La ingeniera estructural UC y magíster en Ciencias de la Ingeniería, Macarena Arre, quien trabaja en el equipo CIGIDEN que trabaja en la red de salud, liderado por el investigador principal Juan Carlos de la Llera, propone una modificación en los aisladores sísmicos de péndulo friccional para mitigar los daños de un edificio, producido por un movimiento telúrico. Por el momento, ha sido probado en laboratorio, aportando a la investigación de esta tecnología.
Por Gabriela Cortés Villarroel, periodista de la Unidad de vinculación, educación y divulgación de CIGIDEN (gabriela.cortes@cigiden.cl)
Uno de los problemas que se encuentran en los edificios que cuentan con aisladores, durante un gran sismo, es el levantamiento parcial de la estructura, provocando que estos dispositivos se rompan o desgasten excesivamente, haciendo que el edificio sufra aumentos en sus respuestas como deformaciones de los entrepisos, por ejemplo. Para esto, la ingeniera propuso una modificación a estos instrumentos, para mitigar los efectos negativos del levantamiento e impacto vertical, a través de unas modificaciones en el deslizador interno que está compuesto por gomas -y otros materiales- que componen el péndulo de fricción. Esta propuesta de tesis es la continuación del trabajo de su profesor guía, José Luis Almazán junto al investigador Gaspar Auad.
Con el fin de mejorar la respuesta de los aisladores de péndulo friccional (FPS) -dispositivos de ingeniería avanzada diseñados para proteger estructuras, como edificios y puentes, de los daños causados por terremotos- Macarena Arre, profesional de apoyo en CIGIDEN, propuso en su proyecto de tesis “Análisis de levantamiento en estructuras con aisladores de péndulo friccional: parámetros de interés, estimación de magnitudes críticas y medidas de mitigación”, para el Magíster Ciencias de la Ingeniería, una innovadora idea para mejorarlo, llamado Impact Resilient Double Concave Friction Pendulum (IR-DCFP).
Son muy pocos los centímetros que se mueven las estructuras pero hacen una gran diferencia. Para esto, realizó modelaciones respecto a tres terremotos: En Estados Unidos en el año 1992 de 7.3 Mw, el de Chile en el año 2010 de 8.8 Mw y el de Turquía en el año 2023 de 7.8 M.w.
Con cada uno de estos casos, realizó su investigación en base a las normas sísmicas que regulan la construcción de edificios, tipos de suelos, etc y fue cambiando las dimensiones de las estructuras, para que fuesen más flexibles o más rígidas, con el fin de representar la reacción de los edificios respecto a sus capacidad de resistir fuerzas externas.
Hacia una resiliencia estructural avanzada
El foco principal de la investigación es el comportamiento axial -en función del eje- del deslizador interno del dispositivo, el cual difiere de los dispositivos clásicos, ya que este tiene incorporado un anillo de goma. Estas se utilizan para estructuras de ingeniería civil como un medio para absorber energía y reducir el movimiento durante eventos como terremotos o cargas dinámicas, por su capacidad para deformarse elásticamente bajo carga y luego volver a su forma original.
Los aisladores son colocados entre la base de un edificio y su superestructura. De esta manera, se reducen las fuerzas transmitidas al edificio, durante un sismo, así mejorando el comportamiento al disminuir las aceleraciones y las deformaciones.
En palabras de la ingeniera, uno de los principales problemas con que el edificio “quede en el aire” es el tiempo que hay entre ese movimiento y la vuelta a su eje, puesto en esos segundos, el dispositivo puede desarmarse y no responder de manera correcta.
Resultados prometedores
Estos resultados son solo teoría y fue aplicado en el laboratorio del Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica de la Pontificia Universidad Católica de Chile. “El resultado es, en el fondo, la deformación de la goma. Cuando empiezo a comprimir, se deforma con baja rigidez y la goma empieza a rellenar todos los espacios disponibles, y al ser incomprensible, aumenta la rigidez axial del dispositivo, llegando a una rigidez final muy similar el FPS convencional”, explica la ingeniera estructural.
Su propuesta está en diseñar de tal manera que la deformación axial inicial, por la carga estática, sea lo suficientemente grande para que el edificio no se levante, que solo se comprima y vuelva a su estado original.
Como resumen, indica Macarena Arre, “este dispositivo te ayuda a superar los dos mayores problemas que tiene el levantamiento: que se desarme el dispositivo al volver a caer o que tengas respuestas mucho más altas en las estructuras producto del impacto vertical, como las aceleraciones de piso”.
En Chile, los hospitales nuevos se construyen, por normativa, con aislamiento. También existe otro tipo de aislamiento, que son solo de goma. Hay edificios que tienen una mezcla o que tienen ambos. La profesional CIGIDEN, quien trabaja en el proyecto SimPlaner con el investigador principal y académico de Ingeniería UC Juan Carlos de la Llera, concluye que para implementar esta propuesta es importante realizar más investigaciones y ensayos a escala real y propone “evaluar qué tanto más caro hace la implementación del dispositivo final perfecto”.
En la historia, se ha ido avanzando en la calidad de la construcción y la respuesta que tienen estos aisladores friccionales frente a un terremoto, pero “aún así falta mejorar y llevar todo a un nivel en el que no pase nada. Mientras más investigación e innovación haya, será más accesible para ser implementado en varias partes. Por ejemplo, en Turquía, donde no todos los hospitales estaban aislados”, indica Macarena.
