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CIENCIA Y TECNOLOGÍA

28 de marzo de 2024

Nuevo sistema para proteger viviendas de terremotos

El sistema, preparado por científicos del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y la Universidad Nacional de Cuyo, en Argentina ambas instituciones, consiste en la adaptación de un sistema de control de vibraciones para evitar el colapso de viviendas bajas durante el movimiento sísmico.

Unos investigadores han ideado un sistema para que las viviendas bajas resistan terremotos.“Lo novedoso de nuestro desarrollo es que esta tecnología se puede aplicar no solo en viviendas bajas a edificar, sino también ya construidas en regiones con probabilidad de ocurrencia de eventos sísmicos o terremotos”, destaca Daniel Ambrosini, líder del proyecto e investigador del CONICET en el Instituto de Mecánica Estructural y Riesgo Sísmico (IMERIS) con sede en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCUYO).

 

La frecuencia de vibración es una característica de cada edificio, puente u otro tipo de construcción, que genera de manera natural que se mueva dicha estructura a una cantidad determinada de ciclos por segundo. Uno de los problemas más graves de los terremotos es cuando las frecuencias de vibración del suelo coinciden con la frecuencia de la estructura. Este fenómeno, que se denomina resonancia, en muchos casos conduce al colapso de la estructura. El nuevo sistema “Amortiguadores Líquidos Sintonizados de alta frecuencia” (ALS-AF) consiste en la adaptación de un sistema de control de vibraciones que se utiliza actualmente en edificios altos.

 

Los amortiguadores de masa sintonizados (AMS) compuestos por una masa sólida y un resorte, y los amortiguadores de líquido sintonizados (ALS) compuestos directamente con liquido dentro de un recipiente, en este caso agua, son dispositivos para controlar vibraciones de estructuras, los cuales son muy útiles, sobre todo en edificios ya construidos, donde es prácticamente inaplicable el aislamiento sísmico, una tecnología basada en aisladores, generalmente de goma, instalados en la base de edificaciones.

 

“El sistema que desarrollamos permite controlar vibraciones sísmicas en estructuras bajas utilizando ALS-AF que consiste en la transferencia de energía de la estructura principal (vivienda) a un sistema secundario (dispositivo). Son aparatos que funcionan en el lugar donde los desplazamientos producidos por el terremoto sean mayores, o sea en la parte más alta, ya sea techo o terraza”, explica Martín Domizio, también líder del proyecto e investigador del CONICET en el IMERIS.

 

Las viviendas bajas, en un terremoto, tienen una frecuencia que es mucho más elevada que en edificios altos, por lo tanto los dispositivos ya existentes (ALS) para controlar estos episodios no pueden ser utilizados debido a que la frecuencia no se puede sintonizar. “El dispositivo tradicional, o sea ALS sería algo así como si se colocaran muchos recipientes pequeños de agua en la parte superior de una estructura, y en el momento del sismo cuando éste empieza a vibrar, también lo hace el agua, por ende la energía se transfiere a estos recipientes y se elimina por fricción en las paredes del recipiente, y al estar sintonizado la estructura vibra mucho menos”, explicó Ambrosini quien es doctor en Ingeniería. Y agrega: “Lo original del nuevo dispositivo desarrollado (ALS-AF) es el agregado de una tapa metálica y resortes, especialmente diseñados, que fuerzan al líquido a vibrar a la frecuencia más alta, que se requiere en viviendas de baja altura”.

 

Se realizó un conjunto de ensayos experimentales de modelos a escala reducida sobre una mesa vibratoria que permite reproducir terremotos y otros tipos de movimientos. Los modelos fueron sometidos a 3 terremotos: Landers 1992, Mendoza 1985 y Northridge 1994. Los investigadores midieron aceleraciones absolutas y desplazamientos relativos y comprobaron que el sistema desarrollado pudo reducir ambos parámetros.

 

“Es muy importante destacar que en el mundo hay mucho desarrollo para estructuras de importancia, como edificios grandes, estructuras de embajadas, centrales nucleares, puentes, y otras construcciones, sin embargo, hay pocos desarrollos para estructuras bajas como viviendas”, destaca Domizio, también doctor en Ingeniería. Y resalta que hay muy pocas soluciones para viviendas ya construidas. Por el contrario, si la estructura es nueva hay alternativas para protegerla de los terremotos, como es el caso del aislamiento sísmico. En Mendoza, esta tecnología se aplicó cuando se construyó el edificio del Instituto de Histología y Embriología de Mendoza (IHEM, CONICET -UNCuyo) y una residencia de la Facultad Regional Mendoza de la Universidad Tecnológica Nacional.

En relación a este nuevo desarrollo Ambrosini señala que ya disponen de una patente conjunta CONICET / UNCUYO solicitada en la Argentina “por lo cual se podría hacer un desarrollo comercial del mismo, solo restaría una empresa adoptante. Actualmente estamos diseñando en esta misma línea un nuevo dispositivo que son los Amortiguadores de columnas de líquido sintonizado de alta frecuencia (ACLS-AF) también para construcciones bajas. Los AMS o ALS son recipientes rectangulares o esféricos, estos nuevos ACLS-AF serían recipientes en forma de ‘U’ donde nos encontramos con nuevos desafíos que aún estamos resolviendo con impresiones 3D para obtener los componentes de este aparato y a su vez poder hacerlo en serie”, concluye el experto.

 

Del proyecto también fue parte personal técnico del CONICET como el bioingeniero Gabriel Houri quien participó no solamente en la preparación y construcción de los modelos, sino también con ideas para mejorar su funcionamiento.

 

El estudio se titula "A novel tuned liquid damper for vibration control in high-frequency structures". Y se ha publicado en la revista académica Engineering Structures. (Fuente: Soledad Silione / CCT / CONICET. CC BY 2.5 AR)

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