Refuerzo sísmico

El uso de postensado externo para nuevos sistemas estructurales se ha desarrollado en la última década. En el marco del programa PRESS (Precast Seismic Structural Systems), ^{[ 11 ]} un programa de investigación conjunto a gran escala entre EE. UU. y Japón, se han utilizado tendones de acero de alta resistencia de postensado no adheridos para lograr un sistema resistente a momentos con capacidad de autocentrado. Una extensión de la misma idea para el reforzamiento sísmico se ha probado experimentalmente para el reforzamiento sísmico de puentes de California en el marco de un proyecto de investigación de Caltrans ^{[ 12 ]} y para el reforzamiento sísmico de pórticos de hormigón armado no dúctiles. ^{[ 13 ]} El pretensado puede aumentar la capacidad de elementos estructurales como vigas, columnas y uniones viga-columna. El pretensado externo se ha utilizado para el reforzamiento estructural para cargas gravitatorias/vivas desde la década de 1970. ^{[ 14 ]}

El aislamiento sísmico de base es un conjunto de elementos estructurales de un edificio que deben desacoplar sustancialmente la estructura del edificio de la vibración del suelo, protegiendo así la integridad del edificio y mejorando su comportamiento sísmico . Esta tecnología de ingeniería sísmica , que es un tipo de control de vibraciones sísmicas , puede aplicarse tanto a edificios de nueva construcción como a la mejora sísmica de estructuras existentes. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Normalmente, se realizan excavaciones alrededor del edificio y este se separa de los cimientos. Vigas de acero o de hormigón armado reemplazan las conexiones a los cimientos, mientras que debajo de estas, las losas aislantes, o aisladores de base, reemplazan el material retirado. Si bien el aislamiento de base tiende a restringir la transmisión del movimiento del suelo al edificio, también mantiene el edificio correctamente posicionado sobre los cimientos. Se requiere una atención meticulosa a los detalles donde el edificio interactúa con el suelo, especialmente en entradas, escaleras y rampas, para asegurar un movimiento relativo suficiente de esos elementos estructurales.

Los amortiguadores suplementarios absorben la energía del movimiento y la convierten en calor, amortiguando así los efectos resonantes en estructuras rígidamente fijadas al suelo. Además de aumentar la capacidad de disipación de energía de la estructura, la amortiguación suplementaria puede reducir la demanda de desplazamiento y aceleración dentro de las estructuras. ^{[ 17 ]} En algunos casos, la amenaza de daño no proviene del choque inicial en sí, sino del movimiento resonante periódico de la estructura que induce el movimiento repetido del suelo. En la práctica, los amortiguadores suplementarios funcionan de manera similar a los amortiguadores utilizados en las suspensiones de automóviles .

Los amortiguadores de masa sintonizados (TMD) emplean pesos móviles sobre algún tipo de resortes. Estos se utilizan típicamente para reducir la oscilación causada por el viento en edificios muy altos y ligeros. Diseños similares pueden emplearse para proporcionar resistencia sísmica en edificios de ocho a diez pisos propensos a resonancias destructivas inducidas por terremotos. ^{[ 18 ]}

Un tanque de amortiguación es un gran contenedor de fluido de baja viscosidad (generalmente agua) que se puede colocar en lugares de una estructura donde los movimientos de oscilación lateral son significativos, como el techo, y se ajusta para contrarrestar el movimiento dinámico resonante local. Durante un evento sísmico (o de viento), el fluido en el tanque oscilará de un lado a otro, con el movimiento del fluido generalmente dirigido y controlado por deflectores internos, particiones que impiden que el tanque mismo entre en resonancia con la estructura ( véase Dinámica de la amortiguación) . La respuesta dinámica neta de la estructura en su conjunto se reduce debido tanto al movimiento de masa compensatorio como a la disipación de energía o amortiguación de vibraciones que ocurre cuando la energía cinética del fluido se convierte en calor por los deflectores. Generalmente, el aumento de temperatura en el sistema será mínimo y se enfriará pasivamente por el aire circundante. One Rincon Hill en San Francisco es un rascacielos con un tanque de amortiguación en el techo que fue diseñado principalmente para reducir la magnitud del movimiento de oscilación lateral causado por el viento. Un tanque de amortiguación es un amortiguador de masa sintonizado pasivo . Para que sean eficaces, la masa del líquido suele ser del orden del 1 % al 5 % de la masa que contrarresta, lo que a menudo requiere un volumen considerable. En algunos casos, estos sistemas están diseñados para funcionar también como depósitos de agua de emergencia para la extinción de incendios.

