El pasado 6 de julio el país conoció el diseño ganador del nuevo Museo Nacional del Ecuador: Ecos del Sol, del Estudio Arquitectura Campo Baeza junto a la firma quiteña MAODA, seleccionado entre 148 propuestas de más de 20 países en un concurso internacional que contó con la asesoría técnica del Colegio de Arquitectos del Ecuador. El proyecto es un prisma sobrio de hormigón visto, excavado por patios de luz, que sus autores describen como «un gran contenedor del tesoro nacional»: una caja capaz de custodiar la memoria de 1,2 millones de bienes patrimoniales. Más allá de su valor arquitectónico, queremos aprovechar la oportunidad para poner sobre la mesa una pregunta de ingeniería estructural que rara vez se discute en nuestro medio: ¿cómo se protege lo que el edificio guarda?
Proteger la caja no es proteger el tesoro
En un museo, a diferencia de casi cualquier otro edificio, el ingeniero estructural tiene dos clientes: la caja y lo que la caja guarda. Y lo que protege a uno no necesariamente protege al otro.
El diseño sismorresistente tradicional tiene un objetivo claro: proteger la vida. El edificio debe resistir el gran sismo sin colapsar y, si es una edificación esencial, mantenerse operativo. Un museo nacional debe cumplir con eso y con algo más exigente: su contenido es, en sentido estricto, irremplazable. Una vasija de La Tolita no se reconstruye; no existe la póliza que devuelva un sol de oro precolombino.
Los dos golpes del sismo: la deriva y la aceleración
Un sismo daña principalmente de dos maneras distintas, y conviene diferenciarlas porque las soluciones también son distintas.
La primera es la deriva. Cuando el edificio oscila, cada piso se desplaza una cantidad diferente que el piso de abajo, y ese desplazamiento relativo deforma todo lo que conecta un nivel con el siguiente. Un muro que era un rectángulo se convierte por un instante en un paralelogramo, y esa distorsión repetida agrieta muros, fachadas, particiones y, en casos severos, la propia estructura. En otras palabras, la deriva golpea a la caja.
La segunda es la aceleración de piso. Cada piso funciona como una bandeja que el sismo empuja de un lado a otro. Todo lo que está apoyado sobre esa bandeja recibe una fuerza igual a su masa multiplicada por la aceleración del piso: si el empujón es suficientemente fuerte, los objetos se deslizan, chocan entre sí o se vuelcan. En esta analogía, la aceleración golpea al tesoro.
Una aclaración de unidades que usaremos en todo el artículo: las aceleraciones se expresan como fracción de g, la aceleración de la gravedad (9.81 m/s²). Decir que un piso alcanza 1 g significa que una pieza apoyada sobre él recibe un empujón horizontal comparable a su propio peso; con 0.5 g, un empujón de la mitad de su peso.
Una estructura muy rígida, como una caja de grandes muros de hormigón, es excelente contra el primer golpe: las derivas se vuelven mínimas y el edificio puede atravesar un gran sismo con poco daño o sin daño estructural. Ese es un mérito real del sistema. Pero hay un costo del otro lado. Las estructuras dúctiles convencionales limitan las fuerzas por medio del daño controlado: cuando fluyen, funcionan como un fusible que impide que las aceleraciones sigan creciendo. Una caja rígida que se mantiene elástica no activa ningún fusible: transmite el movimiento completo, y las aceleraciones dentro del edificio crecen, piso a piso, muy por encima de la aceleración del suelo, lo que se conoce como amplificación dinámica.
El sismo que la caja fabrica
Cuando el suelo sacude la base, el edificio no transmite ese movimiento sin alterarlo: lo amplifica. Cada piso vibra más que el anterior, y la cubierta puede experimentar aceleraciones de 3 o más veces la del terreno. Las normas lo reconocen con perfiles que crecen de forma aproximadamente lineal con la altura (la conocida forma 1 + 2z/h de ASCE 7, presente también en el capítulo de elementos no estructurales de la NEC), y la edición más reciente de ASCE 7 reconoce de manera explícita que mientras más rígido y menos dúctil es el edificio, mayores son sus aceleraciones de piso. En otras palabras: el sismo que importa para el contenido de un museo no es el del suelo, es el que se fabrica dentro del edificio.
Hay un segundo efecto, más fino y más relevante para un museo: cada piso no solo amplifica el movimiento, también lo filtra y lo concentra alrededor de los periodos de vibración de la estructura. Un edificio rígido concentra esa energía en periodos cortos, exactamente donde viven las piezas rígidas: cerámicas, esculturas, vitrinas. La estructura y algunos de sus contenidos quedan sintonizados.
La caja a prueba: un experimento numérico
Para ponerle números a la conversación construimos un modelo ilustrativo en OpenSees: un péndulo elástico de 18 niveles tipo muro (T₁ ≈ 0.7 s, amortiguamiento de 2.5 %), sometido a 22 pares de registros sísmicos escalados al espectro de peligro uniforme con periodo de retorno de 2500 años (el sismo máximo considerado) para un sitio del centro-norte de Quito. Comparamos dos variantes de la misma superestructura: apoyada directamente en el suelo (base fija) y montada sobre un sistema de aislamiento sísmico (T ≈ 3 s).
Nota técnica: este es un modelo genérico con fines ilustrativos. No representa el anteproyecto del nuevo Museo Nacional ni sus propiedades estructurales, que se definirán en las siguientes etapas del proyecto.
