Sistema BRBM
Desde Oakland, California, Estados Unidos, el equipo de ingeniería estructural integrado por Leo Panian, Gina Carlson y Jason Armes, presenta un artículo técnico que describe el desarrollo de un innovador sistema estructural para el nuevo edificio en altura de la Universidad Samuel Merritt.
El diseño sísmico de un edificio en altura suele implicar una serie de compromisos entre forma arquitectónica, planificación espacial, costos de construcción y desempeño estructural. En el nuevo edificio académico y de investigación de la Universidad Samuel Merritt (SMU), actualmente en construcción en el centro de Oakland, California, el equipo de ingeniería estructural de la empresa Tipping adoptó un enfoque iterativo que culminó en la elección de un sistema novedoso y rentable, habilitando plantas libres, control de deformaciones y una alta resiliencia frente a los terremotos.
Trabajando en conjunto con desarrolladores, contratistas, ingenieros y arquitectos, se analizaron diversas configuraciones estructurales —entre ellas pórticos resistentes a momento, sistemas duales, marcos convencionales con amortiguadores Buckling Restrained Braced (BRB), y marcos con mástiles BRBM (Buckling Restrained Braced Mast)— con el fin de comparar impactos arquitectónicos, cantidad de acero utilizada y rendimiento sísmico. La opción finalmente adoptada fue una versión del sistema BRB tradicional, que incorpora un elemento vertical tipo mástil o strongback. Esta variante, conocida como BRBM, permite separar las funciones elásticas y de disipación de energía dentro del sistema, mejorando notablemente la confiabilidad y respuesta estructural.
El mástil está conformado por una celosía vertical que permanece en el rango elástico durante la acción sísmica, trabajando en conjunto con los dispositivos BRB, los cuales absorben la energía mediante deformación plástica. Aunque el sistema BRBM ya había sido utilizado en otros proyectos, su implementación en SMU representa su aplicación más ambiciosa hasta la fecha, tanto en escala como en altura. Su diseño compacto permitió integrarlo dentro de muros divisorios permanentes, reduciendo la cantidad total de dispositivos y optimizando el uso del espacio interior, derivando en significativos ahorros.
El edificio albergará aulas, laboratorios, clínicas, oficinas y espacios comunitarios. Su núcleo de circulación vertical desplazado permitió disponer de grandes aulas sin interrupciones y flexibilidad en la planificación de los laboratorios. Durante la etapa conceptual, se evaluó inicialmente un sistema de pórticos a momento, sin embargo, el mismo resultó inviable por sus altas demandas de acero y su bajo desempeño frente a los sismos. Se analizó también un sistema dual (pórticos a momento + BRBs) que, si bien mejoraba ligeramente el comportamiento estructural, no ofrecía ventajas suficientes frente a su complejidad ni justificaba su costo adicional.
Posteriormente, se estudió un sistema completamente BRB, con 100 dispositivos distribuidos en los pocos marcos disponibles. Esta solución fue efectiva en términos de costos y redujo considerablemente la deriva interpiso, pero presentaba deficiencias en la distribución de las deformaciones: los daños se concentraban en ciertos pisos, comprometiendo la resiliencia general del edificio.
Ante esto, el equipo propuso la incorporación del mástil vertical, una celosía de sección constante que actúa en paralelo con los BRB. Este mástil absorbe parte del corte basal y permite una distribución más uniforme de derivas y fuerzas a lo largo de la altura total. Así, se eliminan mecanismos de piso blando y concentraciones de daño, resultando en una respuesta más confiable y continua durante eventos sísmicos. Además, al interconectar los BRBs mediante el mástil, se elimina la penalización por falta de redundancia (30 % de carga adicional), mejorando la eficiencia estructural sin aumentar significativamente el costo.
El nuevo sistema BRBM requirió solo 50 BRBs (la mitad respecto de una alternativa completamente BRB) y utilizó 480 toneladas de acero, equivalentes a 3,7 lb/pie² para el sistema resistente lateral. La deriva máxima bajo un sismo de diseño fue del 1,20 % según análisis espectral y del 1,30 % según análisis no lineal dinámico, con una distribución de derivas altamente uniforme (relación máxima/promedio de 1,09). Esta respuesta supera holgadamente los estándares normativos y representa una mejora sustancial en términos de seguridad y desempeño sísmico.
Cada marco incorpora un mástil en un lado y un dispositivo BRB en el otro. El mástil se dimensiona para permanecer elástico bajo cualquier carga esperada, lo cual permite que todos los BRBs trabajen de manera conjunta. Gracias a esta configuración, los dispositivos se diseñan con tamaños más homogéneos en toda la altura, simplificando el detalle constructivo y evitando secciones sobredimensionadas en los niveles inferiores.
El diseño de los mástiles se efectuó aplicando principios de capacidad de diseño, considerando los máximos esfuerzos posibles derivados de la sobre-resistencia de los BRBs (factor de 2,5). Para asegurar el correcto funcionamiento del sistema, se desarrollaron detalles específicos de conexión que permiten al mástil pivotar libremente sin sobrecargar las columnas gravitacionales. Esta solución, basada en contacto acero-acero y barras de anclaje de alta resistencia, fue aprobada mediante el proceso convencional de revisión municipal, sin requerir procedimientos especiales ni inspecciones por pares.
El caso de la Universidad Samuel Merritt ilustra cómo un diseño estructural innovador puede resolver múltiples restricciones simultáneamente: maximizar la transparencia de la fachada, mantener plantas abiertas, reducir costos y elevar los niveles de seguridad. La implementación del sistema BRBM marca un hito en el diseño sísmico de edificios altos, no solo por sus resultados cuantitativos, sino por su enfoque de colaboración y validación analítica capaz de priorizar el comportamiento real frente a los terremotos. Esta experiencia establece un valioso precedente para futuros desarrollos estructurales en zonas de alta sismicidad.
Sobre los autores: Leo Panian es principal en la empresa Tipping y se desempeñó como ingeniero estructural responsable del proyecto para la Universidad Samuel Merritt (USM). Gina Carlson es associate principal y directora del mismo proyecto. Jason Armes es associate y líder técnico del proyecto USM.