Los edificios muy altos (los llamados rascacielos ), cuando se construyen con materiales ligeros modernos, pueden oscilar de forma incómoda (aunque no peligrosa) en determinadas condiciones de viento. Una solución a este problema consiste en incluir en alguna planta superior una gran masa, restringida pero con libertad de movimiento dentro de un rango limitado, y que se desplace sobre algún tipo de sistema de apoyo, como un colchón de aire o una película hidráulica. Los pistones hidráulicos , impulsados ​​por bombas eléctricas y acumuladores, se accionan activamente para contrarrestar las fuerzas del viento y las resonancias naturales. Estos también pueden, si están bien diseñados, ser eficaces para controlar el movimiento excesivo —con o sin energía aplicada— durante un terremoto. Sin embargo, en general, los edificios modernos de gran altura con estructura de acero no son tan propensos a movimientos peligrosos como los edificios de altura media (de ocho a diez plantas ), ya que el período de resonancia de un edificio alto y macizo es mayor que la duración aproximada de un segundo de un terremoto.

La forma más común de refuerzo sísmico en edificios de baja altura consiste en fortalecer la estructura existente para resistir las fuerzas sísmicas. Este refuerzo puede limitarse a las conexiones entre los elementos constructivos existentes o puede implicar la adición de elementos resistentes primarios, como muros o pórticos, especialmente en las plantas bajas. Las medidas de refuerzo más comunes para edificios de mampostería sin armar en el oeste de Estados Unidos incluyen la adición de pórticos de acero, la adición de muros de hormigón armado y, en algunos casos, la instalación de aislamiento sísmico en la base.

Pernos antisísmicos

Antes del terremoto de Charleston de 1886, los edificios de la ciudad de Charleston, Carolina del Sur, utilizaban tirantes y placas de anclaje para el refuerzo estructural contra la flexión lateral provocada por vendavales y huracanes . ^{[ 19 ]}

Tras el terremoto, los propietarios de los edificios reforzaron las construcciones parcialmente dañadas con tirantes que atravesaban las paredes para aumentar la estabilidad lateral. Los tirantes de las paredes opuestas se conectaban con tensores en el interior y se fijaban con tuercas sobre placas de anclaje en el exterior. Los denominaban «pernos antisísmicos». Este refuerzo se realizó principalmente en la región de Charleston, pero la misma práctica se observa incluso en Savannah, Georgia . ^{[ 19 ]}

Los pernos antisísmicos podían apretarse y aflojarse para sostener la casa sin necesidad de demolerla por inestabilidad. Los pernos estaban conectados directamente, sin apretar, a la estructura de soporte de la casa.

Cerchas de corte de relleno

Aquí se muestra el refuerzo de cortante exterior de un edificio de dormitorios convencional de hormigón armado. En este caso, las columnas del edificio presentaban suficiente resistencia vertical y los pisos inferiores suficiente resistencia al cortante, por lo que solo se requirió un refuerzo de cortante limitado para que el edificio fuera resistente a los terremotos en esta ubicación cercana a la falla de Hayward .

Estructura exterior masiva

En otras circunstancias, se requiere un refuerzo mucho mayor. En la estructura que se muestra a la derecha —un estacionamiento sobre locales comerciales— la ubicación, los detalles y la pintura del refuerzo se convierten en un elemento arquitectónico ornamental.

Este modo de colapso se conoce como colapso de piso blando . En muchos edificios, la planta baja está diseñada para usos diferentes a los de los pisos superiores. Las estructuras residenciales de poca altura pueden construirse sobre un estacionamiento con grandes puertas en un lado. Los hoteles pueden tener una planta baja alta para permitir una entrada imponente o salones de baile. Los edificios de oficinas pueden tener tiendas minoristas en la planta baja con escaparates continuos .

El diseño sísmico tradicional parte de la premisa de que los pisos inferiores de un edificio son más resistentes que los superiores; cuando esto no se cumple —si el piso inferior es menos resistente que la estructura superior—, el edificio no responderá a los terremotos como se espera . Mediante métodos de diseño modernos, es posible tener en cuenta la debilidad de un piso inferior. Varios fallos de este tipo en un gran complejo de apartamentos causaron la mayoría de las víctimas mortales en el terremoto de Northridge de 1994 .

Por lo general, cuando se presenta este tipo de problema, la planta baja más débil se refuerza para hacerla más resistente que las plantas superiores mediante la adición de muros de corte o pórticos resistentes a momento . Los pórticos resistentes a momento, que consisten en pórticos en U invertidos , son útiles para preservar el acceso al garaje de la planta baja, mientras que una solución de menor costo puede ser el uso de muros de corte o cerchas en varias ubicaciones, lo que reduce parcialmente la utilidad para el estacionamiento de automóviles, pero aún permite que el espacio se utilice para otros fines de almacenamiento.

