Diseño Basado en Amortiguamiento
Durante las pasadas décadas ciertas tipologías estructurales han experimentado una reducción de peso propio y carga muerta, debida principalmente a la optimización estructural y al uso de materiales de alta resistencia. Esta reducción ha venido acompañada por limitaciones del estado límite de servicio de vibraciones cada vez más restrictivas. Como resultado, el dimensionamiento de algunas estructuras sometidas a acciones dinámicas (como pasarelas de gran esbeltez, ciertos puentes de ferrocarril de luz reducida o sistemas ligeros de forjado metálico) se ha visto condicionado, en ocasiones, por su respuesta dinámica.
La amplitud de una vibración estructural resonante depende en gran medida de la capacidad de disipación energética de dicha estructura, algo comúnmente modelado mediante el amortiguamiento. En consecuencia, los amortiguadores inteligentes son algo muy extendido en industrias como la robótica o la aeronáutica para mejorar el confort, la vida útil o la resistencia a fatiga de ciertas estructuras. Sin embargo, esta tecnología aún no es usada con asiduidad dentro del marco de la ingeniería civil, siendo únicamente implementada en proyectos especialmente singulares.
En este contexto, se investiga una nueva generación de estructuras esbeltas altamente amortiguadas que cuentan con un amortiguamiento adecuado desde su etapa de diseño. Dicho amortiguamiento permite conservar la naturaleza inherentemente esbelta y ligera de dichas estructuras, evitando tener que sobredimensionarlas para conseguir una respuesta dinámica adecuada. En este sentido, un incremento del amortiguamiento puede ser, en ocasiones, más eficiente (en términos de uso de material) que una rigidización o un incremento deliberado de la masa estructural cuando la respuesta dinámica resulta ser crítica de cara al diseño de la estructura.
Para poder implementar esta nueva filosofía de diseño, el proyectista debe emplear diversas estrategias de amortiguamiento que pueden ser clasificadas en dos grandes grupos. Un primer grupo formado por estrategias disipativas, es decir, aquellas que permiten aumentar la energía disipada dentro de la propia estructura haciendo uso de mecanismos viscosos o de fricción. En segundo lugar, se encuentran los denominados controladores inerciales, basados en una masa inercial que introduce una fuerza de fase y sentido contrarios a los de la vibración estructural con el objetivo de mitigarla. El máximo representante de este segundo grupo quizás sea el amortiguador de masas sintonizado, más conocido por sus siglas en inglés como TMD.
Esta nueva metodología de diseño enfocada a estructuras potencialmente vibrantes, esta siendo implementada en diferentes tipologías, mediante la integración de aquellos mecanismos de amortiguamiento que han demostrado ser más prometedores (como por ejemplo los sistemas de elastómero constreñido, los TMDs, o lo amortiguadores viscosos). En última instancia, el presente trabajo pretende probar que el aumento del amortiguamiento desde la etapa de diseño puede ser una opción viable, e incluso mejor (en términos de eficiencia estructural) que aquellas estrategias basadas en el incremento de la masa o la rigidez estructural, de cara a resolver un problema de vibraciones.
El diseño de futuras estructuras ligeras sometidas a acciones dinámicas debe evolucionar gracias a conceptos como el aquí presentado, que por primera vez es bautizado bajo el nombre de Diseño Basado en Amortiguamiento.