Agitado, no agitado: masa más alta

El 9 de mayo, una torre de 10 pisos fue sacudida deliberadamente con fuerzas equivalentes a un sismo de magnitud 6,7, seguida, minutos después, por el equivalente a un sismo de 7,7. Diseñado por LEVER Architecture, con sede en Portland, Oregón y Los Ángeles, en colaboración con varios socios universitarios y de la industria, la estructura se balanceó y traqueteó bajo el estrés severo, pero luego volvió a su posición vertical original, aparentemente ilesa. El edificio, que se construyó, a un costo de entre $ 3 y $ 4 millones, específicamente para probar y demostrar la resistencia sísmica de la madera en masa, es la pieza central del Proyecto TallWood de la Infraestructura de Investigación de Ingeniería de Riesgos Naturales (NHERI). Después de estas simulaciones largamente esperadas, cada una precedida por una cuenta regresiva que evocaba el lanzamiento de un cohete, los participantes vitorearon y se abrazaron, celebrando el éxito.

La estructura de prueba, que tardó unos nueve meses en construirse, permanecerá en pie durante casi un año en la "mesa vibratoria" del Centro de Ingeniería Estructural Englekirk de la Universidad de California en San Diego, donde fue erigida. Este gran simulador de terremotos, con una platina o placa de 25 por 40 pies y 3 pies de espesor, sobre la cual se atornilló el edificio, se actualizó en 2022, con seis ejes de movimiento, lo que le permitió reproducir todo el rango. de movimiento 3D posible en un evento sísmico. La torre incorpora diferentes tipos y aplicaciones de madera en masa, los productos de madera de ingeniería de varias capas cuyos beneficios incluyen resistencia estructural, sostenibilidad y propiedades resistentes a terremotos. Esta es la estructura de madera en masa a gran escala más alta que jamás se haya sometido a este tipo de prueba.

Las pruebas recientes, que fueron controladas por computadora y duraron poco menos de un minuto cada una (de acuerdo con la duración real de los terremotos), simularon dos grandes temblores del pasado: el terremoto de Northridge en California en 1994, seguido por el terremoto Chi-Chi de 1999, aún más fuerte, en Taiwán. A pesar de la brevedad de cada evento recreado, este proyecto financiado por la Fundación Nacional de Ciencias había tardado años en desarrollarse, involucrando a muchas entidades diferentes. Dirigido por el investigador principal Shiling Pei de la Escuela de Minas de Colorado, involucró a un consorcio de instituciones de investigación, incluidas la Universidad Estatal de Colorado, la Universidad Estatal de Oregón, la Universidad de Lehigh, la Universidad de Washington, la Universidad de Nevada, Reno, la Universidad de California San Diego, y la propia de Pei. Además, muchos socios de la industria contribuyeron con materiales, productos de construcción, servicios de construcción y/o experiencia.

Para aprender todo lo posible de cada evento simulado, el equipo de diseño integró una amplia gama de componentes y condiciones de construcción. Con una altura de 112 pies, la torre tiene placas de piso de 32 por 34 pies, que se extienden parcialmente más allá de la mesa vibratoria, lo que permite a los investigadores probar el rendimiento de los voladizos. Dependiendo de la función estructural y el nivel dentro del edificio, diferentes tipos de madera en masa, incluida la madera contralaminada (CLT), laminada con pegamento (glulam), laminada con clavos (NLT), laminada con espigas (DLT) y la madera de chapa laminada (LVL): forman elementos como losas de piso, muros, columnas y vigas.

Aunque solo había recursos para el revestimiento exterior en los tres pisos inferiores, cada cuadrante amplía el alcance de la investigación con su propio tipo de sistema de revestimiento y/o ventanas. Mientras que la piel del marco del globo es independiente de las losas del piso, otro revestimiento se conecta directamente a esos planos horizontales. Las variaciones de la fachada van desde un sistema de muro cortina acristalado hasta dos tipos de ventanas perforadas. "Nos aseguramos de incluir, por ejemplo, ventanas de cinta que se unen en una esquina", dice el director de LEVER, Jonathan Heppner, "porque ese suele ser un punto débil en un terremoto".

Entre las muchas medidas para acomodar el movimiento, las juntas de expansión separan ciertos materiales y algunos tabiques no estructurales tienen cabezales de deflexión con pistas para permitir el desplazamiento sísmico. De manera similar, la escalera autoportante de 10 pisos cerca del núcleo del edificio tiene conexiones flexibles en la mayoría de los pisos para permitir la deriva durante los eventos sísmicos.

Foto cortesía de LEVER Arquitectura

Quizás la característica más innovadora de la torre es su "pared oscilante" de madera maciza. Como explica Pei: "Es un plano de madera maciza que se eleva en toda la altura del edificio y está anclado al suelo mediante varillas de acero postensadas (aunque podrían ser cables en su lugar). Cuando se somete a fuerzas laterales, la pared se balancea hacia adelante y hacia atrás: lo que reduce el impacto sísmico. Una vez que el terremoto termina, las varillas o cables tensados ​​tiran del edificio hacia el centro o lo nivelan". Aunque los equipos de los EE. UU. y Nueva Zelanda habían estudiado muros de hormigón, la realización de una versión de madera maciza es un avance significativo. La estructura de prueba incluye cuatro de estas paredes, dos a lo largo de la periferia del edificio y dos cerca de su núcleo, hechas de CLT y paneles de capas en masa (MPP) con placas integrales de flexión de acero en forma de U a intervalos regulares, para absorber las fuerzas de balanceo durante un terremoto. "Y si se estresan demasiado", dice Heppner, "son reemplazables después, como fusibles". Al igual que con muchas de las partes estructurales y no estructurales de la torre, están diseñadas para minimizar el daño por terremoto o, después de las condiciones más extremas, permitir la supervivencia del edificio con reparaciones relativamente fáciles.

"El análisis posterior al terremoto aquí nos enseñará mucho", dice el director fundador de LEVER, Thomas Robinson, "ya que hay más de 800 sensores de recopilación de datos en todo el edificio". A medida que continúa la investigación, una simulación de un terremoto ascendente siguió a las recreaciones de Northridge y Chi-Chi; Eventualmente, los pisos superiores de la torre serán removidos para permitir que los investigadores estudien asuntos relacionados, por ejemplo, con la masa construida en relación con la frecuencia de los terremotos.

Al subrayar el valor del proyecto de prueba, Pei señala que "la madera en masa es parte de una tendencia importante en la arquitectura y la construcción, pero su desempeño sísmico en estructuras altas no se comprende tan bien como otros sistemas de construcción existentes". Como mencionaron varios investigadores durante la simulación del 9 de mayo, la esperanza es que este proyecto avance en el uso de madera en masa, particularmente en áreas propensas a terremotos, y que conduzca a cambios de gran alcance en el código de construcción para estructuras residenciales y comerciales, para incluir el rock and roll del diseño sísmico: paredes mecedoras de madera.

Proyecto de madera alta NHERI: prueba sísmica de una estructura de madera maciza de 10 pisos de LEVER Architecture.