Ingeniería sísmica

Los ingenieros necesitan conocer el nivel cuantificado del comportamiento sísmico real o previsto asociado al daño directo que sufriría un edificio individual sometido a un sismo específico. Dicha evaluación puede realizarse de forma experimental o analítica.

Evaluación analítica/numérica

La evaluación del comportamiento sísmico o análisis estructural sísmico es una herramienta poderosa de la ingeniería sísmica que utiliza el modelado detallado de la estructura junto con métodos de análisis estructural para comprender mejor el comportamiento sísmico de edificios y otras estructuras . Esta técnica, como concepto formal, es un desarrollo relativamente reciente.

En general, el análisis estructural sísmico se basa en los métodos de la dinámica estructural . ^{[ 11 ]} Durante décadas, el instrumento más destacado del análisis sísmico ha sido el método del espectro de respuesta sísmica , que también contribuyó al concepto del código de construcción propuesto en la actualidad. ^{[ 12 ]}

Sin embargo, estos métodos solo son útiles para sistemas elásticos lineales, ya que son incapaces de modelar el comportamiento estructural cuando se produce daño (es decir, no linealidad ). La integración numérica paso a paso demostró ser un método de análisis más eficaz para sistemas estructurales con múltiples grados de libertad y una no linealidad significativa bajo un proceso transitorio de excitación del movimiento del suelo . ^{[ 13 ]} El uso del método de elementos finitos es uno de los enfoques más comunes para analizar modelos computacionales de interacción suelo -estructura no lineales .

Básicamente, el análisis numérico se realiza para evaluar el comportamiento sísmico de los edificios. Las evaluaciones de comportamiento se llevan a cabo generalmente mediante análisis estático no lineal de empuje o análisis de historia de tiempo no lineal. En estos análisis, es fundamental lograr un modelado no lineal preciso de los componentes estructurales, como vigas, columnas, uniones viga-columna, muros de corte, etc. Por lo tanto, los resultados experimentales desempeñan un papel importante en la determinación de los parámetros de modelado de los componentes individuales, especialmente aquellos que están sujetos a deformaciones no lineales significativas. Los componentes individuales se ensamblan para crear un modelo no lineal completo de la estructura. Los modelos creados se analizan para evaluar el comportamiento de los edificios.

Las capacidades del software de análisis estructural son un factor clave en el proceso descrito, ya que limitan los posibles modelos de componentes, los métodos de análisis disponibles y, sobre todo, la robustez numérica. Esta última se vuelve crucial para estructuras que se adentran en el rango no lineal y se acercan al colapso global o local, dado que la solución numérica se vuelve cada vez más inestable y, por lo tanto, difícil de alcanzar. Existen varios programas de análisis de elementos finitos disponibles comercialmente, como CSI-SAP2000 y CSI-PERFORM-3D, MTR/SASSI, Scia Engineer-ECtools, ABAQUS y Ansys , todos los cuales pueden utilizarse para la evaluación del comportamiento sísmico de edificios. Además, existen plataformas de análisis de elementos finitos basadas en la investigación, como OpenSees , MASTODON (basado en el marco MOOSE) , RUAUMOKO y el antiguo DRAIN-2D/3D, varias de las cuales ahora son de código abierto.

La NSF también apoya la Red George E. Brown Jr. para la Simulación de Ingeniería Sísmica.

El programa de Mitigación de Riesgos e Ingeniería Estructural (HMSE) de la NSF apoya la investigación sobre nuevas tecnologías para mejorar el comportamiento y la respuesta de los sistemas estructurales sometidos a riesgos sísmicos; la investigación fundamental sobre la seguridad y la fiabilidad de los sistemas construidos; los desarrollos innovadores en el análisis y la simulación basada en modelos del comportamiento y la respuesta estructural, incluida la interacción suelo-estructura; los conceptos de diseño que mejoran el rendimiento y la flexibilidad de las estructuras; y la aplicación de nuevas técnicas de control para sistemas estructurales. ^{[ 16 ]}

