Materiales varios para ilustrar el amortiguamiento mas allá del rango elástico: ingeniería con creatividad

Siempre es una inquietud en el campo de la ingeniería sismorresistente el comportamiento de La estructuras ante un sismo, y de allí se han desarrollado muchos modelos matemáticos que pretenden predecir este comportamiento, que típicamente en mi experiencia como estudiante de postgrado en la Universidad Central de Venezuela y asistente en varios proyectos de estructura, dicho comportamiento está enmarcado en primera instancia que la estructura se mantenga en el rango de comportamiento elástico y así disipar la energía sin experimentar daño alguno, tal como se mostró en esta anterior publicación. Y en segunda instancia, que la estructura sufra algún tipo de daño (deformación permanente), en ese caso el amortiguamiento para disipar la energía inducida por el sismo se produjo mas allá del rango de comportamiento elástico.

Ahora bien, ese daño siempre y cuando no lleve a un colapso repentino de la estructura se puede tolerar, obviamente dentro de ciertos rangos permisibles, pero no es la idea de esta publicación el adentrarse en cuestiones técnicas, sino mas bien de un modo didáctico dejar una idea clara de los temas abordados, Es decir, este colapso repentino lo voy a ilustrar con mi taza donde usualmente me sirvo gelatina para merendar en las tardes.

Imaginemos que esta taza son por ejemplo las columnas de una edificación con sistema estructural tipo pórticos, nada más y nada menos que los pies de la estructura en cuestió, pero al ocurrir el sismo y en su proceso de experimentar daño fallan como mi taza que le he transmitido energía a través de un golpe con un alicate.

Esto es una falla frágil, y no queremos que esto ocurra en nuestras estructuras. Obviamente pretender que ante una excitación sísmica severa la estructura se mantenga en un comportamiento elástico, así como sucede con este serrucho al que le he transmitido continuamente golpes, que vienen a simbolizar una excitación sísmica severa:

Lograr este comportamiento en una estructura seria incurrir en diseños de elementos estructurales sobredimensionados y con excesiva cantidad de acero (por ejemplo elementos de concreto armado), pero nosotros cuando proyectamos buscamos la economía, y aceptar daño controlado ante sismos severos es una cuestión típica en la práctica del calculista; una muestra de este daño controlado es como este trozo de cristal que disipa la energía del golpe, manteniendo sus partes unidas...

Y siguiendo con más ejemplos de disipación de energía más allá del rango elástico, tenemos esta caja a la que se le aplicó una fuete carga de arriba hacia abajo, estos goles que le di con el alicate intentan ilustrar la acción del sismo en una estructura. Les invito a ver la siguiente imagen animada.

Después de este ciclo de golpes, la caja disipa la energía transmitida con cierto daño como se puede apreciar a continuación:

Pero lo importante es que no sufrió un colapso repentino así como la taza de vidrio, entonces la caja incursionó en el rango inelástico disipando la energía transmitida (golpes de alicate) en ese rango, a través de la experimentación de daño, lo cual representa un mecanismo de amortiguamiento más allá del rango elástico, de allí el título de la publicación. En la sección de lecturas recomendadas te dejo el abordade de estas ideas con un enfoque mas riguroso desde el punto de vista de las matemáticas. En esencia la idea de esta publicación es dejar claro que ante un sismo las estructuras pueden experimentar daño, y el arte de la ingeniería sismorresistente específicamente en las estructuras con sistemas resistente al sismos tipo pórticos , es buscar que sean las vigas que fallen en primera instancia, y de ultimo las columnas que son los pies de la estructura, esto queda bien explicado en el criterio de columna fuerte-viga débil que estaré abordando en futuras publicaciones, dejando claro que estas fallas en las vigas bajo la premisa de comportamiento dúctil, nada de fallas frágiles. Espero estos contenidos expuestos hayan resultado de tu agrado, nos leemos en una próxima oportunidad. Escribió para ustedes:

Ing. Elías Jesús Santana

Fuentes de Información Consultadas

1.- CHOPRA ANIL K.DINÁMICA DE ESTRUCTURAS. CUARTA EDICIÓN. PEARSON EDUCACION, MEXICO 2014.

Créditos

1.- La imagen de las vigas y columnas que decora la portada de la publicación es de uso libre, extraída del portal de Pixabay: https://pixabay.com/es/photos/buildings-concrete-construcci%C3%B3n-4839276/
2.- La imagen del cristal roto es de uso libre extraída del portal de Pixabay: https://pixabay.com/es/photos/vidrio-roto-vidrio-roto-astilla-286098/

Lecturas Recomendadas

1.- ESTUDIO DEL AMORTIGUAMIENTO MÁS ALLÁ DEL COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE UN SISTEMA ESTRUCTURAL CON EL USO DE CICLOS DE HISTÉRESIS. Disponible en: https://peakd.com/stem-espanol/@eliaschess333/estudio-del-amortiguamiento-mas-alla-del-comportamiento-elastico-de-un-sistema-estructural-con-el-uso-de-ciclos-de-histeresis

2.-Uso mi guitarra para explicar el concepto de amortiguamiento en el rango elástico: ingeniería con creatividad. Disponible en: https://hive.blog/hive-196387/@eliaschess333/uso-mi-guitarra-para-explicar-el-concepto-de-amortiguamiento-en-el-rango-elastico-ingenieria-con-creatividad