Cómo se construyen los rascacielos de Japón para sobrevivir a los terremotos

(Crédito: Getty Images)

Los rascacielos de Tokio, Osaka y Yokohama dominan los paisajes urbanos que los rodean. Las torres dan la impresión de ser tan inamovibles y firmes como puede serlo una estructura hecha por el hombre.

Estas torres son el telón de fondo fijo de la vida urbana diaria en Japón, como lo son en cualquier ciudad grande y desarrollada del mundo. Mientras la gente y el tráfico bullen a su alrededor, ellos están fijos y quietos: son los pilares que mantienen unido el resto de la agitada ciudad.

Se necesita un terremoto para revelar que esa perspectiva es una ilusión. En Japón, los rascacielos deben poder moverse.

(Crédito: Getty Images)

La autopista Kyushu en abril de 2016 (Crédito: Getty Images)

El terremoto de Tokohu de 2011 es conocido como uno de los más devastadores de los últimos tiempos. Pero fue sólo uno de los muchos eventos sísmicos que azotan a Japón cada año.

El archipiélago japonés se encuentra a lo largo del Anillo de Fuego del Pacífico, en los márgenes de las placas tectónicas de Eurasia, Filipinas y el Pacífico. En el margen, una placa tectónica se empuja debajo de la otra, provocando una acumulación de presiones extraordinarias. Un terremoto es la liberación, que envía vibraciones lo suficientemente fuertes como para arrasar una ciudad común y corriente.

Aquí podemos ver la autopista de Kyushu, dañada por un terremoto de magnitud 6,4 en 2016.

(Crédito: Getty Images)

El gran terremoto de Kanto de 1923 (Crédito: Getty Images)

Pero los bloques de pisos de Japón no son edificios ordinarios. Todos los edificios –incluso si son estructuras pequeñas o temporales– deben ser resilientes a los terremotos en el país, afirma Jun Sato, ingeniero estructural y profesor asociado de la Universidad de Tokio.

Hay dos niveles principales de resiliencia en los que trabajan los ingenieros: el primero es resistir terremotos más pequeños, del tipo que un edificio podría sufrir tres o cuatro veces durante su vida útil en Japón. Por esta magnitud, cualquier daño que requiera reparación no es aceptable. El edificio debería estar tan bien diseñado que pueda escapar ileso de estos terremotos.

El segundo nivel de resiliencia es resistir terremotos extremos, que son más raros. El listón lo estableció el Gran Terremoto de Kanto de 1923. Se trató de un gran terremoto (de magnitud 7,9) que devastó Tokio y Yokohama y mató a más de 140.000 personas.

Para terremotos de magnitud mayor que este punto de referencia, el objetivo ya no es preservar perfectamente los edificios. Cualquier daño que no cause víctimas humanas es aceptable.

"Se diseñan edificios para proteger la vida de las personas", dice Ziggy Lubkowski, especialista en sísmica del University College de Londres. "Ese es el requisito mínimo".

(Crédito: Getty Images)

(Crédito: Getty Images)

Para resistir las increíbles fuerzas de un terremoto, los edificios deben absorber la mayor cantidad de energía sísmica posible.

"Cuando la estructura pueda absorber toda la energía [del terremoto], no colapsará", dice Sato.

Esto ocurre principalmente en un proceso llamado aislamiento sísmico. Los edificios o estructuras se colocan sobre una especie de soporte o amortiguador (a veces tan simple como bloques de caucho de unos 30 a 50 cm (12 a 20 pulgadas) de espesor) para resistir los movimientos del terremoto. Dondequiera que las columnas del edificio desciendan hasta los cimientos, se asientan sobre estas almohadillas de goma.

(Crédito: Getty Images)

Un modelo a escala de un amortiguador sísmico (Crédito: Getty Images)

Las adaptaciones a la base del edificio son una de las principales formas en que se construyen los edificios para resistir terremotos. Pero los amortiguadores de movimiento a lo largo de toda la altura del edificio también pueden mejorar la resiliencia.

"Un edificio alto puede moverse 1,5 m (5 pies), pero si colocas amortiguadores en ciertos niveles (cada segundo piso hasta la parte superior) puedes reducir ese movimiento a una cantidad mucho menor, evitando daños a la superestructura", dice Lubkowski.

Los amortiguadores tienden a parecerse a una bomba de bicicleta, excepto que están llenos de líquido en lugar de aire.