(NEES) que promueve el descubrimiento de conocimiento y la innovación para la reducción de pérdidas por terremotos y tsunamis en la infraestructura civil de la nación y nuevas técnicas e instrumentación de simulación experimental. ^{[ 17 ]}

La red NEES cuenta con 14 laboratorios de uso compartido distribuidos geográficamente que apoyan varios tipos de trabajo experimental: ^{[ 17 ]} investigación geotécnica en centrífuga, ensayos en mesa vibratoria , ensayos estructurales a gran escala, experimentos en tanques de olas de tsunami e investigación de campo. ^{[ 18 ]} Las universidades participantes incluyen: Universidad de Cornell ; Universidad de Lehigh ; Universidad Estatal de Oregón ; Instituto Politécnico Rensselaer ; Universidad de Buffalo , Universidad Estatal de Nueva York ; Universidad de California, Berkeley ; Universidad de California, Davis ; Universidad de California, Los Ángeles ; Universidad de California, San Diego ; Universidad de California, Santa Bárbara ; Universidad de Illinois, Urbana-Champaign ; Universidad de Minnesota ; Universidad de Nevada, Reno ; y la Universidad de Texas, Austin . ^{[ 17 ]}

Los centros de equipos (laboratorios) y un repositorio central de datos están conectados a la comunidad global de ingeniería sísmica a través del sitio web NEEShub. El sitio web NEES utiliza el software HUBzero, desarrollado en la Universidad de Purdue para nanoHUB específicamente para facilitar a la comunidad científica el intercambio de recursos y la colaboración. La ciberinfraestructura, conectada a través de Internet2 , ofrece herramientas de simulación interactivas, un área de desarrollo de herramientas de simulación, un repositorio central de datos gestionado, presentaciones animadas, soporte al usuario, telepresencia, un mecanismo para cargar y compartir recursos, y estadísticas sobre usuarios y patrones de uso.

Esta ciberinfraestructura permite a los investigadores: almacenar, organizar y compartir datos de forma segura dentro de un marco estandarizado en una ubicación central; observar y participar de forma remota en experimentos mediante el uso de datos y vídeo sincronizados en tiempo real; colaborar con colegas para facilitar la planificación, la realización, el análisis y la publicación de experimentos de investigación; y llevar a cabo simulaciones computacionales e híbridas que pueden combinar los resultados de múltiples experimentos distribuidos y vincular experimentos físicos con simulaciones informáticas para permitir la investigación del rendimiento general del sistema.

Estos recursos, en conjunto, proporcionan los medios para la colaboración y el descubrimiento con el fin de mejorar el diseño sísmico y el rendimiento de los sistemas de infraestructura civil y mecánica.

Las primeras simulaciones de terremotos se realizaron aplicando estáticamente algunas fuerzas de inercia horizontales basadas en aceleraciones máximas del suelo escaladas a un modelo matemático de un edificio. ^{[ 19 ]} Con el desarrollo posterior de las tecnologías computacionales, los enfoques estáticos comenzaron a dar paso a los dinámicos .

Los experimentos dinámicos en estructuras, tanto edificadas como no edificadas, pueden ser físicos, como las pruebas en mesa vibratoria , o virtuales. En ambos casos, para verificar el comportamiento sísmico esperado de una estructura, algunos investigadores prefieren trabajar con las llamadas "historias temporales reales", aunque estas no pueden ser "reales" para un terremoto hipotético especificado por un código de construcción o por requisitos de investigación específicos. Por lo tanto, existe un fuerte incentivo para realizar una simulación sísmica, que proporciona datos sísmicos que poseen únicamente las características esenciales de un evento real.

En ocasiones, la simulación de terremotos se entiende como una recreación de los efectos locales de un fuerte temblor de tierra.

La evaluación teórica o experimental del comportamiento sísmico previsto generalmente requiere una simulación estructural basada en el concepto de semejanza o similitud estructural. La similitud es cierto grado de analogía o parecido entre dos o más objetos. La noción de similitud se basa en repeticiones exactas o aproximadas de patrones en los elementos comparados.

