thumb|250px|El edificio Alto Río, de 15 pisos, Concepción, colapsó producto del terremoto de Chile de 2010.
thumb|250px|right|Taipei 101, equipado con un amortiguador de masa, fue el rascacielos más alto del mundo hasta 2010.
thumb|227 px|Torre Mayor (Ciudad de México), fue el primer rascacielos en el mundo en contar con amortiguadores sísmicos, cuenta con 98 amortiguadores que liberan silicio para disipar la energía devastadora de un terremoto, es considerado el edificio más fuerte del planeta.
thumb|250px|La sede de ONU en Puerto Príncipe después del terremoto de Haití.
thumb|250px|Aislamiento sísmico a la derecha.
La ingeniería sísmica es el estudio del comportamiento de los edificios y las estructuras sujetas a cargas sísmicas. Es el conjunto de la ingeniería estructural y civil.
Principales objetivos
Los principales objetivos de la ingeniería sísmica son;
Entender la interacción entre los edificios y la infraestructura pública con el subsuelo. Prever las potenciales consecuencias de fuertes terremotos en áreas urbanas y sus efectos en la infraestructura. Diseñar, construir y mantener estructuras que resistan a la exposición de un terremoto, más allá de las expectaciones y en total cumplimiento de los reglamentos de construcción. Mantener a la sociedad lejos de toda preocupación que les puede causar en tan solo pensar en las consecuencias de un terremoto.
Una estructura apropiadamente diseñada no necesita ser extraordinariamente fuerte o cara. Las más poderosas y costosas herramientas para la ingeniería sísmica son las tecnologías de control de la vibración y en particular, el aislamiento de la base o cimentación.
Sistemas de protección
La energía que recibe una estructura durante un terremoto puede ser soportada de tres maneras diferentes: Por resistencia: Consiste en dimensionar los elementos estructurales de tal modo que tengan suficiente resistencia como para soportar las cargas sísmicas sin romperse. Este método requiere unas sobredimensiones bastante importantes de los elementos estructurales y tiene algunos riesgos de rotura frágil. Por ductilidad: Consiste en dimensionar los elementos de tal manera que parte de la energía del seísmo sea disipada por deformaciones plásticas de los propios elementos estructurales. Esto implica que la estructura recibirá daños en caso de seísmo, pero sin llegar a colapsar. Reduce el riesgo de rotura frágil y la dimensión necesaria de los elementos estructurales es bastante menor. Por disipación: Consiste en introducir en la estructura elementos cuyo fin es disipar la energía recibida durante un terremoto, y que no tienen una función resistente durante el resto de la vida normal del edificio. Existen principalmente tres tipos de sistemas de disipación: Aislamiento sísmico: Se conoce así a la técnica de desacoplar el edificio del suelo. La energía proveniente del terremoto no penetra en el edificio ya que este está aislado del suelo. Elementos de disipación pasiva: Son técnicas que permiten dar un amortiguamiento suplementario mediante elementos que absorben la energía del terremoto, evitando que ésta dañe al edificio. Estos elementos llamados amortiguadores pueden ser de muy distinta forma: de aceite, de metal, viscoelásticos, viscosos... En algunos casos los amortiguadores tienen que ser sustituidos tras un impacto sísmico. Elementos de disipación activa: Son elementos que absorben la energía por desplazamiento de elementos preparados para ello. Sería el caso del amortiguador de masa del Taipei 101 que realiza un desplazamiento para absorber la energía del viento sobre la estructura o el seísmo.
Un mismo edificio puede mezclar varias técnicas para soportar un seísmo. La capacidad final de un edificio bien planteado de soportar energía sísmica es la suma de las energías que puede soportar cada uno de los apartados anteriores.Valentin Shustov (2012), "Seismic fitness: on some features of earthquake engineering," http://nees.org/resources/4469/download/Seismic_fitness.pdf .
Comportamiento sísmico
El comportamiento ante terremotos define la capacidad de una estructura para mantener sus funciones principales, como su seguridad y serviciabilidad, en y después de una exposición sísmica determinada. Normalmente, una estructura se considera segura si no pone en peligro la vida y el bienestar de las personas que se encuentran en ella o a su alrededor al derrumbarse parcial o totalmente. Una estructura puede considerarse útil si es capaz de cumplir las funciones operativas para las que fue diseñada.
Los conceptos básicos de la ingeniería sísmica, implementados en los principales códigos de construcción, asumen que un edificio debe sobrevivir a un terremoto muy severo y poco frecuente sufriendo daños significativos pero sin derrumbarse globalmente. Por otro lado, debe permanecer operativo para eventos sísmicos más frecuentes pero menos severos.
Evaluación del comportamiento sísmico
Los ingenieros necesitan conocer el nivel cuantificado del comportamiento sísmico real o previsto asociado con el daño directo a un edificio individual sometido a una sacudida del terreno especificada. Esta evaluación puede realizarse de forma experimental o analítica.
Evaluación experimental Las evaluaciones experimentales son pruebas costosas que suelen realizarse colocando un modelo (a escala) de la estructura en una mesa vibratoria que simula las sacudidas de la tierra y observando su comportamiento. Este tipo de experimentos se realizaron por primera vez hace más de un siglo. Sólo recientemente ha sido posible realizar pruebas a escala 1:1 en estructuras completas.