Las uniones viga-columna son una debilidad estructural común en el reforzamiento sísmico. Antes de la introducción de los códigos sísmicos modernos a principios de la década de 1970, las uniones viga-columna generalmente no se diseñaban ni se planificaban adecuadamente. Los ensayos de laboratorio han confirmado la vulnerabilidad sísmica de estas uniones mal detalladas y con un diseño deficiente. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} La falla de las uniones viga-columna puede provocar el colapso catastrófico de un edificio con estructura de pórticos, como se ha observado con frecuencia en terremotos recientes. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Para uniones viga-columna de hormigón armado, se han propuesto y probado diversas soluciones de refuerzo en los últimos 20 años. Filosóficamente, las diversas estrategias de refuerzo sísmico analizadas anteriormente pueden implementarse para uniones de hormigón armado. El revestimiento de hormigón o acero ha sido una técnica de refuerzo popular hasta la llegada de materiales compuestos como el polímero reforzado con fibra de carbono (FRP). Los materiales compuestos como el FRP de carbono y el FRP arámico se han probado ampliamente para su uso en refuerzo sísmico con cierto éxito. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} Una técnica novedosa incluye el uso de debilitamiento selectivo de la viga y postensado externo adicional a la unión ^{[ 29 ]} para lograr la articulación por flexión en la viga, que es más deseable en términos de diseño sísmico.

Por ejemplo, las fallas generalizadas en las soldaduras de las uniones viga-columna de edificios de acero de baja a mediana altura durante el terremoto de Northridge de 1994 han demostrado las deficiencias estructurales de estas conexiones soldadas resistentes a momentos de "diseño moderno" posteriores a la década de 1970. ^{[ 30 ]} Un proyecto de investigación posterior de SACSe han documentado, probado y propuesto varias soluciones de refuerzo para estas conexiones soldadas de acero resistentes a momento. Se han desarrollado diversas soluciones de refuerzo para estas juntas soldadas, tales como a) el refuerzo de la soldadura y b) la adición de una chaveta de acero o una brida en forma de "hueso de perro". ^{[ 31 ]}

Tras el terremoto de Northridge, se descubrió que varios edificios con estructura de acero resistente a momentos habían sufrido fracturas frágiles en las conexiones viga-columna. El hallazgo de estas fracturas frágiles imprevistas en las conexiones de la estructura alarmó a los ingenieros y a la industria de la construcción. A partir de la década de 1960, los ingenieros comenzaron a considerar los edificios con estructura de acero soldada resistente a momentos como uno de los sistemas más dúctiles contemplados en el código de construcción . Muchos ingenieros creían que estos edificios eran prácticamente invulnerables a los daños sísmicos y pensaban que, de producirse algún daño, este se limitaría a la fluencia dúctil de los elementos y las conexiones. La observación de los daños sufridos por los edificios en el terremoto de Northridge de 1994 indicó que, contrariamente al comportamiento previsto, en muchos casos, las fracturas frágiles se iniciaron en las conexiones con niveles muy bajos de demanda plástica. En septiembre de 1994, la empresa conjunta SAC, AISC, AISI y NIST convocaron conjuntamente un taller internacional en Los Ángeles para coordinar los esfuerzos de los diversos participantes y sentar las bases para la investigación sistemática y la resolución del problema. En septiembre de 1995, la empresa conjunta SAC firmó un acuerdo contractual con FEMA para llevar a cabo la Fase II del proyecto SAC Steel. En el marco de la Fase II, SAC continuó su exhaustivo estudio, centrado en el análisis del comportamiento de pórticos y conexiones de acero resistentes a momento de diversas configuraciones, con el objetivo final de desarrollar criterios de diseño sísmico para la construcción en acero. Como resultado de estos estudios, ahora se sabe que el detalle típico de conexión resistente a momento empleado en la construcción de pórticos de acero antes del terremoto de Northridge de 1994 presentaba una serie de características que lo hacían inherentemente susceptible a la fractura frágil. ^{[ 32 ]}

Los pisos en edificios de madera generalmente se construyen sobre vigas de madera relativamente profundas, llamadas viguetas , cubiertas con tablones de madera o contrachapado en diagonal para formar una subestructura sobre la cual se coloca el piso de acabado. En muchas estructuras, todas estas viguetas están alineadas en la misma dirección. Para evitar que las vigas se inclinen lateralmente, se utilizan bloques en cada extremo, y para mayor rigidez, se pueden colocar bloques o refuerzos diagonales de madera o metal entre las vigas en uno o más puntos de su longitud. En el borde exterior, es común utilizar una sola capa de bloques y una viga perimetral.

Si el bloqueo o el clavado son inadecuados, cada viga puede quedar plana debido a las fuerzas cortantes aplicadas al edificio. En esta posición, pierden gran parte de su resistencia original y la estructura puede colapsar aún más. Como parte de una rehabilitación, se puede duplicar el bloqueo, especialmente en los bordes exteriores del edificio. Puede ser conveniente añadir clavos adicionales entre la solera del muro perimetral erigido sobre el diafragma del piso, aunque esto requerirá exponer la solera retirando el yeso interior o el revestimiento exterior. Dado que la solera puede ser bastante antigua y estar seca, y se deben usar clavos robustos, puede ser necesario perforar previamente un agujero para el clavo en la madera vieja para evitar que se agriete. Cuando se abre el muro para este propósito, también puede ser conveniente unir los elementos verticales del muro a la cimentación utilizando conectores especiales y pernos pegados con cemento epoxi en agujeros perforados en la cimentación.