En general, se dice que un modelo de edificio guarda similitud con el objeto real si ambos comparten similitud geométrica , cinemática y dinámica . El tipo de similitud más evidente y efectivo es la cinemática . La similitud cinemática se da cuando las trayectorias y velocidades de las partículas en movimiento de un modelo y su prototipo son similares.

El máximo nivel de similitud cinemática es la equivalencia cinemática, que se da cuando, en el caso de la ingeniería sísmica, las series temporales de los desplazamientos laterales de cada piso del modelo y su prototipo son idénticas.

Perú es una tierra altamente sísmica ; durante siglos, la construcción en piedra seca demostró ser más resistente a los terremotos que el uso de mortero. Los incas fueron maestros en la construcción de muros de piedra seca pulida, llamados sillería , donde los bloques de piedra se cortaban para encajar perfectamente sin ningún tipo de mortero . Los incas estuvieron entre los mejores canteros que el mundo haya visto ^{[ 25 ]} y muchas uniones en su mampostería eran tan perfectas que ni siquiera las briznas de hierba cabrían entre las piedras.

Las piedras de los muros de piedra seca construidos por los incas podían moverse ligeramente y volver a asentarse sin que los muros se derrumbaran, una técnica de control estructural pasivo que empleaba tanto el principio de disipación de energía (amortiguación de Coulomb) como el de supresión de amplificaciones resonantes . ^{[ 26 ]}

Por lo general, los amortiguadores de masa sintonizados son enormes bloques de hormigón montados en rascacielos u otras estructuras, y se mueven en oposición a las oscilaciones de la frecuencia de resonancia de las estructuras mediante algún tipo de mecanismo de resorte.

El rascacielos Taipei 101 debe resistir los vientos de tifón y los temblores sísmicos comunes en esta zona de Asia-Pacífico. Para ello, se diseñó e instaló en la parte superior de la estructura un péndulo de acero de 660 toneladas métricas que funciona como amortiguador de masa sintonizada. Suspendido entre los pisos 92 y 88, el péndulo oscila para disminuir la amplificación por resonancia de los desplazamientos laterales en el edificio causados ​​por terremotos y fuertes ráfagas de viento .

Un amortiguador histerético está diseñado para proporcionar un desempeño sísmico mejor y más confiable que el de una estructura convencional al aumentar la disipación de la energía sísmica de entrada . ^{[ 27 ]} Existen cinco grupos principales de amortiguadores histeréticos utilizados para este propósito, a saber:

• Amortiguadores viscosos de fluido (FVD)

Los amortiguadores viscosos tienen la ventaja de ser un sistema de amortiguación suplementario. Poseen un bucle histerético ovalado y la amortiguación depende de la velocidad. Si bien pueden requerir un mantenimiento menor, generalmente no es necesario reemplazarlos después de un terremoto. Aunque son más costosos que otras tecnologías de amortiguación, pueden utilizarse tanto para cargas sísmicas como de viento y son el amortiguador histerético más común. ^{[ 28 ]}

• Amortiguadores de fricción (FD)

Los amortiguadores de fricción suelen presentarse en dos tipos principales: lineales y rotacionales, y disipan la energía mediante calor. Su funcionamiento se basa en el principio de un amortiguador de Coulomb . Dependiendo del diseño, pueden experimentar el fenómeno de deslizamiento intermitente y soldadura en frío . Su principal desventaja radica en el desgaste de las superficies de fricción con el tiempo, por lo que no se recomiendan para disipar cargas de viento. En aplicaciones sísmicas, el desgaste no representa un problema y no requieren mantenimiento. Presentan un ciclo de histéresis rectangular y, siempre que el edificio sea suficientemente elástico, tienden a recuperar su posición original tras un terremoto.