El indicador central del análisis es la aceleración máxima de piso, conocida como PFA por sus siglas en inglés (Peak Floor Acceleration): el mayor empujón que experimenta cada nivel durante todo el sismo.
Con base fija, la aceleración mediana crece desde 1.0 g en el terreno hasta 3.4 g en la cubierta. La estructura, mientras tanto, responde sin problema: la deriva máxima resulta menor a 0.8 %, consistente con una respuesta con poco daño. El edificio cumple su objetivo de desempeño; su contenido, no.
¿Qué tan severa es una aceleración de 1 g para una pieza de museo? Un criterio clásico de volcamiento indica que un objeto rígido apoyado (no anclado) comienza a volcarse cuando la aceleración del piso supera aproximadamente g·(b/h), donde b es la mitad del ancho de su base y h la altura de su centro de gravedad. La intuición es directa: mientras más esbelta la pieza, menor el empujón necesario para hacerla girar sobre su borde.
Para una escultura esbelta (b/h ≈ 0.2) el umbral es cercano a 0.2 g: hasta el nivel de la calle del edificio rígido lo superaría cinco veces. En el caso del nuevo MuNa este punto es especialmente pertinente: según ha trascendido en prensa, las reservas (el grueso de la colección) se ubicarán en niveles superiores para protegerlas de la humedad, es decir, en la zona del edificio donde las aceleraciones son mayores. Compatibilizar la protección contra la humedad con la demanda sísmica de los pisos altos es, precisamente, un problema de diseño por desempeño.
El segundo efecto, la concentración de la energía en las frecuencias del edificio, se observa en los espectros de piso: curvas que muestran la aceleración espectral (Sa en la figura), es decir, cuánta aceleración recibe un objeto según su propio periodo de vibración cuando está apoyado en un piso determinado. En la cubierta del edificio rígido, la demanda en periodos cortos multiplica por más de 7 la del suelo, con picos de resonancia justamente donde vibran las vitrinas y las piezas rígidas.
La curva azul muestra la otra mitad de la historia: con aislamiento de base, la misma superestructura, con el mismo sismo, entrega a su contenido aceleraciones menores que las del propio terreno, alrededor de 0.5 g y uniformes en toda la altura. El mecanismo se aprecia en la siguiente animación: en el edificio de base fija los pisos se desplazan unos respecto de otros, mientras que en el aislado el desplazamiento se concentra en el nivel de aislamiento y la caja viaja encima casi como un cuerpo rígido. El aislamiento no solo protege a la estructura: convierte al edificio entero en la primera vitrina de la colección.
Cuatro líneas de defensa para el tesoro
La ingeniería sísmica dispone de un menú completo de soluciones, que funciona como líneas de defensa en cascada:
1. Aislar el edificio. La solución de mayor alcance: desacoplar toda la caja del suelo. Es la estrategia del Museo Te Papa en Nueva Zelanda, construido sobre unos 150 aisladores de plomo y caucho, y del Museo Nacional de Arte Occidental de Tokio, el edificio de Le Corbusier declarado Patrimonio Mundial, reacondicionado con aislamiento de base en 1998: durante el terremoto de Tōhoku de 2011 ni el edificio ni sus obras sufrieron daños. El Museo de la Acrópolis de Atenas siguió el mismo camino. Es la decisión que debe tomarse temprano, porque define juntas, instalaciones y arquitectura.
2. Aislar pisos o salas. Cuando el edificio ya está definido, se pueden aislar salas de exhibición o pisos de reservas completos con sistemas de piso aislado, una práctica común en museos japoneses.
3. Aislar vitrinas y pedestales. Dispositivos compactos, como las mesas de aislamiento para vitrinas desarrolladas en Japón, de menos de 10 cm de altura, que se instalan bajo una vitrina o una escultura individual y reducen drásticamente la aceleración que recibe la pieza.
4. Montajes y anclajes. La línea de defensa final y la de mejor relación costo-beneficio: monturas diseñadas pieza a pieza, anclajes, ceras y soportes sísmicos. Es la especialidad que el Getty ha desarrollado durante décadas y que hoy es estándar en museos de California y Japón. Nuestro modelo deja un matiz importante: aun con el edificio aislado, una pieza esbelta sin montaje queda cerca de su umbral de volcamiento. Ninguna línea de defensa reemplaza a las demás; se suman.
Una caja fuerte para Quito
Quito es una de las capitales de mayor peligro sísmico de Sudamérica: la ciudad está construida sobre su propio sistema de fallas, y el terremoto de Pedernales de 2016 recordó el alcance de la subducción. La NEC clasifica a la capital en su zona de mayor demanda (Z = 0.40). En ese contexto, el nuevo Museo Nacional no es solo un proyecto cultural: es la oportunidad de que el Ecuador construya su primer gran edificio con protección sísmica integral de contenidos, comparable con los de Wellington, Tokio o Atenas.
El diseño del edificio ya está definido. La estrategia de protección de su contenido es una decisión de ingeniería que conviene tomar en las etapas tempranas del proyecto, cuando todas las opciones siguen abiertas.
Torrefuerte es una firma ecuatoriana de diseño estructural que trabaja con diseño por desempeño. Contáctanos.
El modelo numérico de este artículo está disponible en GitHub.
