Lectura 3 - 6 minutos
Un estimado colega, ingeniero civil, nos comparte hoy el presente artículo que nos informa sobre un asombroso e impresionante mecanismo que se utiliza para simular sismos. El artículo fue escrito por Ioana Patringenaru, se publicó en el boletín digital de la University of California - San Diego el pasado 10 de junio de 2021, y se tradujo por nosotros para este espacio. Revisemos lo que se comenta de este extraordinario dispositivo….
Una actualización importante e imprescindible del simulador de terremotos al aire libre más grande del mundo alcanzó un hito a mediados de abril cuando el piso de la instalación, con un peso de 136 toneladas métricas, se volvió a colocar en su lugar. Cuando se complete este otoño, el simulador tendrá la capacidad de reproducir movimientos de terremotos multidimensionales con una precisión sin precedentes. Lo anterior deberá contribuir a que estructuras que se construyan en zonas sujetas a terremotos en todo el mundo puedan tener referentes que los hagan más seguros durante futuros terremotos, y con ello potencialmente salvar valiosas vidas humanas.
El simulador, o mesa vibratoria, podrá probar las estructuras más altas y pesadas del mundo para medir qué tan bien resistirían varios tipos de terremotos. La mesa vibratoria estará equipada con la capacidad de reproducir los seis posibles movimientos del suelo, conocidos como seis grados de libertad.
La primera prueba posterior a la actualización contará con un edificio de madera laminada cruzada de 10 pisos a gran escala.
"Esta instalación salvará una gran cantidad de vidas al hacer que los lugares en los que vivimos y trabajamos sean más seguros durante los terremotos", dijo Joel Conte, investigador principal y responsable de la mesa vibratoria y profesor de ingeniería estructural en la University of California - San Diego. Conte y sus colegas exponen los detalles de la actualización en un artículo publicado en enero de 2021 en Frontiers in Built Environment.
En el documento, los investigadores también detallan el impacto que la mesa vibratoria ha tenido en los códigos de construcción y diseño desde su inauguración en 2004.
En San Francisco, se están modernizando aproximadamente seis mil edificios con estructura de madera de "pisos suaves" para hacerlos más seguros en caso de terremotos fuertes. La prueba a gran escala de los sistemas de modernización para estos edificios con estructura de madera de pisos blandos se realizó en la mesa vibratoria de UC San Diego en 2013. El profesor John van de Lindt de la Universidad Estatal de Colorado, quien dirigió este proyecto, jugó un papel clave en la redacción de las directrices para la modernización de estos edificios.
En 2008, una prueba dirigida por los profesores Robert Fleischman de la Universidad de Arizona y José Restrepo de UC San Diego condujo a nuevas recomendaciones sobre cómo los pisos de concreto prefabricado, conocidos como diafragmas, deben construirse en las estructuras de los estacionamientos para mejorar su comportamiento sísmico.
En 2011 y 2012, durante una serie de pruebas históricas, un equipo probó ascensores y escaleras dentro de un edificio de seis pisos de tamaño completo. Los hallazgos llevaron a nuevas y mejores pautas sobre la forma en que estos componentes deben conectarse a los marcos estructurales de los edificios para que no se desprendan durante un terremoto.
¿Cómo funciona?
El principio detrás de la mesa es relativamente simple: se construyen varias estructuras sobre el piso de la instalación, o platina, que está conectada a una serie de actuadores horizontales y verticales, o pistones, que se mueven hacia adelante y hacia atrás, simulando movimientos sísmicos. Los movimientos siguen registros precisos de terremotos que los investigadores han recopilado de todo el mundo.
La instalación está pasando de un grado de libertad (la capacidad de mover estructuras hacia adelante y hacia atrás) a seis grados de libertad, lo que agrega la capacidad de moverse hacia arriba y hacia abajo, de izquierda a derecha, así como movimientos de cabeceo, balanceo y guiñada. Para entender estos tres últimos, piense en un avión en vuelo: cabeceo es cuando el morro del avión sube y su cola baja; balanceo es cuando un ala se hunde y la otra se eleva; y la guiñada es cuando todo el cuerpo del avión se desliza de izquierda a derecha.
Se agregaron dos actuadores horizontales adicionales a dos existentes en una nueva configuración para mover la mesa horizontalmente hacia adelante y hacia atrás; de izquierda a derecha; y hacer un movimiento de guiñada. Los seis actuadores existentes que mueven la mesa hacia arriba y hacia abajo se conectaron a una nueva fuente de energía hidráulica más fuerte.
¿Por qué importan seis grados de libertad?
Reproducir los movimientos de un terremoto en seis grados de libertad es clave porque durante un temblor, el suelo puede moverse en más de una dirección. Por ejemplo, durante el terremoto de Northridge de 1994 en el área de Los Ángeles, las columnas del puente atravesaron las cubiertas de los puentes, lo que indica un fuerte componente de movimiento vertical del suelo. De manera similar, durante el terremoto de San Fernando de 1971, los edificios se retorcieron y se balancearon, dando a entender que el suelo probablemente estaba girando.
El investigador principal Conte dice que cree que los resultados de pruebas anteriores habrían revelado formas adicionales de hacer que los edificios sean más seguros si se hubieran hecho en seis grados de libertad en lugar de uno.
Más potencia, mejores sensores
La actualización también agregará un nuevo sistema de recolección de datos y detección de última generación con un total de 768 canales para transportar información proveniente de una amplia gama de sensores, incluidas cámaras de alta definición, galgas extensométricas, acelerómetros y más. El software que controla la mesa vibratoria también se actualizará.
Además, el mecanismo que alimenta la mesa vibratoria también se ha ampliado y conectado a un sistema de energía hidráulica cuya capacidad se ha cuadruplicado.