• Amortiguadores deformables metálicos (MYD)

Los amortiguadores metálicos deformables, como su nombre indica, ceden para absorber la energía del terremoto. Este tipo de amortiguador absorbe una gran cantidad de energía; sin embargo, deben reemplazarse después de un sismo y pueden impedir que el edificio vuelva a su posición original.

• Amortiguadores viscoelásticos (VED)

Los amortiguadores viscoelásticos son útiles porque pueden emplearse tanto en aplicaciones eólicas como sísmicas, aunque generalmente se limitan a pequeños desplazamientos. Existe cierta preocupación respecto a la fiabilidad de esta tecnología, ya que algunas marcas han sido prohibidas en edificios de Estados Unidos.

• Amortiguadores de péndulo a horcajadas (oscilación)

El aislamiento sísmico busca evitar que la energía cinética del terremoto se transforme en energía elástica en el edificio. Estas tecnologías lo logran aislando la estructura del suelo, lo que le permite moverse de forma relativamente independiente. El grado de transferencia de energía a la estructura y su disipación varían según la tecnología empleada.

• Cojinete de caucho de plomo

El apoyo de caucho con plomo o LRB es un tipo de aislamiento de base que emplea una amortiguación pesada . Fue inventado por Bill Robinson , un neozelandés. ^{[ 29 ]}

El mecanismo de amortiguación pesada incorporado en las tecnologías de control de vibraciones y, en particular, en los dispositivos de aislamiento sísmico, se considera a menudo una valiosa fuente para suprimir vibraciones y, por lo tanto, mejorar el comportamiento sísmico de un edificio. Sin embargo, para sistemas bastante flexibles como las estructuras con aislamiento sísmico, con una rigidez de apoyo relativamente baja pero con una alta amortiguación, la denominada "fuerza de amortiguación" puede convertirse en la principal fuerza de empuje durante un terremoto fuerte. El vídeo ^{[ 30 ]} muestra un apoyo de caucho con plomo siendo probado en las instalaciones de UCSD Caltrans-SRMD. El apoyo está hecho de caucho con un núcleo de plomo. Fue una prueba uniaxial en la que el apoyo también estuvo sometido a la carga completa de la estructura. Muchos edificios y puentes, tanto en Nueva Zelanda como en otros lugares, están protegidos con amortiguadores de plomo y apoyos de plomo y caucho. Te Papa Tongarewa , el museo nacional de Nueva Zelanda, y los edificios del Parlamento de Nueva Zelanda han sido equipados con estos apoyos. Ambos se encuentran en Wellington , que se asienta sobre una falla activa . ^{[ 29 ]}

• Aislador de base con resortes y amortiguador

En la fotografía, tomada antes del terremoto de Northridge de 1994, se muestra un aislador de base con resortes y amortiguadores instalado debajo de una casa adosada de tres pisos en Santa Mónica , California. Se trata de un dispositivo de aislamiento de base conceptualmente similar a un cojinete de caucho con plomo .

Una de las dos casas adosadas de tres plantas como esta, que estaba bien equipada para registrar las aceleraciones verticales y horizontales tanto en sus plantas como en el suelo, sobrevivió a un fuerte temblor durante el terremoto de Northridge y dejó valiosa información registrada para su posterior estudio.

• Rodamiento de rodillos simple

El rodamiento de rodillos simple es un dispositivo de aislamiento sísmico destinado a proteger diversas estructuras, tanto edificadas como no edificadas, contra los impactos laterales potencialmente dañinos de terremotos fuertes.

Este soporte de cojinete metálico puede adaptarse, con ciertas precauciones, como aislante sísmico para rascacielos y edificios sobre terreno blando. Recientemente, se ha utilizado bajo el nombre de cojinete de rodillos metálicos para un complejo de viviendas (17 pisos) en Tokio, Japón . ^{[ 31 ]}

• Cojinete de péndulo por fricción

El cojinete de péndulo de fricción (FPB) es otro nombre para el sistema de péndulo de fricción (FPS). Se basa en tres pilares: ^{[ 32 ]}

• deslizador de fricción articulado;
• superficie deslizante cóncava esférica;
• Cilindro de contención para la restricción del desplazamiento lateral.

