La filosofía tradicional en la cual se basan las normas actuales de diseño estructural está orientada, ante un sismo severo, a proteger la vida de las personas y evitar el colapso de las estructuras, lo cual no significa que éstas resulten intactas. Al contrario, por criterios económicos dicha normativa acepta cierto nivel de daño estructural, que puede ser significativo, lo cual conlleva daño de elementos no estructurales, como tabiques, cielos falsos, ventanales, redes eléctricas, hidráulicas, etc., daño del contenido, como máquinas, inventario, y/o equipamiento costoso, y pone en riesgo la continuidad operacional de la estructura. ¿Existe una alternativa mejor?
Las nuevas tecnologías y soluciones de protección sísmica adoptan una filosofía distinta: cero daño y continuidad de operación. El objetivo es ir más allá y desarrollar sistemas que eliminen completamente el daño en elementos estructurales, reduzcan al mínimo el daño en elementos no estructurales, y protejan los contenidos de la estructura. Este mayor nivel de seguridad garantiza la continuidad operacional luego de un sismo severo. En consecuencia, las tecnologías de protección sísmica resultan en un significativo ahorro económico.
Las diversas tecnologías de protección sísmica y control de vibraciones se pueden agrupar en tres categorías generales: el aislamiento sísmico, la disipación de energía, y los amortiguadores de masa sintonizada o AMS®. Es importante destacar que cualquiera de estas tecnologías puede incorporarse en una estructura nueva o existente si se quiere mejorar su seguridad. Además, estos sistemas no están limitados al caso de terremotos; se pueden utilizar para mitigar las vibraciones generadas por cualquier tipo de fuente: por el viento, por el funcionamiento de máquinas o incluso por el movimiento de los ocupantes de la estructura.
Edificio sin protección Sísmica
Aislamiento sísmico
Tal como su nombre sugiere, el objetivo principal del aislamiento sísmico es desacoplar a la estructura del suelo, impidiendo que la vibración de éste durante un terremoto se transmita hacia la estructura. Para esto, la parte por sobre el nivel de aislamiento, la superestructura, se apoya en elementos flexibles, con poca rigidez lateral, pero capaces de soportar su peso. Dichos elementos instalados en la base de la superestructura (aisladores elastoméricos o péndulos friccionales, por ejemplo) actúan como filtros concentrando el movimiento lateral inducido por el sismo e impidiendo que este pase hacia arriba. La superestructura como un todo se vuelve mucho más flexible (aumenta su período fundamental), lo que permite considerar esfuerzos mucho menores en el diseño estructural. Además, al tener cierto nivel de amortiguamiento, los aisladores también son capaces de disipar o absorber por sí mismos parte de la energía del sismo.
Entre los sistemas de protección sísmica, el aislamiento resulta ser el más efectivo, logrando reducciones en la deformaciones (por ejemplo el drift o deformación relativa entre pisos) de entre 6 a 10 veces. De este modo, un terremoto severo que cause gran daño en una estructura convencional podría ser casi imperceptible en una estructura aislada
Disipación de Energía
Durante un terremoto, una estructura recibe cierta cantidad de energía a través del movimiento del suelo. Esta energía debe ser absorbida por la estructura de algún modo. El enfoque tradicional aludido anteriormente es que se absorba a través del amortiguamiento inherente a cada estructura y, en caso de un sismo severo, por la incursión en el rango inelástico de sus elementos, lo cual implica daño. La disipación de energía representa un enfoque alternativo: en vez de aceptar este daño, la mayor parte de la energía no es absorbida por la estructura misma, sino que por dispositivos suplementarios denominados disipadores de energía. Éstos son dispositivos mecánicos que se reparten en la extensión completa de una estructura (no sólo en la base como el aislamiento), y son instalados de manera tal de aprovechar su deformación para amortiguar el movimiento y disipar energía en forma de calor. Existen varios tipos de disipadores basados en diversos principios, por ejemplo: fricción entre dos superficies (disipador friccional), el movimiento de un pistón a través de un fluido viscoso (amortiguador viscoso), la deformación inelástica de un metal dúctil (disipador metálico), o la deformación de un polímero viscoelástico (disipador viscoelástico), cada uno con características que lo hacen más apropiado para una estructura u otra.
En general, los dispositivos de disipación de energía logran reducciones de entre un 20% y 40% de las deformaciones (por ejemplo el drift o deformación relativa entre pisos) durante un sismo severo.
Amortiguadores de Masa Sintonizada – AMS®
Basado en el mismo principio que la disipación de energía, los AMS® consisten en una masa significativa, de concreto pesado generalmente, que se monta colgada o apoyada en el nivel superior de un edificio a modo de un gran péndulo. La vibración del edificio genera la oscilación de esta masa, cuyo movimiento absorbe gran parte de la energía del sismo (o viento) y actúa como una especie de contrapeso que se opone al movimiento del edificio, reduciendo la amplitud de sus deformaciones. Una de sus ventajas principales es que el impacto arquitectónico sobre la estructura es mínimo, ya que se instalan en una zona puntual, aislada de los ocupantes si así se desea.
Tal como los dispositivos de disipación de energía, los AMS® logran reducciones de entre un 20% y 40% de las deformaciones (por ejemplo el drift o deformación relativa entre pisos) durante un sismo severo.