Why do buildings fall in earthquakes? - Vicki V. May

¿Por qué se caen los edificios en un terremoto? - Vicki V. May

Traductor: Ciro Gomez Revisor: Emma Gon

Earthquakes have always been a terrifying phenomenon,

Los terremotos siempre han sido un fenómeno aterrador,

and they've become more deadly as our cities have grown,

y se han vuelto más letales conforme nuestras ciudades han crecido,

with collapsing buildings posing one of the largest risks.

con el derrumbe de los edificios como uno de los riesgos más grandes.

Why do buildings collapse in an earthquake,

¿Por qué colapsan los edificios en un terremoto,

and how can it be prevented?

y cómo se puede prevenir?

If you've watched a lot of disaster films,

Si has visto muchas películas de desastres,

you might have the idea

es posible que creas

that building collapse is caused directly by the ground beneath them

que los derrumbes son causados directamente por el suelo bajo ellos

shaking violently, or even splitting apart.

que se sacude violentamente, o incluso se divide y aparta.

But that's not really how it works.

Pero así no es como funciona realmente.

For one thing, most buildings are not located right on a fault line,

Por un lado, la mayoría de los edificios no están junto a una línea de falla,

and the shifting tectonic plates go much deeper than building foundations.

y las placas tectónicas están mucho más abajo de los cimientos de los edificios.

So what's actually going on?

Entonces ¿qué pasa realmente?

In fact, the reality of earthquakes and their effect on buildings

De hecho, la realidad de los terremotos y sus efectos en los edificios

is a bit more complicated.

es un poco más complicada.

To make sense of it, architects and engineers use models,

Para entenderlo, los arquitectos e ingenieros utilizan modelos,

like a two-dimensional array of lines representing columns and beams,

como una matriz bidimensional de líneas que representan las columnas y vigas,

or a single line lollipop with circles representing the building's mass.

o una sola línea piruleta con bolas que representan la masa del edificio.

Even when simplified to this degree, these models can be quite useful,

Incluso aun simplificados a este grado, estos modelos pueden ser muy útiles,

as predicting a building's response to an earthquake

para entender que la respuesta de un edificio en un sismo

is primarily a matter of physics.

es ante todo una cuestión de física.

Most collapses that occur during earthquakes

La mayoría de los colapsos durante los sismos

aren't actually caused by the earthquake itself.

no son causados ​​por el sismo en sí.

Instead, when the ground moves beneath a building,

En cambio, cuando el suelo se mueve debajo de un edificio,

it displaces the foundation and lower levels,

desplaza los cimientos y los niveles más bajos,

sending shock waves through the rest of the structure

enviando ondas de choque por el resto de la estructura,

and causing it to vibrate back and forth.

haciéndolo vibrar hacia atrás y adelante.

The strength of this oscillation depends on two main factors:

La fuerza de esta oscilación depende de dos factores principales:

the building's mass, which is concentrated at the bottom,

la masa del edificio, que se concentra en la parte inferior,

and its stiffness,

y su rigidez, que es la fuerza requerida

which is the force required to cause a certain amount of displacement.

para causar una cierta cantidad de desplazamiento.

Along with the building's material type and the shape of its columns,

Además del tipo de material de construcción y la forma de sus columnas,

stiffness is largely a matter of height.

la rigidez es en gran medida una cuestión de altura.

Shorter buildings tend to be stiffer and shift less,

Edificios bajos tienden a ser rígidos y desplazarse menos,

while taller buildings are more flexible.

mientras que los edificios altos son más flexibles.

You might think that the solution is to build shorter buildlings

Se podría pensar que la solución es construir edificios bajos

so that they shift as little as possible.

para que el desplazamiento sea el menor posible.

But the 1985 Mexico City earthquake is a good example of why that's not the case.

Pero el sismo de México de 1985 es un buen ejemplo del porqué ese no es el caso.

During the quake,

Durante el terremoto,

many buildings between six and fifteen stories tall collapsed.

muchos edificios de entre 6 y 15 pisos de altura se derrumbaron.