A la derecha se muestra una instantánea con un enlace a un videoclip de una prueba en mesa vibratoria del sistema FPB que soporta un modelo de edificio rígido.

Los requisitos de diseño sísmico dependen del tipo de estructura, la ubicación del proyecto y las autoridades que estipulan los códigos y criterios de diseño sísmico aplicables. ^{[ 8 ]} Por ejemplo, los requisitos del Departamento de Transporte de California, denominados Criterios de Diseño Sísmico (SDC), destinados al diseño de nuevos puentes en California ^{[ 38 ],} incorporan un enfoque innovador basado en el desempeño sísmico.

La característica más significativa de la filosofía de diseño SDC es el cambio de una evaluación de la demanda sísmica basada en fuerzas a una evaluación de la demanda y la capacidad basada en desplazamientos . Por lo tanto, el nuevo enfoque de desplazamiento se basa en comparar la demanda de desplazamiento elástico con la capacidad de desplazamiento inelástico de los componentes estructurales principales, garantizando al mismo tiempo un nivel mínimo de capacidad inelástica en todas las posibles ubicaciones de rótulas plásticas.

Además de la estructura diseñada en sí, los requisitos de diseño sísmico pueden incluir la estabilización del terreno debajo de la estructura: a veces, un fuerte temblor provoca la ruptura del terreno, lo que conlleva el colapso de la estructura que se asienta sobre él. ^{[ 40 ]} Los siguientes temas deben ser de suma importancia: licuefacción; presiones laterales dinámicas del terreno sobre muros de contención; estabilidad sísmica de taludes; asentamiento inducido por terremotos. ^{[ 41 ]}

Las instalaciones nucleares no deben comprometer su seguridad en caso de terremotos u otros eventos externos adversos. Por lo tanto, su diseño sísmico se basa en criterios mucho más estrictos que los que se aplican a las instalaciones no nucleares. ^{[ 42 ]} Sin embargo, los accidentes nucleares de Fukushima I y los daños a otras instalaciones nucleares que siguieron al terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 han llamado la atención sobre las preocupaciones existentes acerca de los estándares japoneses de diseño sísmico nuclear y han llevado a muchos otros gobiernos a reevaluar sus programas nucleares . También se han expresado dudas sobre la evaluación y el diseño sísmico de ciertas otras plantas, incluida la central nuclear de Fessenheim en Francia.

El modo de falla es la forma en que se observa una falla inducida por un terremoto. Generalmente, describe cómo ocurre la falla. Si bien es costoso y requiere mucho tiempo, aprender de cada falla sísmica real sigue siendo una práctica habitual para el avance de los métodos de diseño sísmico . A continuación, se presentan algunos modos típicos de fallas generadas por terremotos.

La falta de refuerzo, sumada a un mortero deficiente y anclajes inadecuados entre el techo y las paredes, puede ocasionar daños considerables en edificios de mampostería sin refuerzo . Las paredes con grietas severas o inclinadas son algunos de los daños más comunes causados ​​por terremotos. También es peligroso el daño que puede producirse entre las paredes y los diafragmas del techo o del piso. La separación entre la estructura y las paredes puede comprometer el soporte vertical de los sistemas de techo y piso.

Efecto de piso blando . La falta de rigidez adecuada en la planta baja causó daños a esta estructura. Un examen minucioso de la imagen revela que el revestimiento de madera rústica, antes cubierto por una chapa de ladrillo , se ha desprendido por completo del muro de entramado. Solo la rigidez del piso superior, combinada con el soporte en los dos lados ocultos mediante muros continuos, sin grandes puertas como en los lados que dan a la calle, evita el colapso total de la estructura.