Las estructuras domésticas de madera de una o dos plantas construidas sobre una cimentación perimetral o de losa son relativamente seguras en caso de terremoto, pero en muchas construcciones anteriores a 1950, la solera que se encuentra entre la cimentación de hormigón y el diafragma del piso (cimentación perimetral) o el muro de montantes (cimentación de losa) puede no estar suficientemente atornillada. Además, las fijaciones antiguas (sin una protección anticorrosión sustancial) pueden haberse corroído hasta debilitarse. Un sismo lateral puede hacer que el edificio se desplace completamente de los cimientos o la losa.

A menudo, este tipo de edificios, especialmente si se construyen en una pendiente moderada, se levantan sobre una plataforma conectada a una cimentación perimetral mediante muros bajos de montantes llamados "muro de apoyo" o " montaje " . Esta estructura de muro bajo puede fallar por cizallamiento o en sus conexiones en las esquinas, lo que provoca que el edificio se mueva diagonalmente y colapsen los muros. La probabilidad de falla del montaje puede reducirse asegurando que las esquinas estén bien reforzadas a cizallamiento y que los paneles de cizallamiento estén bien conectados entre sí mediante los postes de esquina. Esto requiere tableros de madera contrachapada estructural, a menudo tratados para resistir la putrefacción. Este tipo de madera contrachapada se fabrica sin nudos internos sin rellenar y con más capas, pero más delgadas, que la madera contrachapada común. Los edificios nuevos diseñados para resistir terremotos suelen utilizar OSB ( tablero de virutas orientadas ), a veces con juntas metálicas entre paneles, y con un revestimiento de estuco bien adherido para mejorar su rendimiento. En muchas viviendas unifamiliares modernas, especialmente aquellas construidas sobre suelos expansivos (arcillosos), la construcción se realiza sobre una losa monolítica relativamente gruesa, que se mantiene unida mediante varillas de alta resistencia que se tensan una vez fraguada la losa. Este postensado somete al hormigón a compresión, una condición que le confiere una gran resistencia a la flexión y, por lo tanto, evita que se agriete en condiciones adversas del suelo.

Algunas estructuras antiguas de bajo costo se elevan sobre pilares de hormigón cónicos instalados en fosas poco profundas, un método frecuentemente utilizado para unir terrazas exteriores a edificios existentes. Esto se observa en suelos húmedos, especialmente en climas tropicales, ya que crea un espacio seco y ventilado bajo la casa, y en climas de permafrost (lodo congelado) en el extremo norte, ya que evita que el calor del edificio desestabilice el terreno subyacente. Durante un terremoto, los pilares pueden volcarse, provocando el derrumbe del edificio. Esto se puede solucionar utilizando perforaciones profundas para contener pilares reforzados de hormigón vertido in situ, que luego se fijan al panel del piso en las esquinas del edificio. Otra técnica consiste en añadir arriostramientos diagonales suficientes o secciones de muro de corte de hormigón entre los pilares.

Las columnas de hormigón armado suelen contener barras de refuerzo verticales de gran diámetro dispuestas en anillo, rodeadas por aros de menor calibre. Tras analizar las fallas causadas por terremotos, se ha constatado que la debilidad no residía en las barras verticales, sino en la resistencia y cantidad insuficientes de los aros. Una vez que se rompe la integridad de los aros, las barras verticales pueden flexionarse hacia afuera, sometiendo a tensión la columna central de hormigón. El hormigón se desmorona entonces en pequeños fragmentos, al quedar sin la contención de las barras de refuerzo circundantes. En las construcciones nuevas se utiliza una mayor cantidad de estructuras tipo aro.

Una modificación sencilla consiste en revestir la columna con una camisa de placas de acero conformadas y soldadas en un solo cilindro. El espacio entre la camisa y la columna se rellena con hormigón, un proceso denominado inyección de lechada. Si las condiciones del suelo o de la estructura requieren modificaciones adicionales, se pueden hincar pilotes cerca de la base de la columna y fabricar losas de hormigón que unen los pilotes al pilón, a nivel del suelo o por debajo de él. En el ejemplo mostrado, no fue necesario modificar todas las columnas para lograr la resistencia sísmica suficiente para las condiciones previstas. (Esta ubicación se encuentra aproximadamente a 1,6 km de la zona de falla de Hayward ).

Los muros de hormigón se utilizan frecuentemente en la transición entre los terraplenes elevados de las carreteras y las estructuras de los pasos superiores. Su función es contener el terreno, permitiendo así una menor luz entre los vanos, y también transferir el peso de la luz directamente hacia abajo, a los cimientos en suelo no alterado. Si estos muros son inadecuados, pueden derrumbarse bajo la presión de las vibraciones del terreno provocadas por un terremoto.