Debido a la naturaleza costosa de estas pruebas, tienden a utilizarse principalmente para comprender el comportamiento sísmico de las estructuras, validar modelos y verificar métodos de análisis. Así pues, una vez validados adecuadamente, los modelos computacionales y los procedimientos numéricos tienden a soportar la mayor parte de la carga para la evaluación del comportamiento sísmico de las estructuras.
Evaluación analítica/numérica
El análisis sísmico estructural es una poderosa herramienta de la ingeniería sísmica que utiliza el modelado detallado de la estructura junto con métodos de análisis estructural para obtener una mejor comprensión del comportamiento sísmico de las estructuras de edificios y estructuras no edificadas. La técnica como concepto formal es un desarrollo relativamente reciente.
En general, el análisis estructural sísmico se basa en los métodos de dinámica estructural. Durante décadas, el instrumento más destacado de análisis sísmico ha sido el método del espectro de respuesta ante terremotos, que también contribuyó al concepto de código de construcción propuesto en la actualidad.
Sin embargo, tales métodos sólo son buenos para sistemas elásticos lineales, siendo en gran medida incapaces de modelar el comportamiento estructural cuando aparecen daños (es decir, no linealidad). La integración paso a paso numérica demostró ser un método de análisis más efectivo para sistemas estructurales de múltiples grados de libertad con no linealidad significativa bajo un proceso transitorio de excitación movimiento del terreno. El uso del método de los elementos finitos es uno de los enfoques más comunes para analizar modelos informáticos de interacción suelo-estructura no lineales.
Básicamente, el análisis numérico se lleva a cabo con el fin de evaluar el comportamiento sísmico de los edificios. Las evaluaciones del comportamiento se llevan a cabo generalmente mediante el análisis estático no lineal pushover o el análisis no lineal tiempo-historia. En dichos análisis, es esencial conseguir un modelado no lineal preciso de los componentes estructurales, como vigas, pilares, uniones viga-columna, muros de cortante, etc. Así pues, los resultados experimentales desempeñan un papel importante en la determinación de los parámetros de modelización de los componentes individuales, especialmente aquellos que están sujetos a deformaciones no lineales significativas. A continuación, los componentes individuales se ensamblan para crear un modelo no lineal completo de la estructura. Los modelos así creados se analizan para evaluar el comportamiento de los edificios.
Las capacidades del software de análisis estructural son una consideración importante en el proceso anterior, ya que restringen los posibles modelos de componentes, los métodos de análisis disponibles y, lo que es más importante, la robustez numérica. Esta última se convierte en una consideración importante para las estructuras que se aventuran en el rango no lineal y se acercan al colapso global o local, ya que la solución numérica se vuelve cada vez más inestable y, por tanto, difícil de alcanzar. Existen varios programas informáticos comerciales de análisis por elementos finitos, como CSI-SAP2000 y CSI-PERFORM-3D, MTR/SASSI, Scia Engineer-ECtools, ABAQUS y Ansys, que pueden utilizarse para evaluar el comportamiento sísmico de los edificios. Además, existen plataformas de análisis de elementos finitos basadas en la investigación, como OpenSees, MASTODON, que se basa en MOOSE Framework, RUAUMOKO y las antiguas DRAIN-2D/3D, varias de las cuales son ahora de código abierto.
Diseño sismoresistente
El diseño sismo resistente se basa en procedimientos, principios y criterios de ingeniería autorizados destinados a diseñar o readaptar estructuras sujetas a exposición sísmica. Esos criterios sólo son coherentes con el estado contemporáneo de los conocimientos sobre estructuras de ingeniería sísmica. Por lo tanto, un diseño de edificio que siga exactamente las normas del código sísmico no garantiza la seguridad contra el colapso o daños graves.
El precio de un mal diseño sísmico puede ser enorme. No obstante, el diseño sísmico siempre ha sido un proceso de ensayo y error tanto si se basaba en leyes físicas como en el conocimiento empírico del comportamiento estructural de diferentes formas y materiales.
Para poder llevar a cabo diseño de estructuras antisísmicas o evaluación sísmica de proyectos de ingeniería civil nuevos y existentes, un ingeniero debe, normalmente, aprobar un examen sobre Principios Sísmicos que, en el Estado de California, incluyen: Datos sísmicos y criterios de diseño sísmico Características sísmicas de los sistemas de ingeniería Fuerzas sísmicas Procedimientos de análisis sísmico Detallado sísmico y control de calidad de la construcción
Para construir sistemas estructurales complejos, el diseño sísmico utiliza en gran medida el mismo número relativamente pequeño de elementos estructurales básicos (por no hablar de los dispositivos de control de vibraciones) que cualquier proyecto de diseño no sísmico.
Normalmente, de acuerdo con los códigos de construcción, las estructuras se diseñan para "resistir" el mayor terremoto de cierta probabilidad que es probable que se produzca en su ubicación. Esto significa que la pérdida de vidas humanas debe minimizarse evitando el colapso de los edificios.
El diseño sísmico se lleva a cabo mediante la comprensión de los posibles modos de falla de una estructura y dotando a la estructura de la resistencia, rigidez, ductilidad adecuadas, y configuración de las estructuras para garantizar que esos modos no se produzcan.
Requisitos de diseño sísmico Los requisitos de diseño sísmico dependen del tipo de estructura, de la localidad del proyecto y de sus autoridades, que estipulan los códigos y criterios de diseño sísmico aplicables. Por ejemplo, los requisitos del Departamento de Transporte de California denominados The Seismic Design Criteria (SDC) y destinados al diseño de nuevos puentes en California incorporar un enfoque innovador basado en el comportamiento sísmico.