dispositivos viscoelásticos para protección sísmica de edificios

1. INTRODUCCIÓN
El diseño estructural sismoresistente tradicional se basa en la redundancia o hiperestaticidad,
combinada con la demanda de ductilidad intrínseca de la misma estructura. En los cálculos la
ductilidad es a menudo supuesta a partir del tipo de construcción de manera algo empírica, y sus
verdaderos valores son a menudo dudosos. Por otro lado, la utilización de la ductilidad bajo la
forma de reserva estructural conduce a daños en elementos no estructurales y estructurales.
El objetivo principal del cálculo sismoresistente es la reducción en las aceleraciones y esfuerzos en
la estructura. Se evitan de esta forma accidentes y decesos causados por pánico, se preservan los
muchas veces muy valiosos contenidos de los edificios y se asegura una continuidad en las
actividades y en la operatividad del edificio. La reducción de esfuerzos conlleva, al menos desde el
punto de vista técnico, a una posible disminución de las secciones y del costo o bien a menores
daños y costos de mantenimiento. Estos aspectos evidencian la conveniencia técnica de la
adopción de sistemas de protección sísmica modernos, en donde las demandas de ductilidad se
concentran en dispositivos mecánicos diseñados y probados para cumplir fines específicos, ya sea
de desacoplamiento de la estructura respecto de los movimientos del suelo o de la disipación de la
energía sísmica.
En los sistemas de protección sísmica del tipo de aislamiento de base, el desacoplamiento ha sido
ya desde hace años logrado por la interposición de un medio horizontalmente flexible en la
fundación del edificio [1], obteniendo así una frecuencia propia baja horizontal del sistema dinámico.
El modo estructural asociado es prácticamente un desplazamiento horizontal de cuerpo rígido, de
manera que las deformaciones se concentran en los aisladores y los esfuerzos son reducidos en la
superestructura. Las aceleraciones en la base del edificio son reducidas en virtud del sistema
dinámico formado, sólo para frecuencias largamente superiores a la frecuencia del modo
considerado. Las amplificaciones dinámicas para frecuencias cercanas a las de resonancia deben
ser evitadas, lo que conduce a la incorporación de amortiguamiento en la base. En los aisladores
tradicionales de elastómero, este amortiguamiento es provisto por el mismo material, y en cantidad
dependiente de las composiciones de la mezcla, o bien por el agregado de dispositivos de
disipación especiales, como los de fluencia de metales [2].
Para el caso de edificios de gran altura un aislamiento de base conduciría a una pérdida de la
estabilidad global, por lo que las medidas se reducen a incluir los disipadores dentro de la misma
estructura, de manera de disipar energía en forma estable y confiable.
En otro ámbito de aplicación, la fundación elástica de maquinaria pesada sobre elementos
mecánicos tales como resortes y amortiguadores viscosos es una idea, que tiene sus orígenes a
principios del siglo pasado. En este caso, se aislan las vibraciones causadas por las máquinas para
mejorar las condiciones ambientales, o bien se aislan los equipos e instrumental sensible de las
vibraciones presentes en sus apoyos. La técnica tuvo una rápida difusión en todo el mundo, por
poseer variadas ventajas adicionales, muchas veces por encima del objetivo básico perseguido del
aislamiento, como por ejemplo, la economía en el diseño del bloque de fundación, o la protección
contra asentamientos diferenciales del terreno. Utilizando la experiencia ganada en las últimas
décadas en el aislamiento de máquinas y equipos en áreas sísmicas, (Fig. 1, Fig. 2), se transfiere
finalmente la idea de la utilización de resortes helicoidales de acero y amortiguadores viscosos para
el aislamiento de base de edificios [3]. La primera estructura de uso habitacional así aislada es la
Residencia David Lowe en Los Ángeles, California (Fig. 3), la que soportó el terremoto de
Northridge de 1994 sin daños [4] y permanece actualmente en excelentes condiciones.
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