Una forma de refuerzo consiste en perforar numerosos agujeros en la superficie del muro y fijar secciones cortas de varilla de refuerzo en forma de L a la superficie de cada agujero con adhesivo epoxi . A continuación, se fijan varillas de refuerzo verticales y horizontales adicionales a los nuevos elementos, se levanta un encofrado y se vierte una capa adicional de hormigón. Esta modificación puede combinarse con zapatas adicionales en zanjas excavadas y soportes y anclajes adicionales para mantener la carga sobre los muros de contención.

En estructuras de mampostería, los edificios de ladrillo se han reforzado con recubrimientos de fibra de vidrio y resina adecuada (epoxi o poliéster). En las plantas bajas, estos recubrimientos pueden aplicarse sobre toda la superficie expuesta, mientras que en las plantas superiores se limitan a las zonas estrechas alrededor de las ventanas y puertas. Esta aplicación proporciona resistencia a la tracción, lo que rigidiza la pared y evita que se doble en el lado opuesto al de la aplicación. La protección eficaz de todo un edificio requiere un análisis y una ingeniería exhaustivos para determinar las zonas adecuadas que deben tratarse.

En edificios de hormigón armado, los muros de relleno de mampostería se consideran elementos no estructurales, pero los daños en los rellenos pueden generar grandes costos de reparación y alterar el comportamiento de la estructura, llegando incluso a provocar las mencionadas fallas por cortante en pisos blandos o en las uniones viga-columna. La falla local de los paneles de relleno debido a mecanismos dentro y fuera del plano, así como a su combinación, puede provocar una caída repentina de la capacidad y, por lo tanto, causar una falla frágil global de la estructura. Incluso en terremotos de baja intensidad, los daños en los pórticos con relleno pueden ocasionar grandes pérdidas económicas y humanas. ^{[ 33 ]}

Para prevenir daños y fallas en los rellenos de mampostería, las estrategias de rehabilitación típicas buscan reforzar los rellenos y proporcionar una conexión adecuada al marco. Ejemplos de técnicas de rehabilitación para rellenos de mampostería incluyen revoques reforzados con acero, ^{[ 34 ] [ 35 ]} compuestos cementicios de ingeniería , ^{[ 36 ] [ 37 ]} capas delgadas de polímeros reforzados con fibra (FRP), ^{[ 38 ] [ 39 ]} y, más recientemente, también morteros reforzados con textiles (TRM). ^{[ 40 ] [ 41 ]}

Cuando un suelo aluvial húmedo o poco consolidado se encuentra en contacto con un material firme subyacente, formando una estructura similar a una playa, las ondas sísmicas que viajan a través del aluvión pueden amplificarse, al igual que las olas del mar contra una playa inclinada . En estas condiciones especiales, se han medido aceleraciones verticales de hasta el doble de la fuerza de la gravedad. Si un edificio no está anclado a una base sólida, puede ser impulsado por sus cimientos (o junto con ellos) hacia el aire, generalmente con graves daños al impactar. Incluso si está bien cimentado, las partes superiores, como los pisos superiores o las estructuras del techo, o las estructuras anexas, como marquesinas y porches, pueden desprenderse de la estructura principal.

Las buenas prácticas en las estructuras modernas resistentes a terremotos exigen buenas conexiones verticales en todos los componentes del edificio, desde el terreno natural o preparado hasta la cimentación, la solera, los montantes verticales y la placa de coronación en cada piso, continuando hasta la estructura del techo. Por encima de la cimentación y la solera, las conexiones se realizan normalmente con flejes o láminas de acero, clavados a los elementos de madera con clavos especiales endurecidos de alta resistencia al corte, y perfiles angulares robustos asegurados con pernos pasantes, utilizando arandelas grandes para evitar que se deslicen. Cuando en construcciones existentes no se proporcionan pernos adecuados entre las soleras y la cimentación (o no se confía en ellos debido a la posible corrosión), se pueden añadir placas de sujeción especiales, cada una de las cuales se fija a la cimentación mediante pernos de expansión insertados en orificios perforados en la cara expuesta del hormigón. Los demás elementos deben fijarse a las soleras con herrajes adicionales.

Una de las adaptaciones más difíciles es la necesaria para prevenir daños por fallas del suelo. Estas fallas pueden ocurrir en una pendiente, un deslizamiento de tierra o en una zona plana debido a la licuefacción de arena y/o lodo saturados de agua. Generalmente, se deben hincar pilotes profundos en suelo estable (típicamente lodo o arena duros) o en la roca madre subyacente, o bien se debe estabilizar la pendiente. Para edificios construidos sobre deslizamientos previos, la viabilidad de la adaptación puede verse limitada por factores económicos, ya que no es práctico estabilizar un deslizamiento grande y profundo. La probabilidad de deslizamientos o fallas del suelo también puede depender de factores estacionales, ya que el suelo puede ser más estable al comienzo de la estación húmeda que al comienzo de la estación seca. Este clima mediterráneo de "dos estaciones" se observa en toda California .