“A medida que se comprime la bomba, ésta empuja el líquido. No se comprime mucho pero se moverá un poquito. Ese proceso puede reducir las vibraciones dentro del edificio”.

Aquí vemos a un arquitecto mostrando un amortiguador de aceite utilizado en el edificio Roppongi Hills Mori Tower de 53 pisos en Tokio (Crédito: Getty Images)

El Tokyo Skytree (Crédito: Alamy)

Los dispositivos complejos para absorber la energía de un terremoto y aliviar las sacudidas no son la única forma de hacer que un edificio sea resistente a los terremotos. Otros métodos implican la distribución y el diseño del propio edificio. "Lo ideal es que el edificio sea lo más regular posible", afirma Lubkowski. "Si tienes cada piso exactamente a la misma altura y todas las columnas en un espacio de rejilla uniforme, el edificio funcionará mejor en un terremoto".

Pero a menudo los diseñadores de rascacielos espectaculares se muestran reacios a hacer ese tipo de concesiones, y las tensiones entre los estándares sísmicos requeridos por los ingenieros y las visiones creativas de los arquitectos son comunes.

"Siempre hay grandes conflictos entre nosotros", dice Norihiro Ejiri, director representante de la firma Ejiri Structural Engineers, con sede en Tokio. "Afortunadamente, en Japón, los arquitectos también reciben formación sobre los terremotos, por lo que los ingenieros y diseñadores pueden debatir con sentido común".

La Torre Skytree de Tokio es el segundo edificio más alto del mundo. Está construido en un estilo "neofuturista" que incorpora algunos elementos de la pagoda tradicional japonesa e incluye un pilar central unido a amortiguadores sísmicos que juntos pueden absorber la energía de un terremoto.

(Crédito: Alamy)

Muro de malla de acero en la Universidad del Futuro de Hakodate (Crédito: Riken Yamamoto)

Sato ha trabajado en el desarrollo de soluciones de ingeniería sísmica que sean a la vez funcionales y elegantes. "Cuando hablo de diseños estructurales con arquitectos, siempre busco una manera de armonizar los elementos sísmicos en el diseño general del edificio", dice.

"A veces puedo encontrar cómo incrustar esos elementos en el plano de planta, a veces puedo desarrollar elementos transparentes o translúcidos, a veces puedo encontrar la geometría en sus bocetos que se pueden desarrollar en elementos sísmicos".

Por ejemplo, el uso de estructuras de malla ayuda a evitar que los soportes del edificio se pandeen. Si una parte se dobla, tener un vecino cercano ayuda a evitar que se doble y distribuye la absorción de energía. Así, las estructuras de malla, que también pueden ser muy bonitas, ayudan a fortificar los edificios. Aquí vemos una malla de acero, utilizada en Hakodate Future University, diseñada por Riken Yamamoto.

(Crédito: Jun Sato)

El pabellón de Naoshima (Crédito: Sou Fujimoto)

El objetivo de crear edificios a prueba de terremotos no es estático. Los investigadores estiman cómo los futuros terremotos podrían afectar un edificio mediante la observación de fallas activas. Pero la magnitud de los terremotos en la región parece estar aumentando, por lo que la predicción se vuelve aún más difícil, dice Ejiri.

Pero, ¿podrán los edificios del mañana resistir ilesos incluso los terremotos más grandes?

“Dentro de lo razonable, sí, tales edificios deberían ser posibles. Los tipos de sistemas de aislamiento de base, cojinetes, tirantes y sistemas de estabilizadores amortiguados que utilizamos lo lograrán”, afirma Lubkowski.

La respuesta está en probar gradualmente todas las tecnologías conocidas que tenemos para estabilizar los edificios, mientras se prueban diseños cada vez más creativos, como las estructuras de malla. A veces, las estructuras pequeñas y experimentales, como una elaborada malla poliédrica diseñada para resistir el pandeo en el Pabellón Naoshima, Kagawa (diseñada por Sou Fujimoto), pueden contribuir al repertorio de los ingenieros.

(Crédito: Jun Sato)

Construcción para los Juegos Olímpicos de 2020 (Crédito: Getty Images)

Debido a la naturaleza impredecible de los desastres naturales, es imposible saber si un diseño puede resistir el próximo gran terremoto hasta después de que ocurra. Sólo en retrospectiva los ingenieros y arquitectos pueden estar seguros de la resiliencia de sus diseños.

(Crédito: Getty Images)