What's strange is that while shorter buildings nearby did keep standing,

Lo extraño es que los edificios cercanos más bajos se mantuvieron en pie,

buildings taller than fifteen stories were also less damaged,

los edificios más altos de 15 pisos también se dañaron menos

and the midsized buildings that collapsed

y los edificios de mediana altura se derrumbaron

were observed shaking far more violently than the earthquake itself.

al vérselos temblar mucho más violentamente que el propio terremoto.

How is that possible?

¿Cómo es eso posible?

The answer has to do with something known as natural frequency.

La respuesta tiene que ver con lo que se conoce como frecuencia natural.

In an oscillating system,

En un sistema oscilante,

the frequency is how many back and forth movement cycles occur within a second.

la frecuencia es qué tantos ciclos de ir y volver se producen en un segundo.

This is the inverse of the period,

Es el inverso del periodo,

which is how many seconds it takes to complete one cycle.

que es el número de segundos que se tarda en completar un ciclo.

And a building's natural frequency, determined by its mass and stiffness,

La frecuencia natural de un edificio, determinada por su masa y rigidez,

is the frequency that its vibrations will tend to cluster around.

es la frecuencia en que esas vibraciones tienden a agruparse.

Increasing a building's mass slows down the rate at which it naturally vibrates,

El aumento de la masa de un edificio baja la velocidad natural de vibración,

while increasing stiffness makes it vibrate faster.

mientras que el aumento de la rigidez lo hace vibrar más rápido.

So in the equation representing their relationship,

En la ecuación que representa esta relación,

stiffness and natural frequency are proportional to one another,

rigidez y frecuencia natural son proporcionales entre sí,

while mass and natural frequency are inversely proportional.

mientras que masa y frecuencia natural son inversamente proporcionales.

What happened in Mexico City was an effect called resonance,

Lo que ocurrió en la Ciudad de México fue un efecto llamado resonancia,

where the frequency of the earthquake's seismic waves

en el que la frecuencia de las ondas sísmicas

happen to match the natural frequency of the midsized buildings.

coincidieron con la frecuencia natural de los edificios de tamaño medio.

Like a well-timed push on a swingset,

Como un impulso a tiempo en un columpio,

each additional seismic wave amplified the building's vibration

cada onda sísmica adicional amplifica la vibración del edificio

in its current direction,

en su dirección actual,

causing it to swing even further back, and so on,

produciendo que se desplace aún más, y así sucesivamente,

eventually reaching a far greater extent than the initial displacement.

llegando finalmente a un grado mucho mayor que el desplazamiento inicial.

Today, engineers work with geologists and seismologists

Hoy en día, los ingenieros trabajan con geólogos y sismólogos

to predict the frequency of earthquake motions at building sites

para predecir la frecuencia de movimientos sísmicos en sitios de construcción,

in order to prevent resonance-induced collapses,

a fin de evitar colapsos inducidos por resonancia,

taking into account factors such as soil type and fault type,

teniendo en cuenta factores tales como tipo de suelo y tipo de falla,

as well as data from previous quakes.

así como datos de sismos anteriores.

Low frequencies of motion will cause more damage to taller

Bajas frecuencias de movimiento causarán más daño a edificios

and more flexible buildings,

altos y flexibles,

while high frequencies of motion pose more threat

mientras que altas frecuencias de movimiento amenazan

to structures that are shorter and stiffer.

a estructuras más bajas y más rígidas.

Engineers have also devised ways to abosrb shocks

Los ingenieros también han ideado formas de absorber choques

and limit deformation using innovative systems.

y limitar la deformación utilizando sistemas innovadores.

Base isolation uses flexible layers

Aislando la base con capas flexibles

to isolate the foundation's displacement from the rest of the building,

para aislar el desplazamiento de la base del resto del edificio,

while tuned mass damper systems cancel out resonance

mientras que sistemas de amortiguadores sintonizados cancelan la resonancia

by oscillating out of phase with the natural frequency

oscilando fuera de fase de la frecuencia natural

to reduce vibrations.

para reducir las vibraciones.

In the end, it's not the sturdiest buildings that will remain standing

Al final, no son los edificios más resistentes los que permanecerán de pie

but the smartest ones.

sino los más inteligentes.