Los ingenieros y arquitectos asumen el reto de calcular y construir edificios cada día más elevados, con el consecuente desperfecto que pudiese sufrir la estructura de tales construcciones, como consecuencia de los posibles movimientos sismicos que pudiesen presentarse en cualquier momento, así como el efecto permanente de los vientos en sus fachadas.

Para enfrentar esto han recurrido a la ciencia y la tecnología para desarrollar artefactos que los ayuden en estos menesteres, basados siempre en la investigación, el desarrollo y la observación. Una de estas tecnologías es el amortiguador de masa que basado en el pendulo le proporciona a la edificación estabilidad.

Este es el tema desarrollado por la Ing. Odaly Chirinos en su artículo para la cátedra de Gestión Tecnológica; el cual publico hoy, del programa de Estudios para Graduados, en la maestria de Gerencia de Proyectos de Construcción, impartida en la Facultad de Arquitectura y Diseño de la Universidad del Zulia.   

AMORTIGUADOR DE MASA SINTONIZADO

Ing. Odaly Chirinos

CI: 19.327.918

Desde principios de la edad moderna se ha procurado dar con la solución de muchos problemas estructurales, dado el auge e incremento en el tamaño de construcciones a grandes escalas, presentando desafíos en el campo de la arquitectura e ingeniería, en los cuales las limitantes físicas han debido ser ingeniosamente sorteadas, para dar con un resultado satisfactorio y brindar más alternativas y soluciones espaciales y de infraestructura.

En este sentido, los avances tecnológicos han llegado a proporcionar nuevas posibilidades que permiten a los ingenieros construir edificios, torres y rascacielos, entre otras obras, cada vez más altos. Entre los problemas que se pueden presentar esta el de la capacidad de un edificio de soportar grandes movimientos sísmicos y tectónicos, que pueden llegar a traducirse en temblores y terremotos; para tal fin los avances tecnológicos han permitido a la ingeniería, desarrollar una solución simple pero efectiva e ingeniosa y para esto se desarrollaron los amortiguadores de masa sintonizado (AMS).

Ambrosini y col. (2004), definen el AMS como el sistema compuesto por una masa, un resorte y un amortiguador viscoso, que colocado en el sistema vibrante principal atenúa las vibraciones no deseadas a una frecuencia determinada. Asimismo, la frecuencia natural del amortiguador se sintoniza con la frecuencia natural del sistema principal, provocando que el amortiguador vibre en resonancia, disipando la energía absorbida a través de los mecanismos de amortiguamiento del AMS.

En otras palabras, un péndulo que no es más que un sistema físico constituido por un hilo inextensible, sujeto a un punto fijo del que cuelga una masa que puede oscilar libremente, un contrapeso colgante. Ahora bien, para pequeñas oscilaciones, la masa describe un movimiento armónico simple y su posición angular en función del tiempo, viene dada por la frecuencia de la energía cinética proyectada hacia la estructura, de modo que esta pueda corregir con sutileza la desviación de su centro de gravedad momentáneo.

Este tipo de innovación es mayormente utilizado en regiones con mayor presencia de movimientos tectónicos como Japón, Chile y países circundantes al llamado Círculo de Fuego del Pacífico, así como también en aquellas regiones con amenazas de vientos fuertes, que evidencia una incidente necesidad de resguardar estas edificaciones, con un mínimo o nulo impacto y/o deterioro en su estructura, entre los mejores ejemplos se destaca el de la torre Taipéi 101, una obra de maravillosa ingeniería moderna que ha marcado uno de los hitos en los avances tecnológicos en el área de la construcción.

Lagos y Linderberg (2007), mencionan que la construcción del Taipéi 101 comenzó en enero de 1998 y terminó en diciembre de 2004, además, el edificio tuvo su primera prueba de resistencia en marzo de 2002, cuando un terremoto de 6.8 grados en escala Richter azotó la ciudad y produjo la muerte de 7 personas, debido a la caída de dos grúas desde el piso 56, el último hasta ese momento. Por otra parte, en el caso del contrapeso del Taipéi 101, mostrado en la figura No. 1, se trata de una masa con forma esférica de 662 toneladas de peso suspendido por cables entre los pisos 88 y 92; y se calcula que puede contrarrestar movimientos producidos por terremotos de hasta 7 en la escala de Richter y vientos de hasta 450 Km/h.   

Figura No. 1. Sistema de amortiguador de masa sintonizado del Taipéi 101.

En conclusión, una de las principales ventajas de los AMS es que pueden ser colocados en estructuras existentes con problemas de vibraciones excesivas que son perceptibles por las personas o para el mejoramiento de la seguridad sísmica en estructuras levemente dañadas o sanas. También, Luft (1979) halla los parámetros óptimos para un sistema principal amortiguado y un AMS sin amortiguamiento sometido a una excitación de ruido blanco. Por otra parte, Jensen y col (1992), estudiaron como afecta la incertidumbre de los parámetros del sistema principal en la efectividad del AMS para una carga aleatoria de ruido blanco. No obstante, Abé e Igusa (1995), usando el método de perturbación, analizan la efectividad de los AMS para estructuras con frecuencias naturales poco espaciadas y muy espaciadas bajo carga armónica.

Bibliografía consultada

Ambrosini y Bassotti. Influencia de amortiguadores de masa sintonizados en la disminución de efectos torsionales de estructuras sismo resistentes. Argentina 2004.

Abé, M., Igusa, T. Tuned mass damper for structures with closely spaced natural frequencies, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, vol. 24, pag. 247-261. (1995)

Jensen, H., Setarch, M., Peck, R., TMDs for vibration control of systems with uncertain properties, Journal of Structural Engineering, ASCE, vol. 118, No. 18, pag. 3285-3298. (1992)

Lagos y Linderberg. Clasificación sísmica de edificios altos. Santiago. Chile 2007.

Luft, R. Optimal tuned dampers for buildings, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol.105, No.ST 12, pag. 2766-2772. (1979)