INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

 

 

Durante los últimos años se han realizado esfuerzos importantes que han logrado desarrollar sistemas muy útiles y novedosos para proteger a las estructuras de las vibraciones, dos de los hechos mas importantes que han contribuido substancialmente a crear sistemas modernos de protección estructural fueron: a) la necesidad de aislar las edificaciones de los indeseables ruidos y vibraciones producidos por los trenes en los ferrocarriles y los vehículos en las carreteras, y b) el desarrollo de la carrera espacial que construía y sigue construyendo estructuras cada vez más livianas que necesitan soportar mejor las vibraciones.

 

Todos estos esfuerzos han conducido a un buen número de sistemas que permiten mantener las estructuras dentro de los esfuerzos elásticos, disminuir los ruidos y vibraciones así como las deformaciones y desplazamientos, etc., con una mejora importante en su comportamiento dinámico en general, como resultado, se han desarrollado sistemas modernos de protección estructural, tanto activos (actuadores de masa y de fuerza, tendones), como pasivos (aisladores de base y los dispositivos de absorción de energía) con muchas combinaciones y variaciones entre estos.

 

Muchas estructuras y también la mayoría de las estructuras civiles tienen niveles bajos de amortiguación, las cuales requieren sistemas de protección estructural que satisfagan mejor sus requerimientos de seguridad sobre todo a la acción de sismos, disminuyendo los niveles de plasticidad en muchas áreas críticas de la estructura, obteniendo deformaciones pequeñas para evitar rajaduras indeseables en elementos estructurales y no estructurales, evitar movimientos fuertes en edificios que contengan equipos costosos como centrales nucleares, centrales de comunicación o eléctricas y laboratorios o permitir el funcionamiento de una estructura durante e inmediatamente después de un sismo como un hospital, una central de bomberos o de policías, y también evitar deformaciones y vibraciones debidas a fuerzas del viento sobre todo en estructuras esbeltas como rascacielos, torres y puentes largos; de igual forma atenuar las frecuencias altas producidas por los de trenes y tráfico pesado que contaminan las grandes ciudades tanto acústicamente como vibracionalmente, etc.

 

Actualmente existen tres formas básicas modernas de proteger a una estructura de los movimientos y vibraciones que pueden originar daño o mal funcionamiento de la misma, estos son: a) el amortiguamiento b) el aislamiento y c) los sistemas de control activo (que modifican a voluntad la respuesta de una estructura frente a impulsos de excitación externa).

 

El Amortiguamiento considera la disipación de la energía dentro de la estructura misma, este puede ser intrínseco (propio de la estructura) y también externo mediante la incorporación de amortiguadores en la estructura. Se han desarrollado técnicas matemáticas para calcular el amortiguamiento en las estructuras e interpretar su comportamiento, materiales que absorben una buena parte de la energía, también diseños estructurales como el Diseño por Capacidad o Desempeño que permiten la disipación por la fluencia de ciertos elementos en forma controlada.

 

Las vibraciones se encuentran en todo lugar, y donde existe vibración tiene que existir amortiguamiento, comúnmente la vibración es indeseable y el amortiguamiento es útil. Hay que considerar que el amortiguamiento es una propiedad de las estructuras que generalmente mejora el comportamiento dinámico de la misma.

 

Se puede resumir la historia del amortiguamiento con la frase “toma lo que tienes”, ya que hasta hace poco tiempo atrás se ha usado el material específico para una determinada estructura con sus propiedades de amortiguamiento intrínsecas sin considerar que estas propiedades se pueden

 

modificar. Solo en los últimos años el amortiguamiento en las estructuras se ha convertido en un parámetro de diseño.

 

Otra forma de protección estructural moderna es el Aislamiento, a diferencia del amortiguamiento tiene su fundamento en no permitir que la energía o movimiento externo ingrese a una estructura, consiguiendo que la estructura se encuentre aislada y protegida en un alto porcentaje de este movimiento externo, esta técnica permite mantener a los habitantes y a los equipos que se encuentran dentro de la estructura con un gran nivel de protección.

 

Los sistemas de aislamiento tuvieron su origen con el objetivo de proteger a las estructuras de las vibraciones en los edificios producidas por los ferrocarriles de las ciudades, posteriormente este mismo concepto se ha aplicado para proteger a las estructuras de los movimientos originados por los sismos.

 

Existen una gran cantidad de sistemas de aislamiento, sin embargo son los soportes elastoméricos los que han dado mejores resultados y actualmente son los más difundidos ya que tienen muchas ventajas haciendo cada vez más común su uso como sistemas de protección sísmica, en este libro trataremos exclusivamente con este tipo de aislamiento.

 

Una tercera forma de protección estructural moderna es el Control Activo, estos son sistemas electrónicos y mecánicos muy sofisticados que permiten reducir las respuestas y atenuar las vibraciones de una estructura en forma muy rápida, estos sistemas cuentan con sensores que registran varios parámetros de la respuesta de una estructura como el desplazamiento, velocidad, aceleración y otros, los sensores envían señales a un procesador que las interpreta y analiza en función a ciertos parámetros de diseño para luego reenviar otras señales a unos dispositivos llamados actuadores que modifican la excitación externa reduciendo de esta forma la respuesta en forma mas rápida y eficiente.

 

Los sistemas de control activo son muy usados en la industria aeroespacial debido a la necesidad de mantener muy protegidas las estructuras de cualquier vibración que pueda originar daño o mal funcionamiento de los equipos que son muy costosos y delicados.

 

 

 

 

Jorge Lezama Gavancho

Ing. Civil

Fundamento Matemático

Fundamento Matemático