se clasifican en sistemas de control activo, control semi-activo y de control pasivo. Dentro estos últimos se ubican a los que utilizan amortiguadores de efecto masa, viscosos (en base a aceite), los histerísticos y de otros tipos. A su vez, los amortiguadores de efecto masa pueden ser de sintonía líquida (ASL) y de sintonía de masa (ASM).

En el caso del edificio del Policlínico social alemán Espíritu Santo se ha empleado el sistema de amortiguadores de sintonía de masa (ASM).

Según dicen los que dicen que saben, los resultados que se obtienen, permiten comprobar que los ASM resultan eficientes en la reducción tanto de los movimientos (velocidad y aceleración) como de esfuerzos flexionales y torsionales. Además señalan que “la ubicación en planta del ASM resulta de fundamental importancia para controlar la respuesta torsional debiendo realizarse estudios de optimización en cada caso”.

¿Cómo funcionan?

Cuando se produce un terremoto, los daños en las construcciones están relacionados con los tipos de los elementos constructivos, materiales empleados, modo de ejecución, subsuelo, topografía, entre otros.

De hecho, las ondas sísmicas afectan a las estructuras en función de diferentes características. Así las ondas de baja frecuencia hacen que los edificios altos entren en resonancia, afectando en menor grado a los edificios bajos. Por su parte las ondas de alta frecuencia dañan, sobre todo, a las casas bajas y, en menor grado, a las grandes estructuras.

Sin duda alguna, las construcciones son los elementos vulnerables más importantes, ya que los daños sufridos por ellas repercuten directamente en las víctimas que pueda ocasionar un sismo. Allí radica la importancia de reducir los efectos de las ondas sísmicas sobre las edificaciones.

De acuerdo con los especialistas, en el diseño de estructuras, en principio se consideran los efectos gravitatorios y las cargas adicionales debidas a las sobrecargas según el uso del edificio. La solución para la tipología estructural empleada se puede encontrar en los sistemas de aislamiento y control de vibraciones.

El control de vibraciones en zonas sísmicas, como la de Arequipa, no sólo se limita a edificios de altura, sino a todas las estructuras, principalmente hospitales, locales escolares, servicios públicos y represas, que necesariamente deben seguir funcionando después de un sismo severo.

Los edificios modernos y las torres, por lo general, son muy livianos y delgados, por lo tanto poseen un amortiguamiento natural muy pequeño, que los hace más propensos a las oscilaciones del viento y los sismos. Estas oscilaciones pueden causar daño a la estructura, afectando su funcionalidad. Para reducir las vibraciones se emplean los amortiguadores de sintonía de masas (ASM).

Un amortiguador de sintonía de masas, conocido también como un absorbedor de energía, es un dispositivo montado en estructuras para reducir la amplitud de las vibraciones mecánicas. Su aplicación ayuda a prevenir el daño o fallo estructural total.

Según explican los ingenieros, la frecuencia natural del dispositivo se sintoniza cerca de la frecuencia natural del sistema principal, provocando que el ASM vibre en resonancia, disipando la energía absorbida a través de los mecanismos de amortiguamiento del mismo. La cantidad de amortiguamiento suministrado depende de la relación entre la masa del ASM y la masa efectiva del edificio. Los valores en general rondan del 1% al 10% del peso del edificio.

Un poco de historia

El concepto de amortiguador de sintonía de masas lo utilizó por primera vez, en 1909, el inventor alemán Hermann Frahm, para reducir los movimientos de balanceo y vibraciones de los buques.

Después, el concepto de amortiguadores de sintonía de masas ha atraído la atención de investigadores de diferentes campos, para controlar vibraciones causadas por diferentes tipos de excitaciones, entre ellas la originada por las ondas sísmicas. De hecho, los primeros dispositivos de amortiguamiento especializados para terremotos no se desarrollaron hasta la década de 1950.

Según los anales de la ingeniería estructural, la primera edificación construida con soportes para aislamiento basal se levantó, hace 45 años,  en 1969 en Skopje, Yugoslavia. Se instalaron grandes soportes de caucho en el edificio de tres pisos de la escuela Pestalozzi, para alargar su período fundamental de vibración y reducir la demanda sísmica.

