Sistemas de disipación pasiva de energía sísmica

Presentamos información producto de la investigación del doctor Marco A. Torres, ingeniero civil egresado de la UNAM.
Una de las maneras de reforzar estructuras para que tengan un mejor comportamiento sísmico es con el uso de disipadores de energía. Éstos mejoran el desempeño de la estructura mediante la adición de amortiguamiento y en algunos casos por la rigidez al sistema, que provoca unareducción en las demandas de desplazamiento y en las fuerzas internas de respuesta del edificio. Estos dispositivos son una opción competitiva cuando se trata de mejorar el desempeño de la estructura en niveles de protección de vida e incluso de ocupación inmediata, pero su aplicación puede ser limitada para el caso de la prevención del colapso.
Cuando un sismo de considerable magnitud excita unaestructura, el grado de daño que adquiere dependerá de la manera que ésta absorba los niveles de energía cinética a los cuales estuvo sometida. Como los códigos de diseño actuales lo reconocen, sería demasiado costoso absorber esta energía dentro de la capacidad elástica de los materiales. La mayoría de los reglamentos recomiendan aprovechar la ductilidad que son capaces de desarrollar lasestructuras. Los edificios diseñados de esta manera dependen para su supervivencia durante un sismo severo, de la ductilidad que puedan desarrollar los elementos estructurales que lo conforman. La razón fundamental que lo motiva es que al entrar la estructura al intervalo de comportamiento inelástico, la respuesta se
reduce ya que existe disipación de energía. Cabe decir que el equilibrio energético quese presenta en un sistema estructural durante un sismo puede expresarse de la siguiente manera:
EK+ES+EH+ED=EI
Donde EI es la energía total inducida por el sismo; EK y ES son las energías cinética y de deformación elástica; y ED y EH son las energías disipadas por el amortiguamiento viscoso de la estructura y por la deformación de la estructura en el rango inelástico, respectivamente. La suma delas energías cinéticas y de deformación elástica: EK+ES representa la energía que se presenta durante la vibración elástica, mientras que EH+ED representa la energía disipada por el sistema. De estas formas de energía, las dos primeras sólo representan un bajo porcentaje de la energía recibida por el sismo (la que liberan los sismos y absorben las estructuras). La energía disipada poramortiguamiento ocurre mediante el movimiento relativo de las partes que componen los edificios, pudiendo ser éstas estructurales o no; y también representa un bajo porcentaje de la energía recibida. La energía disipada en la estructura mediante el comportamiento en el rango inelástico de sus miembros es sin duda la más importante en magnitud, pues es la que ocurre cuando los elementos estructurales llegan alrango inelástico de su comportamiento desarrollando articulaciones plásticas.
Cuando en un elemento se forman articulaciones plásticas existen deformaciones permanentes en su sección transversal, lo que puede traducirse en un daño. En el caso de elementos de concreto, estas articulaciones pueden ir desde pequeñas grietas hasta desprendimiento del recubrimiento y deformación del acero derefuerzo.
La secuencia en que se desarrollan las articulaciones plásticas no es del todo controlable. Ésta depende de factores tales como: distribución de la carga en el momento en que ocurre el sismo, regularidad de las dimensiones de los componentes estructurales y su forma de conexión, secuencia del proceso constructivo y en gran parte del detallado de los elementos estructurales.
Resulta difícilvalorar en los casos reales de los edificios hasta qué punto se puede confiar en la ductilidad de la estructura sin poner en peligro las vidas humanas, sobre todo si se trata de estructuras ya existentes, las cuales han sido diseñadas con reglamentos antiguos y dañadas significativamente por sismos ocurridos.
Para disipar energía sísmica de forma ideal, es necesario no depender directamente de la...