Licuefacción del suelo . En los casos en que el suelo consiste en materiales granulares sueltos depositados con tendencia a desarrollar una presión hidrostática excesiva en los poros de magnitud suficiente y compactados, la licuefacción de esos depósitos saturados sueltos puede provocar asentamientos no uniformes e inclinación de las estructuras. Esto causó graves daños a miles de edificios en Niigata, Japón, durante elterremoto de 1964. ^{[ 43 ]}

Deslizamiento de tierra y caída de rocas . Un deslizamiento de tierra es un fenómeno geológico que abarca una amplia gama de movimientos del terreno, incluyendo la caída de rocas . Por lo general, la gravedad es la principal fuerza impulsora de un deslizamiento de tierra, aunque en este caso hubo otro factor que contribuyó a la estabilidad original de la pendiente : el deslizamiento requirió un terremoto como desencadenante para su liberación.

Impacto contra el edificio contiguo . Esta es una fotografía de la torre de cinco pisos del Seminario de San José, en Los Altos, California, que se derrumbó y causó una víctima mortal. Durante el terremoto de Loma Prieta , la torre impactó contra el edificio contiguo, que vibraba de forma independiente. La posibilidad de impacto depende de los desplazamientos laterales de ambos edificios, los cuales deben estimarse y tenerse en cuenta con precisión.

Durante el terremoto de Northridge , las juntas del edificio de oficinas de Kaiser Permanente, con estructura de hormigón armado, se rompieron por completo, dejando al descubierto una estructura de acero de confinamiento inadecuada , lo que provocó el colapso del segundo piso. En la dirección transversal, los muros de corte extremos compuestos , formados por dos hileras de ladrillo y una capa de hormigón proyectado que soportaba la carga lateral, se desprendieron debido a la insuficiencia de las uniones pasantes y colapsaron.

• Obra en construcción inadecuada en la ladera de una colina .
• Detalles deficientes del refuerzo (falta de confinamiento de hormigón en las columnas y en las uniones viga-columna, longitud de empalme inadecuada).
• Planta baja con baja resistencia sísmica .
• Voladizos largos con carga muerta pesada .

Efecto de deslizamiento de los cimientos de una estructura residencial relativamente rígida durante el terremoto de Whittier Narrows de 1987. El terremoto de magnitud 5,9 sacudió el edificio de apartamentos Garvey West en Monterey Park, California, y desplazó su superestructura unos 25  centímetros hacia el este sobre sus cimientos.

Si una superestructura no está montada sobre un sistema de aislamiento sísmico , debe evitarse su desplazamiento sobre el sótano.

Durante el terremoto de Northridge, una columna de hormigón armado reventó debido a una insuficiencia en el refuerzo a cortante, lo que provocó que el refuerzo principal se pandeara hacia afuera. El tablero se desprendió en la articulación y falló por cortante. Como consecuencia, el tramo del paso subterráneo La Cienega-Venice de la autopista 10 colapsó.

Terremoto de Loma Prieta : vista lateral del fallo de las columnas de soporte de hormigón armado que provocó el colapso del piso superior sobre el piso inferior del viaducto Cypress de dos niveles de la autopista interestatal 880, Oakland, California.

Fallo del muro de contención en el terremoto de Loma Prieta en la zona de las montañas de Santa Cruz: grietas extensionales prominentes con orientación noroeste de hasta 12  cm (4,7  pulgadas) de ancho en el aliviadero de hormigón de la presa Austrian, el estribo norte .

El temblor del terreno desencadenó la licuefacción del suelo en una capa subterránea de arena , produciendo un movimiento diferencial lateral y vertical en una capa suprayacente de arena y limo no licuados . Este modo de falla del terreno , denominado expansión lateral , es una de las principales causas de los daños sísmicos relacionados con la licuefacción. ^{[ 44 ]}

Edificio del Banco de Desarrollo Agrícola de China gravemente dañado tras el terremoto de Sichuan de 2008 : la mayoría de las vigas y columnas de los pilares se han cortado . Las grandes grietas diagonales en la mampostería y el revestimiento se deben a cargas en el plano, mientras que el asentamiento abrupto del extremo derecho del edificio debe atribuirse a un vertedero que puede ser peligroso incluso sin un terremoto. ^{[ 45 ]}