En algunos casos, lo mejor que se puede hacer es reducir la entrada de agua de escorrentía desde elevaciones más altas y estables mediante la captación y derivación a través de canales o tuberías, y drenar el agua infiltrada directamente y proveniente de manantiales subterráneos mediante la inserción de tubos horizontales perforados. Existen numerosos lugares en California donde se han construido extensos desarrollos sobre antiguos deslizamientos de tierra, que no se han movido en tiempos históricos, pero que (si están saturados de agua y sacudidos por un terremoto) tienen una alta probabilidad de moverse en masa , arrastrando secciones enteras de desarrollo suburbano a nuevas ubicaciones. Si bien las estructuras de casas más modernas (bien ancladas a losas de cimentación monolíticas de hormigón reforzadas con cables de postensado) pueden sobrevivir a dicho movimiento prácticamente intactas, el edificio ya no estará en su ubicación original.

Las tuberías de suministro de gas natural y propano a los edificios suelen ser especialmente peligrosas durante y después de un terremoto. Si un edificio se desplaza de sus cimientos o se derrumba debido al colapso de un muro de contención, las tuberías de hierro dúctil que transportan el gas en su interior pueden romperse, generalmente en las juntas roscadas. En ese caso, el gas podría seguir llegando al regulador de presión desde líneas de mayor presión, continuando así su flujo en cantidades considerables; posteriormente, podría encenderse por una fuente cercana, como una llama piloto encendida o una conexión eléctrica con arco eléctrico.

Existen dos métodos principales para restringir automáticamente el flujo de gas después de un terremoto, que se instalan en el lado de baja presión del regulador y, por lo general, después del contador de gas.

• Se puede colocar una bola metálica enjaulada en el borde de un orificio. Ante un sismo, la bola rodará hacia el interior del orificio, sellándolo e impidiendo el paso de gas. Posteriormente, la bola puede recolocarse mediante un imán externo . Este dispositivo solo responde a movimientos sísmicos.
• Se puede utilizar un dispositivo sensible al flujo para cerrar una válvula si el flujo de gas supera un umbral preestablecido (de forma similar a un interruptor automático ). Este dispositivo funcionará independientemente de los movimientos sísmicos, pero no responderá a fugas menores que puedan ser causadas por un terremoto.

Al parecer, la configuración más segura sería utilizar uno de cada uno de estos dispositivos en serie.

A menos que el túnel atraviese una falla propensa a deslizamientos, el mayor peligro para los túneles es un deslizamiento de tierra que bloquee la entrada. Se puede aplicar protección adicional alrededor de la entrada para desviar cualquier material que caiga (de forma similar a como se desvían las avalanchas de nieve ) o se puede estabilizar la pendiente sobre el túnel. Cuando se prevé la caída de rocas y cantos rodados de tamaño pequeño a mediano, se puede cubrir toda la pendiente con malla metálica, fijada a la misma con varillas de metal. Esta es también una modificación común en los cortes de carreteras cuando existen las condiciones adecuadas.

La seguridad de los túneles submarinos depende en gran medida de las condiciones del suelo a través del cual se construyó el túnel, de los materiales y refuerzos utilizados, del terremoto máximo previsto y de otros factores, algunos de los cuales pueden seguir siendo desconocidos según los conocimientos actuales.

Muchos tramos cortos de puentes están anclados estáticamente en un extremo y unidos a balancines en el otro. Estos balancines proporcionan soporte vertical y transversal, permitiendo que el tramo del puente se expanda y contraiga con los cambios de temperatura. La variación en la longitud del tramo se compensa mediante juntas de dilatación en forma de peine, que cubren una separación en la calzada . Durante movimientos sísmicos severos, los balancines pueden salirse de sus guías o desplazarse más allá de sus límites de diseño, provocando que el puente se desplace de su punto de apoyo y, posteriormente, se desalinee o falle por completo. El movimiento puede restringirse añadiendo elementos de sujeción de acero dúctil o de alta resistencia, fijados por fricción a las vigas y diseñados para deslizarse bajo esfuerzos extremos, limitando al mismo tiempo el movimiento con respecto al anclaje.

Los puentes colgantes pueden reaccionar a los terremotos con un movimiento lateral superior al previsto para las ráfagas de viento. Este movimiento puede provocar la fragmentación de la calzada, daños en los apoyos y deformación plástica o rotura de componentes. Se pueden añadir dispositivos como amortiguadores hidráulicos o conexiones deslizantes fijas, así como refuerzos diagonales adicionales.

Las vigas de celosía constan de dos vigas en I conectadas mediante una celosía entrecruzada de pletinas o perfiles angulares. Estas vigas pueden reforzarse considerablemente sustituyendo la celosía abierta por elementos de placa. Esto suele hacerse junto con la sustitución de remaches calientes por pernos.

