sábado, 24 de agosto de 2013

Modos de vibración de un edificio

Los edificios, al igual que todos los cuerpos materiales, poseen distintas formas de vibrar ante cargas diámicas que, en la eventualidad de un terremoto, pueden afectar la misma en mayor o menor medida. Estas formas de vibrar se conocen como modos de vibración.

Figura 1. Modos de vibración de un edificio.
En la forma más básica, estas estructuras oscilan de un lado hacia otro. Esto es lo que se conoce como el modo fundamental o modo 1, tal como lo muestra la siguiente figura.


Figura 2. Oscilación de un edificio de un lado a otro y esquematización de movimiento del edificio del Banco Nacional de Costa Rica.
Por ejemplo, el edificio del Banco Nacional, uno de los más altos del país, oscila de un lado hacia otro cada 2.2 segundos aproximadamente.
El movimiento en la base, tal como se ve en la animación de la Figura 2, es mucho menor que en la parte superior.  Cuando ocurre un sismo, este movimiento de vibración de la estructura se ve incrementado.  Esto produce que la gente en pisos superiores perciba un movimiento mayor que la gente ubicada en pisos inferiores, principalmente cuando los sismos ocurren a gran distancia o profundidad.
Además del Modo 1, los edificios se ven sometidos también a vibraciones de Modo 2, 3, 4, etc como se muestra a continuación.

Figura 3. Estructura moviéndose en el Modo 4.

Figura 4. Movimiento horizontal de un modo superior.

Figula 5. Movimientos de rotación o torsión
Las fuerzas a las que se ve sometido un edificio relacionan el peso de este con las aceleraciones que se producen en el terremoto, por lo tanto, en cada instante de tiempo estas fuerzas cambian.  De ahí que el valor de aceleración máxima sea tan importante para el diseño. Sin embargo, la aceleración máxima en un registro acelerográfico ocurre en un instante de tiempo muy corto (fracciones de segundo), por lo que ella sola no es suficiente para causar daños severos a las estructuras.
La duración del movimiento del suelo es también muy importante.  Si las aceleraciones son moderadas pero la duración del sismo es prolongada, puede llegar el momento en que la parte en donde se unen las columnas y los entrepisos de un edificio se debilite.  El doctor Carlos Valdés, investigador del Departamento de Sismología del Instituto de Geofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), explica que un edificio puede oscilar cinco veces, pero si el sismo es muy largo, oscila 30 ó 40 veces y el desgaste estructural puede provocar el colapso del inmueble, debido a la fatiga de los materiales.
La complejidad en el movimiento sísmico provoca que los edificio roten,“cuando hacemos análisis de los edificios vemos que la superficie comienza a rotar, ese movimiento desgasta las uniones, ya que un edificio no está diseñado para rotar. A medida que van ocurriendo más sismos los edificios se vuelven más vulnerables”, explica el doctor Valdés.
Lo anterior es debido al comportamiento inelástico de los materiales cuando son sometidos a fuerzas de gran magnitud, por lo que guardan "en memoria" el deterioro que van sufriendo a lo largo del tiempo.
Tomando en cuenta lo anterior, se evidencia la necesidad de instrumentar los edificios ya que es la única forma de obtener no solo la variación de las aceleraciones en el tiempo, sino también la duración total del movimiento fuerte a que se ve sometido el inmueble.
Vía:Universidad de Costa Rica
Laboratorio de Ingeniería Sísmica
del Instituto de Investigaciones en Ingeniería (INII)













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