Doble impacto del tsunami : presión hidráulica de las olas marinas e inundación . Así, el terremoto del Océano Índico del 26 de diciembre de 2004, con epicentro frente a la costa oeste de Sumatra , Indonesia, desencadenó una serie de tsunamis devastadores que causaron la muerte de más de 230 000 personas en once países al inundar las comunidades costeras circundantes con enormes olas de hasta 30 metros (100 pies) de altura. ^{[ 47 ]} 

Alrededor del treinta por ciento de la población mundial vive o trabaja en construcciones de tierra. ^{[ 50 ]} Los ladrillos de barro tipo adobe son uno de los materiales de construcción más antiguos y utilizados. El uso del adobe es muy común en algunas de las regiones más propensas a desastres del mundo, tradicionalmente en América Latina, África, el subcontinente indio y otras partes de Asia, Oriente Medio y el sur de Europa.

Los edificios de adobe se consideran muy vulnerables ante terremotos fuertes. ^{[ 51 ]} Sin embargo, existen múltiples métodos para el refuerzo sísmico de edificios de adobe, tanto nuevos como existentes. ^{[ 52 ]}

Los factores clave para la mejora del comportamiento sísmico de las construcciones de adobe son:

• Calidad de la construcción.
• Diseño compacto, tipo caja.
• Refuerzo sísmico. ^{[ 53 ]}

La piedra caliza es muy común en la arquitectura, especialmente en Norteamérica y Europa. Muchos monumentos en todo el mundo están construidos con piedra caliza. Numerosas iglesias y castillos medievales en Europa están hechos de mampostería de piedra caliza y arenisca . Son materiales duraderos, pero su peso considerable no favorece un buen desempeño sísmico.

La aplicación de tecnología moderna al reforzamiento sísmico puede mejorar la resistencia de las estructuras de mampostería sin refuerzo. Por ejemplo, entre 1973 y 1989, el edificio del condado de Salt Lake City en Utah fue renovado y reparado exhaustivamente, con especial énfasis en preservar su aspecto histórico. Esto se realizó junto con una mejora sísmica que colocó la débil estructura de arenisca sobre una base con aislamiento sísmico para protegerla mejor de los daños causados ​​por terremotos.

La construcción con entramado de madera se remonta a miles de años y se ha utilizado en muchas partes del mundo durante diversos períodos, como en el antiguo Japón, Europa y la Inglaterra medieval, en lugares donde la madera era abundante pero la piedra de construcción y las habilidades para trabajarla no lo eran.

El uso de entramados de madera en los edificios proporciona su estructura esquelética completa, lo que ofrece algunos beneficios estructurales, ya que el entramado de madera, si está correctamente diseñado, se presta a una mayor resistencia sísmica . ^{[ 54 ]}

Las estructuras de entramado ligero suelen obtener resistencia sísmica de muros de corte rígidos de madera contrachapada y diafragmas de paneles estructurales de madera . ^{[ 55 ]} Las disposiciones especiales para sistemas de resistencia a cargas sísmicas en todas las estructuras de madera de ingeniería requieren considerar las relaciones de diafragma, los esfuerzos cortantes horizontales y verticales del diafragma y los valores de los conectores / sujetadores . Además, se requieren colectores o puntales de arrastre para distribuir el esfuerzo cortante a lo largo de la longitud del diafragma.

Un sistema constructivo donde el refuerzo de acero se embebe en las juntas de mortero de la mampostería o se coloca en agujeros que se rellenan con hormigón o lechada se llama mampostería reforzada . ^{[ 56 ]} Existen diversas prácticas y técnicas para reforzar la mampostería. El tipo más común es la mampostería reforzada con elementos huecos .

Para lograr un comportamiento dúctil en la mampostería, es necesario que la resistencia al corte del muro sea mayor que la resistencia a la flexión . ^{[ 57 ]} La efectividad de los refuerzos verticales y horizontales depende del tipo y la calidad de las unidades de mampostería y el mortero .