Muchas estructuras antiguas se fabricaban insertando remaches al rojo vivo en orificios previamente perforados; estos remaches blandos se remachaban con un martillo neumático en un extremo y una barra de remachado en el otro. Al enfriarse lentamente, quedaban recocidos (blandos), mientras que la placa, laminada en caliente y templada durante la fabricación, permanecía relativamente dura. Bajo una tensión extrema, las placas duras pueden cortar los remaches blandos, provocando la rotura de la unión.

La solución consiste en eliminar cada remache con un soplete de oxígeno . A continuación, se prepara el orificio con un escariador para obtener un diámetro preciso. Se inserta un perno de posicionamiento especial , compuesto por una cabeza, un vástago que coincide con el orificio escariado y un extremo roscado, y se sujeta con una tuerca, apretándolo con una llave . Dado que el perno está fabricado con una aleación de alta resistencia adecuada y ha sido sometido a un tratamiento térmico, no está sujeto ni a la falla por cizallamiento plástico típica de los remaches calientes ni a la fractura frágil de los pernos comunes. Cualquier falla parcial se producirá por la deformación plástica del metal sujeto por el perno; con un diseño adecuado, dicha falla no debería ser catastrófica.

Las carreteras elevadas suelen construirse sobre secciones de terraplén elevadas conectadas por segmentos tipo puente, a menudo sostenidos por columnas verticales. Si el suelo cede en el extremo del puente, este puede desprenderse del resto de la carretera. La solución consiste en reforzar los muros de contención o en añadir cajones profundos junto al borde en cada extremo y conectarlos con una viga de soporte bajo el puente.

Otro fallo se produce cuando el relleno en cada extremo se desplaza (debido a efectos de resonancia) en masa y en direcciones opuestas. Si la base de apoyo del paso elevado es insuficiente, este podría derrumbarse. Se pueden añadir soportes adicionales y tirantes dúctiles para fijar el paso elevado a las zapatas en uno o ambos extremos. En lugar de fijarlos a las vigas, los tirantes pueden sujetarse a ellas mediante abrazaderas. Bajo cargas moderadas, estos mantienen el paso elevado centrado en el hueco, reduciendo así la probabilidad de que se deslice de su base de apoyo en un extremo. La capacidad de los extremos fijos para deslizarse, en lugar de romperse, evitará el derrumbe total de la estructura si esta no se mantiene sobre las zapatas.

Grandes tramos de carretera pueden consistir enteramente en viaductos, secciones sin conexión al suelo salvo mediante columnas verticales. Cuando se utilizan columnas de hormigón, el diseño es fundamental. Un fallo típico puede ser el vuelco de una hilera de columnas debido a la falta de conexión con el suelo o a un refuerzo cilíndrico insuficiente. Ambos fallos se observaron en el gran terremoto de Hanshin de 1995 en Kobe, Japón , donde un viaducto completo, sostenido centralmente por una sola hilera de grandes columnas, se derrumbó hacia un lado. Dichas columnas se refuerzan excavando hasta la base, hincando pilotes adicionales y añadiendo una nueva base más grande, bien conectada con armadura junto a la columna o integrada en ella. Una columna con refuerzo insuficiente, propensa a reventar y luego a formar una bisagra en el punto de ruptura, puede revestirse completamente con una camisa circular o elíptica de chapa de acero soldada y rellenarse con mortero como se describió anteriormente.

En ocasiones, los viaductos pueden fallar en las conexiones entre sus componentes. Esto se observó en el colapso de la autopista Cypress en Oakland, California , durante el terremoto de Loma Prieta . Este viaducto era una estructura de dos niveles, y las partes superiores de las columnas no estaban bien conectadas a las partes inferiores que sostenían el nivel inferior; esto provocó el derrumbe del tablero superior sobre el inferior. Las conexiones débiles como estas requieren un revestimiento externo adicional, ya sea mediante componentes de acero externos o mediante un revestimiento completo de hormigón armado, a menudo utilizando conexiones cortas que se adhieren (con adhesivo epoxi ) a numerosos orificios perforados. Estas conexiones cortas se unen a revestimientos adicionales, se levantan encofrados externos (que pueden ser temporales o permanentes) y se vierte hormigón adicional en el espacio. Las grandes estructuras conectadas, similares al viaducto Cypress, también deben analizarse adecuadamente en su totalidad mediante simulaciones dinámicas por computadora.

