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¿Cómo responde una estructura ante un sismo? Función de los amortiguadores y disipadores

Entendé cómo responde una estructura ante un sismo elástica e inelásticamente, desarrollando qué son y para qué sirven los amortiguadores y disipadores.

¿Cómo responde una estructura ante un sismo?

Para disipar la energía proveniente de un sismo, una estructura puede responder de dos maneras: elásticamente o inelásticamente.

La primera implica que todos los componentes estructurales estén diseñados para absorber la totalidad del sismo, sin sufrir daños. A priori, esto parece ser bueno, pero debe analizarse un poco más.

Elásticamente

En primer lugar, para que esto suceda, las dimensiones de los componentes (columnas, vigas, tabiques, fundaciones) deben ser tales que posiblemente vuelvan inviables el diseño arquitectónico o el proyecto inmobiliario por los costos que implican. Pero el mayor problema que tiene pensar a la estructura en comportamiento elástico es que la estructura se opone drásticamente al esfuerzo sísmico (como los autos de antes se oponen a un choque). Posiblemente, un Falcon sufra menos daños que un auto moderno, pero la desaceleración de quienes choquen dentro de un Falcon será mucho mayor a la que sientan quienes choquen dentro de un auto moderno. Sin meternos demasiado en detalle de tipo de cinturón de seguridad o airbag, la realidad es que la desaceleración es mucho más brusca, y el impacto lo siente el usuario.

En un edificio ocurre lo mismo. Al oponerse la estructura al movimiento, y no acompañarlo, todo lo que se encuentra dentro, dependiendo de la energía del sismo, se destruye. Tanto el mobiliario como los habitantes. Hay casos de registro de aceleraciones dos veces y media mayores que la gravedad (2.5 G en los pisos superiores). La estructura quedaba sana, pero el interior destrozado.

Inelásticamente

La otra forma de disipar energía es de manera INELÁSTICA. Esto implica aceptar daños estructurales, que posteriormente deben ser reparados, pero controlando el impacto que el sismo tendrá sobre todo lo que se encuentre por dentro. Esto se logra trabajando con reducciones del espectro sísmico, aceptando deformaciones mayores, pero aprovechando la propiedad del acero de fluir y tener un posterior endurecimiento con aumento de tensión.

Entonces, trabajar ELÁSTICAMENTE con la estructura, no sería una buena decisión para zonas sísmicas de gran magnitud. Y trabajar en el rango INELÁSTICO implica reparaciones en muchos lugares de la estructura. Aparece allí el concepto de los AMORTIGUADORES o disipadores y los AISLADORES (en este post hablaremos solo de los amortiguadores).

¿Qué son los amortiguadores y disipadores?

Los amortiguadores y disipadores son elementos que se diseñan y colocan en la estructura con el fin de disipar energía. Solo que en este caso, se logra disipar energía sin ser la estructura en sí la que incursiona en el campo inelástico. Es decir que la estructura principal trabaja ELÁSTICAMENTE, pero las aceleraciones que ella sufre (y por consiguiente todo lo que se encuentra en su interior) son equivalentes a una estructura que se deforma INELÁSTICAMENTE. 

¿Para qué sirve un amortiguador en un edificio?

Los amortiguadores se comportan, básicamente, como los de los autos. En el caso de edificios, se trabaja con polímeros intercalados con chapas metálicas, lo que lo vuelve equivalente al amortiguamiento de un material viscoso.

Los disipadores, logran el mismo resultado, solo que suelen ser componentes que se colocan para trabajar plásticamente y se ubican en lugares accesibles para poder reemplazarlos una vez que ya cumplieron su función.

En resumen, sea que se utilicen amortiguadores o disipadores, la macroestructura (a menos que se quiera plantear un esquema más complejo) nunca incursiona en el campo plástico, y todo lo que se encuentra por dentro de ella recibe aceleraciones que no ocasionan su destrucción.

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