A lo largo de la historia, los eventos sísmicos han ocasionado numerosas pérdidas humanas y materiales. Un trabajo reciente de investigadores de la Facultad de Ingeniería de la UNCUYO y del CONICET indaga en el uso de amortiguadores de masa sintonizados (AMS) para reducir el daño y la probabilidad de colapso en estructuras civiles ocasionado por la acción sísmica de falla cercana.

El AMS consiste en una masa, un resorte y un amortiguador viscoso, que se emplea para reducir las vibraciones estructurales y su uso no tiene precedentes en el país en estructuras civiles. “La absorción de energía por parte del dispositivo es posible porque la masa del AMS oscila a una frecuencia o ritmo similar a la frecuencia de la estructura protegida, evitando el fenómeno de la resonancia que resulta ser perjudicial para la estructura. Debido a este principio de funcionamiento decimos que el dispositivo está “sintonizado” con la estructura a proteger”, explicó el director del proyecto, Martín Domizio, quien es docente de la Facultad de Ingeniería e investigador del CONICET.

Puntualmente los investigadores buscan encontrar una alternativa de protección superadora de los AMS tradicionales, que reduzca efectivamente la vulnerabilidad de las estructuras civiles de la región, ya sean nuevas o existentes, donde los eventos sísmicos severos de origen local son de corta duración.

El equipo viene haciendo pruebas de AMS tradicionales en escala reducida en el Área de Dinámica Experimental del Instituto de Mecánica Estructural y Riesgo Sísmico (IMERIS) de la Facultad de Ingeniería. Los ensayos fueron realizados en una mesa vibratoria que es capaz de reproducir físicamente el movimiento del suelo durante un evento sísmico. “No existen en Argentina implementaciones de AMS en estructuras civiles en la actualidad, y la instalación de un prototipo sería un importante avance en este sentido”, indicó Domizio.

También señaló que el potencial uso de AMS resulta atractivo, ya que implica costos de fabricación, instalación y mantenimiento relativamente bajos, en comparación con otras alternativas de protección sísmica, en particular para el refuerzo o rehabilitación de estructuras existentes que deban ser adecuadas a los requerimientos actuales del diseño sismorresistente.

Estos amortiguadores son empleados desde principios del siglo XX, pero su uso en estructuras civiles es más reciente. La aplicación más conocida es la del rascacielos Taipei-101 en Taiwán, con un AMS materializado con una esfera de acero de 660 toneladas suspendida mediante cables de acero de la parte superior del edificio.

A pesar de que su uso en estructuras civiles ha probado ser eficaz para controlar la respuesta estructural frente a cargas originadas por el viento y la acción sísmica de falla lejana, el ingeniero también advirtió que su efectividad, en el caso de falla cercana, se ha estudiado en menor medida. Este tipo de acción dinámica se caracteriza por su corta duración y afecta a las construcciones de centros urbanos que se encuentran a menos de 10 km de fallas geológicas que generan eventos sísmicos, como es el caso de la Ciudad de Mendoza.

La codirección de la investigación -titulada “Reducción de la vulnerabilidad sísmica en estructuras civiles”- está a cargo del docente de Ingeniería e investigador del CONICET, Daniel Ambrosini (clic aquí para conocer más detalles del equipo del Área de Dinámica Experimental del IMERIS).

Para desarrollar el trabajo obtuvieron financiamiento de la Secretaría de Investigación, Internacionales y Posgrado (SIIP) de la UNCUYO, del CONICET y de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (ANPCYT).

A su vez, en el marco del proyecto, la revista internacional Techno-Press publicó en octubre de 2019 el artículo “TMD effectiveness in nonlinear RC structures subjected to near fault earthquakes” con referato “Smart Structures and Systems”.

La optimización de múltiples AMS, en estudio

El diseño y comportamiento de los AMS están regidos por una serie de parámetros que es necesario definir de manera previa a su construcción. Los valores que adoptan estos parámetros se obtienen utilizando un algoritmo de optimización, que evalúa millones de alternativas y arroja como resultado los valores de parámetros que satisfacen en mayor medida los objetivos de la investigación.

“Dada la complejidad del problema a optimizar, se decidió utilizar algoritmos de optimización genéticos, que seleccionan las mejores alternativas de una ‘población’ de posibles soluciones, y las combina entre sí para producir una nueva ‘generación’ de soluciones. Repitiendo este proceso numerosas veces, el algoritmo es capaz de encontrar una solución óptima a nuestro problema. Resulta novedoso en esta investigación el hecho de incluir la disposición de los elementos que componen el AMS en la optimización” aseguró Domizio.

Las alternativas bajo estudio se encuentran, en este momento, en etapa de simulación numérica, probando mediante análisis dinámicos no lineales la efectividad y eficiencia de las soluciones óptimas ya encontradas en la etapa de optimización.

Una vez verificadas en los ensayos experimentales, se prevé la construcción de un prototipo del AMS propuesto, monitoreando su respuesta y comprobando si su comportamiento se condice con las simulaciones y ensayos de laboratorio previos. En este sentido, los investigadores ya han identificado las propiedades dinámicas de un edificio de la Ciudad de Mendoza donde se instalaría el prototipo, porque conocer estas propiedades es el primer paso para su diseño.