La mayoría de las casas en Norteamérica son estructuras de madera. La madera es uno de los mejores materiales para la construcción sismorresistente, ya que es ligera y más flexible que la mampostería. Es fácil de trabajar y menos costosa que el acero, la mampostería o el hormigón. En las casas antiguas, las debilidades más significativas son la conexión entre los muros de madera y los cimientos, así como los muros de apoyo relativamente débiles. (Los muros de apoyo son los muros cortos de madera que se extienden desde la parte superior de los cimientos hasta el nivel del piso más bajo en casas con pisos elevados). Agregar conexiones desde la base de la estructura de madera hasta los cimientos es casi siempre una parte importante de una rehabilitación sísmica. El arriostramiento de los muros de apoyo para resistir las fuerzas laterales es esencial en casas con este tipo de muros; este arriostramiento generalmente se realiza con madera contrachapada . El tablero de virutas orientadas (OSB) no se comporta de manera tan consistente como la madera contrachapada y no es la opción preferida de los diseñadores o instaladores de rehabilitación.

Los métodos de rehabilitación en estructuras antiguas de entramado de madera pueden consistir en los siguientes, y otros métodos no descritos aquí.

• Los rieles inferiores de las placas de los muros (generalmente llamados "solares" o "solares de cimentación" en Norteamérica) se atornillan a una cimentación continua o se aseguran con conectores metálicos rígidos atornillados a la cimentación para resistir las fuerzas laterales.
• Los muros de contención están reforzados con madera contrachapada.
• Los elementos verticales seleccionados (normalmente los postes en los extremos de los paneles de arriostramiento de madera contrachapada) se conectan a los cimientos. Estas conexiones tienen como objetivo evitar que los muros arriostrados se balanceen hacia arriba y hacia abajo al ser sometidos a fuerzas oscilantes en la parte superior de los mismos, no resistir el desprendimiento del muro o la casa de los cimientos (lo cual casi nunca ocurre).
• En edificios de dos plantas con entramado de plataforma (a veces denominado estilo occidental, donde los muros se levantan progresivamente sobre el diafragma superior de la planta baja, a diferencia del estilo oriental o de entramado ligero ), los muros superiores se conectan a los inferiores mediante elementos de tensión. En algunos casos, las conexiones pueden extenderse verticalmente para incluir la sujeción de ciertos elementos del tejado. Este tipo de refuerzo suele ser muy costoso en relación con la resistencia obtenida.
• Los postes verticales se fijan a las vigas u otros elementos que soportan. Esto es especialmente importante cuando la pérdida de soporte podría provocar el colapso de un segmento del edificio. Las conexiones entre postes y vigas no pueden resistir fuerzas laterales significativas; es mucho más importante reforzar el perímetro del edificio (arriostrando los muros de contención y reforzando las conexiones entre los cimientos y la estructura de madera) que reforzar las conexiones entre postes y vigas.

La estructura de madera es eficiente cuando se combina con mampostería, siempre que esté bien diseñada. En Turquía, las casas tradicionales (bagdadi) se construyen con esta técnica. En El Salvador , se utilizan madera y bambú para la construcción de viviendas.

En muchas zonas de países en desarrollo como Pakistán, Irán y China, la mampostería, sin refuerzo o, en algunos casos, reforzada, es la forma predominante de construcción en viviendas rurales. La mampostería también fue una forma de construcción común a principios del siglo XX, lo que implica que un número considerable de estas estructuras de mampostería en riesgo tendrían un importante valor patrimonial. Los muros de mampostería sin refuerzo son especialmente peligrosos. Estas estructuras podrían ser más adecuadas para su reemplazo que para su rehabilitación, pero si los muros son los elementos portantes principales en estructuras de tamaño moderado, se pueden reforzar adecuadamente. Es especialmente importante que las vigas del piso y del techo estén firmemente sujetas a los muros. Se pueden añadir soportes verticales adicionales de acero o concreto reforzado.

En el oeste de Estados Unidos, gran parte de lo que se considera mampostería es en realidad revestimiento de ladrillo o piedra. Las normas de construcción vigentes dictan la cantidad de anclajes necesarios, que consisten en correas metálicas fijadas a elementos estructurales verticales. Estas correas se extienden hasta las hiladas de mortero, asegurando el revestimiento a la estructura principal. Las estructuras antiguas pueden no ofrecer una sujeción suficiente para garantizar la seguridad sísmica. Un revestimiento mal sujeto en el interior de una vivienda (a veces utilizado para revestir una chimenea desde el suelo hasta el techo) puede ser especialmente peligroso para los ocupantes. Las chimeneas de mampostería antiguas también son peligrosas si tienen una extensión vertical considerable por encima del tejado. Estas son propensas a romperse en la línea del tejado y pueden caer dentro de la casa en una sola pieza grande. Para su rehabilitación, se pueden añadir soportes adicionales; sin embargo, reforzar una chimenea de mampostería existente para que cumpla con las normas de diseño contemporáneas es extremadamente costoso. Lo mejor es simplemente retirar la extensión y reemplazarla con materiales más ligeros, sustituyendo la chimenea por un conducto metálico especial y la mampostería por una estructura de madera. Esto puede combinarse con la mampostería existente mediante el uso de un revestimiento muy fino (similar a una baldosa, pero con la apariencia de un ladrillo).