Actualmente, países como Japón, China, Estados Unidos, Canadá e Italia, lideran las estadísticas de edificios protegidos con amortiguadores de sintonía de masas. En América figuran México, Chile y Argentina.

Edificios como el City Corporation de Nueva York, el Taipei 101 Skyscraper deTaiwán; Shanghai World Financial Center de Shanghai, China; Torre de televisión de Berlín, Alemania; Spire de Dublín en Dublín, Irlanda; el Puente Akashi-Kaikyo, entre Honshu y Shikoku; el Tokyo Skytree, Yokohama Landmark Tower en Japón entre otros, emplean amortiguadores de sintonía de masas.

El Policlínico

Diseñado y construido por Estructuras Antisísmica EIRL – Ing. Jorge Lezama G., el edificio del Policlínico social alemán Espíritu Santo tiene una planta con irregularidades debido a la geometría del terreno. A esto hay que agregar que tiene elevaciones también con irregularidades debido al desnivel existente en el terreno y que llega hasta los cinco metros, entre el frente sobre la avenida Arequipa y la parte posterior la calle Vilcanota. Todo esto permite a los calculistas señalar que los tres modos de vibración que presenta el edificio generan un alto componente de torsión.

En el terreno ubicado sobre la sétima cuadra de la avenida Arequipa, se han levantado dos pisos subterráneos y ocho pisos sobre la superficie, cada uno de 3.55 metros de altitud, es decir 1.15 metros más que la altura que tiene el piso de una vivienda. Ello, para brindar una mayor ventilación al ambiente hospitalario. El edificio desde la calle tiene una altura de 28.4 metros y desde los cimientos, de 35.5 metros, equivalente a unos 14 pisos de un edificio para vivienda.

El sistema de protección sísmica en el edificio del policlínico social alemán “Espíritu Santo”, está compuesto de dos amortiguadores de sintonía de masas. Cada uno de ellos tiene un peso de cien toneladas. Están compuestos de caucho y plomo. Han sido ubicados en los extremos del edificio para reducir también el movimiento torsional.

De acuerdo con lo explicado por el ingeniero Jorge Lezama Gavancho el fundamento matemático del diseño del edificio y del sistema se basa en que la masa del amortiguador debe sintonizar con la relación de frecuencias y que se tiene que buscar sintonizar el amortiguamiento para la relación de frecuencias.

Ello permite que las aceleraciones, producidas por un sismo, en el último piso queden  reducidas en algo más del 50%. Cabe destacarse que la reducción de aceleraciones se da en todo lo alto de la estructura y que ésta en el centro de masas, a lo largo, la reducción llega a 30% aproximadamente.

Igualmente señala el ingeniero Lezama que la reducción de esfuerzos en las placas, en promedio, es de 40%. Explica que es más difícil que una estructura incursione en el rango plástico, en otras palabras, el material  no se deforma con daño bajo la acción del esfuerzo, cuando tiene amortiguadores de sintonía de masas.

En cuanto al costo del sistema de amortiguadores de sintonía de masas, alcanza apenas el 4.5% del costo total del edificio, que en este caso alcanzó los 386,497 nuevos soles de 8’669,780. El costo total de la obra, fue financiada con aporte de benefactores alemanes y de los misioneros combonianos, que en Arequipa son liderados por el sacerdote  José Schmidpeter.

Otro sistema

El próximo año deberá estar en funcionamiento otro edificio con sistema de protección sísmica. Se trata del City Center de Kimera Inmoviliaria, una de cuyas torres tendrá 20 pisos.

Empleará amortiguadores en la cimentación que permiten disipar la energía sísmica y disminuyendo los desplazamientos laterales haciendo que los daños en equipamiento y elementos no estructurales sean mínimos ante un sismo moderado o severo.

En este sistema de aislamiento sísmico los dispositivos son colocados en la base de la estructura que la aíslan del terreno y disipan la energía del sismo.

(Diario El Pueblo,12 noviembre 2014)