Uso mi guitarra para explicar el concepto de amortiguamiento en el rango elástico: ingeniería con creatividad

Un saludo para la comunidad científica de HIVE como lo es StemSocial y a la subcomunidad STEM-ESPANOL todo un honor para mi traer contenido en el campo de la ingeniería sismorresistente, en este caso abordando con un enfoque didáctico un concepto que describe una propiedad dinámica de las estructuras como lo es el Amortiguamiento, asociada esto a un mecanismo intrínseco de disipación de energía, para llegar nuevamente al estado de reposo. En una publicación que realicé hace unos cuantos años, abordé este concepto desde un enfoque matemático, ahora lo hago de un modo súper didáctico, usando elementos de la vida cotidiana y mi guitarra de apoyo.

Una delimitación necesaria es que estaremos estudiando el amortiguamiento en el rango elástico del comportamiento del material, es decir, el material una vez que se descarga, vuelve a su estado original, sin mostrar deformaciones permanentes, acotando que el lapso de tiempo para volver a su estado original puede variar de un material a otro, la cosa está en que el cese de esa vibración está marcada por el amortiguamiento.

Para verlo mejor les comparto este experimento casero con mi guitarra, el mismo consiste en pulsar una cuerda, en este caso pulso la cuerda 6, que es la cuerda mas grave. Noten en la imagen animada que la vibración duró un tiempo aproximado de 08 segundos, y que la vibración con el tiempo gradualmente se iba disipando, he allí la presencia del amortiguamiento, puesto que si no existiera esta propiedad dinámica la cuerda se quedaría vibrando indefinidamente. Es interesante que en términos de sonoridad esta vibración va acompañada con la disminución del sonido, hasta que finalmente el sonido cesa en conjunto con la vibración.

En líneas anteriores les comentaba que no todos los materiales presentan la misma capacidad de amortiguamiento, noten que ahora hago lo mismo con la cuerda 01, es decir, la cuerda más aguda de la guitarra, y el tiempo de vibración fue menor, es decir, esta cuerda disipó más rápido la energía inducida al pulsarla. Ahora bien en ambos casos, las deformaciones estuvieron en el rango elástico, es decir , ninguna de las cuerdas sufrió daño, es decir, no ocurrieron deformaciones permanentes.

Ahora teniendo claras estas ideas les comparto este caso, en el que al aplicar una fuerza, en un tiempo de menos de 01 segundo, la vibración cesa, es decir, hay un amortiguamiento bastante exagerado, y les coloco este ejemplo didáctico para explicar la idea de las estructuras sobre amortiguadas y sub amortiguadas, acotando que estas últimas son las que nos interesan en el campo de la ingeniería sismorresistente. Por ejemplo, este último caso hecho con este maqueta que una vez usé para explicar torsión es sobre amortiguado.

Pero los primeros casos que presenté son sub amortiguados porque la estructura vibra, y la vibración se va disipando en el tiempo. Pretender hacer una estructura que no vibre, o que vibre muy poco, implicaría sobredimensionar los elementos estructurales hecho que no es rentable y se aleja del hacer ingeniería. Nosotros cuando proyectamos no solo lo hacemos con la certeza de que la estructura va a vibrar ante la excitación dinámica (sismo) sino que experimentará un daño, como otro mecanismo de amortiguamiento en el rango inelástico, el cual abordaremos en la siguiente publicación . Te recomiendo que revises la lectura recomendada, para que ahondes en el concepto de amortiguamiento desde un punto de vista matemático, y complementes las ideas con la presente publicación. Espero los contenidos expuestos hayan sido de tu agrado. Nos leemos en una próxima oportunidad . Escribió para ustedes:

Ing. Elías Jesús Santana

Notas de Importancia

Los logos presentados son cortesía de la comunidad de StemSocial y Stem-Espanol
Las imágenes presentadas son propias del autor, editadas con Filmora 11

Lecturas recomendadas

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL AMORTIGUAMIENTO EN ESTRUCTURAS. UN ENFOQUE MATEMÁTICO CON APLICACIONES EN LA INGENIERÍA SISMORESISTENTE. Disponible en: https://peakd.com/stem-espanol/@eliaschess333/determinacion-experimental-del-amortiguamiento-en-estructuras-un-enfoque-matematico-con-aplicaciones-en-la-ingenieria

Fuentes de Información Consultadas

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