Lo mejor del edificio resistente a los tsunamis

Los arquitectos e ingenieros pueden diseñar edificios que se mantendrán erguidos incluso durante los terremotos más violentos. Sin embargo, un tsunami (pronunciado tan-NAH-mee), una serie de ondulaciones en un cuerpo de agua que a menudo es causada por un terremoto, tiene el poder de lavar pueblos enteros. Si bien ningún edificio es a prueba de tsunami, algunos edificios pueden diseñarse para resistir las olas fuertes. El desafío del arquitecto es diseñar para el evento Y diseñar para la belleza: el mismo desafío que se enfrenta en Diseño de sala segura.

Tsunamis generalmente son generados por poderosos terremotos debajo de grandes cuerpos de agua. El evento sísmico crea una onda subterránea que es más compleja que cuando el viento simplemente sopla la superficie del agua. La ola puede viajar cientos de millas por hora hasta llegar a aguas poco profundas y a una costa. La palabra japonesa para puerto es tsu y nami significa ola. Debido a que Japón está muy poblado, rodeado de agua y en una zona de gran actividad sísmica, los tsunamis a menudo se asocian con este país asiático. Ocurren, sin embargo, en todo el mundo. Históricamente, los tsunamis en los Estados Unidos son más frecuentes en la costa oeste, incluidos California, Oregón, Washington, Alaska y, por supuesto, Hawai.

Una ola de tsunami se comportará de manera diferente dependiendo del terreno submarino que rodea la costa (es decir, qué tan profunda o poco profunda es el agua de la costa). A veces, la ola será como un "maremoto" o una marejada, y algunos tsunamis no chocan contra la costa como una ola más familiar, impulsada por el viento. En cambio, el nivel del agua puede aumentar muy, muy rápidamente en lo que se llama un "aumento de las olas", como si la marea hubiera subido de una vez, como una marea alta de 100 pies. Las inundaciones del tsunami pueden viajar tierra adentro más de 1000 pies, y el "desmoronamiento" crea daños continuos a medida que el agua se retira rápidamente de regreso al mar.

Las estructuras tienden a ser destruidas por los tsunamis debido a cinco causas generales. Primero está la fuerza del agua y el flujo de agua a alta velocidad. Los objetos estacionarios (como las casas) en el camino de la ola resistirán la fuerza y, dependiendo de cómo se construya la estructura, el agua la atravesará o la rodeará.

En segundo lugar, el maremoto estará sucio, y el impacto de los escombros transportados por el agua fuerte puede ser lo que destruye una pared, techo o pilotes. En tercer lugar, estos desechos flotantes pueden incendiarse y luego propagarse entre materiales combustibles.

Cuarto, el tsunami que se precipita sobre la tierra y luego se retira al mar crea erosión inesperada y la erosión de los cimientos. Mientras que la erosión es el desgaste general de la superficie del suelo, el fregado está más localizado: el tipo de desgaste que se ve alrededor de los pilares y las pilas a medida que el agua fluye alrededor de los objetos estacionarios. Tanto la erosión como la erosión comprometen los cimientos de una estructura.

La quinta causa del daño proviene de las fuerzas del viento de las olas.

En general, las cargas de inundación se pueden calcular como para cualquier otro edificio, pero la escala de la intensidad de un tsunami hace que el edificio sea más complicado. Se dice que las velocidades de inundación del tsunami son "altamente complejas y específicas del sitio". Debido a la naturaleza única de construyendo una estructura resistente al tsunami, la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) de EE. UU. tiene un especial publicación llamada Pautas para el diseño de estructuras para la evacuación vertical de tsunamis.

Los sistemas de alerta temprana y la evacuación horizontal han sido la estrategia principal durante muchos años. Sin embargo, el pensamiento actual es diseñar edificios con áreas de evacuación vertical: En lugar de intentar huir de un área, los residentes suben a niveles seguros.

"... un edificio o montículo de tierra que tiene la altura suficiente para elevar a los evacuados por encima del nivel del tsunami inundación, y está diseñado y construido con la fuerza y ​​la resistencia necesarias para resistir los efectos del tsunami olas..."