El devastador terremoto de Long Beach de 1933 reveló que la mampostería es propensa a sufrir daños por terremotos, lo que llevó al Código Estatal de California a hacer obligatorio el refuerzo de la mampostería en todo el estado.

El hormigón armado es aquel al que se le han incorporado barras de acero ( varillas ) o fibras para fortalecer un material que, de otro modo, sería frágil . Se puede utilizar para fabricar vigas , columnas , forjados o puentes.

El hormigón pretensado es un tipo de hormigón armado que se utiliza para superar la debilidad natural del hormigón a la tracción. Se puede aplicar a vigas , forjados o puentes con luces mayores que las que permite el hormigón armado convencional. Los tendones de pretensado (generalmente de cable o varillas de acero de alta resistencia) se utilizan para proporcionar una carga de sujeción que genera una tensión de compresión que contrarresta la tensión de tracción que, de otro modo, experimentaría el elemento de hormigón sometido a compresión debido a una carga de flexión.

Para evitar un colapso catastrófico ante un sismo (en aras de la seguridad de las personas), una estructura tradicional de hormigón armado debe contar con juntas dúctiles . Dependiendo de los métodos empleados y las fuerzas sísmicas aplicadas, estos edificios pueden ser utilizables de inmediato, requerir reparaciones importantes o incluso tener que ser demolidos.

Una estructura pretensada es aquella cuya integridad , estabilidad y seguridad generales dependen, principalmente, del pretensado . El pretensado consiste en la creación intencional de tensiones permanentes en una estructura con el fin de mejorar su desempeño bajo diversas condiciones de servicio. ^{[ 58 ]}

Existen los siguientes tipos básicos de pretensado:

• Precompresión (principalmente, con el propio peso de la estructura)
• Pretensado con tendones embebidos de alta resistencia
• Postensado con tendones de alta resistencia, adheridos o no adheridos.

Hoy en día, el concepto de estructura pretensada se emplea ampliamente en el diseño de edificios , estructuras subterráneas, torres de televisión, centrales eléctricas, instalaciones flotantes de almacenamiento y en alta mar, buques de reactores nucleares y numerosos tipos de sistemas de puentes . ^{[ 59 ]}

Al parecer, los antiguos arquitectos romanos ya conocían la beneficiosa idea del pretensado ; fíjese, por ejemplo, en el alto muro del ático del Coliseo, que funciona como elemento estabilizador para los pilares del muro que se encuentran debajo.

Las estructuras de acero se consideran en su mayoría resistentes a los terremotos, pero se han producido algunas fallas. Un gran número de edificios de pórticos de acero soldados resistentes a momentos , que parecían a prueba de terremotos, sorprendentemente mostraron un comportamiento frágil y sufrieron daños peligrosos en el terremoto de Northridge de 1994. [ ^{60 ] Posteriormente} , la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) inició el desarrollo de técnicas de reparación y nuevos enfoques de diseño para minimizar los daños a los edificios de pórticos de acero resistentes a momentos en futuros terremotos. ^{[ 61 ]}

Para el diseño sísmico de estructuras de acero basado en el método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD), es fundamental evaluar la capacidad de una estructura para desarrollar y mantener su resistencia portante en el rango inelástico . Una medida de esta capacidad es la ductilidad , que puede observarse en el material en sí , en un elemento estructural o en la estructura completa .

Como consecuencia de la experiencia del terremoto de Northridge , el Instituto Americano de Construcción de Acero (AISC) introdujo la norma AISC 358, "Conexiones precalificadas para pórticos de acero resistentes a momento especiales e intermedios". Las disposiciones de diseño sísmico del AISC exigen que todos los pórticos de acero resistentes a momento empleen conexiones incluidas en la norma AISC 358 o conexiones que hayan sido sometidas a ensayos cíclicos de precalificación. ^{[ 62 ]}