Los propietarios de viviendas individuales y las comunidades pueden adoptar este enfoque. Las áreas de evacuación vertical pueden ser parte del diseño de un edificio de varios pisos, o pueden ser una estructura independiente más modesta para un solo propósito. Las estructuras existentes, como garajes de estacionamiento bien construidos, podrían designarse áreas de evacuación vertical.

La ingeniosa ingeniería combinada con un sistema de advertencia rápido y eficiente puede salvar miles de vidas. Los ingenieros y otros expertos sugieren estas estrategias para la construcción resistente a tsunamis:

1. Construir estructuras con hormigón armado en lugar de madera., a pesar de que la construcción de madera es más resistente a los terremotos. Se recomiendan estructuras de hormigón armado o de estructura de acero para estructuras de evacuación vertical.
2. Mitigar la resistencia. Diseñe estructuras para permitir que fluya el agua. Construya estructuras de varios pisos, con el primer piso abierto (o sobre pilotes) o separatista para que la mayor fuerza del agua pueda moverse. El aumento del agua hará menos daño si puede fluir debajo de la estructura. Arquitecto Daniel A. Nelson y Designs Northwest Architects A menudo utilizan este enfoque en las residencias que construyen en la costa de Washington. Nuevamente, este diseño es contrario a las prácticas sísmicas, lo que hace que esta recomendación sea complicada y específica del sitio.
3. Construir cimientos profundos, arriostrados en las zapatas. La fuerza de un tsunami puede hacer que un edificio de hormigón, por lo demás sólido, esté completamente de lado, los cimientos profundos y sustanciales pueden superar eso.
4. Diseñe con redundancia, de modo que la estructura pueda experimentar una falla parcial (por ejemplo, un poste destruido) sin un colapso progresivo.
5. En la medida de lo posible, deje la vegetación y los arrecifes intactos. No detendrán las olas de tsunami, pero pueden actuar como un amortiguador natural y ralentizarlas.
6. Oriente el edificio en ángulo con respecto a la costa. Los muros que miran directamente al océano sufrirán más daños.
7. Use un armazón de acero continuo lo suficientemente fuerte como para resistir los vientos huracanados.
8. Diseñe conectores estructurales que puedan absorber el estrés.

FEMA estima que "una estructura resistente al tsunami, que incluye características de diseño resistentes al sismo y al colapso progresivo, experimentaría un aumento del orden de magnitud del 10 al 20% en los costos totales de construcción sobre los requeridos para el uso normal edificios ".

Este artículo describe brevemente las tácticas de diseño utilizadas para los edificios en las costas propensas a los tsunamis. Para obtener detalles sobre estas y otras técnicas de construcción, explore las fuentes principales.

• Sistema de Alerta de Tsunami de los Estados Unidos, NOAA / Servicio Meteorológico Nacional, http://www.tsunami.gov/
• Erosion, Scour, and Foundation Design, FEMA, enero de 2009, PDF en https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8177/757_apd_5_erosionscour.pdf
• Manual de Construcción Costera, Volumen II FEMA, 4ª edición, agosto de 2011, pp. 8-15, 8-47, PDF en https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1510-20490-1986/fema55_volii_combined_rev.pdf
• Pautas para el diseño de estructuras para la evacuación vertical del tsunami, 2a edición, FEMA P646, 1 de abril de 2012, pp. 1, 16, 35, 55, 111, PDF en https://www.fema.gov/media-library-data/1426211456953-f02dffee4679d659f62f414639afa806/FEMAP-646_508.pdf
• Edificio a prueba de tsunamis de Danbee Kim, http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/danbee.htm, 2009 [consultado el 13 de agosto de 2016]
• La tecnología para hacer que los edificios sean resistentes al terremoto y al tsunami por Andrew Moseman, Mecánica Popular11 de marzo de 2011
• Cómo hacer que los edificios sean más seguros en tsunamis por Rollo Reid, Reid Steel