Cuando hablamos de rehabilitación sísmica de edificios existentes, existen diferentes estrategias para mejorar su comportamiento frente a un terremoto.
Una de ellas consiste en incorporar sistemas de disipación suplementaria de energía.
Pero ¿qué hace realmente un disipador?
¿Dónde se coloca?
¿Todos los disipadores funcionan de la misma manera?
¿Puede colocarse simplemente uno en cada piso?
¿Y qué ocurre con las vigas, columnas y cimentaciones?
En este artículo veremos estas preguntas de manera sencilla, pero desde el punto de vista de la ingeniería estructural.
Estos dispositivos normalmente se colocan entre diferentes partes de la estructura y se integran con sistemas de arriostramiento, por ejemplo, dentro de los pórticos o en diagonales, de manera que puedan trabajar cuando el edificio se mueve durante un sismo. Su ubicación no se escoge simplemente por dónde haya espacio: debe definirse mediante el análisis estructural, considerando cómo se mueve el edificio, dónde se concentran las demandas y cómo se transmitirán las fuerzas hasta la cimentación.
En términos sencillos, podemos imaginar el disipador como un “amortiguador” que ayuda al edificio a manejar mejor el movimiento sísmico. No evita que el edificio se mueva ni hace desaparecer el terremoto; su objetivo es modificar la forma en que la estructura responde ante ese movimiento.
¿Qué es un disipador sísmico?
Durante un terremoto, el movimiento del suelo transmite energía a la estructura.
Una parte de esa energía se almacena temporalmente mediante la deformación de los elementos estructurales y otra parte se disipa mediante diferentes mecanismos.
Los sistemas de disipación suplementaria buscan incorporar mecanismos adicionales capaces de disipar energía durante el movimiento sísmico.
Dependiendo del dispositivo, esta disipación puede producirse mediante mecanismos como:
- comportamiento viscoso;
- comportamiento histerético;
- fricción;
- comportamiento viscoelástico;
- o combinaciones específicas de estos mecanismos.
La idea fundamental es sencilla:
El disipador no elimina el terremoto; modifica la manera en que la estructura responde ante él.
Por esta razón, un disipador no debe analizarse como un elemento aislado, sino como parte de un sistema estructural completo.
¿Para qué se utilizan?
Los disipadores pueden estudiarse como una alternativa de rehabilitación cuando se busca modificar determinados aspectos de la respuesta sísmica de un edificio.
Dependiendo del sistema y del objetivo de desempeño, pueden contribuir a:
- controlar desplazamientos laterales;
- reducir derivas entre pisos;
- aumentar la disipación de energía;
- modificar la respuesta dinámica;
- reducir determinadas demandas sobre elementos estructurales;
- y mejorar el comportamiento global de la estructura.
Pero hay algo fundamental:
Instalar disipadores no significa automáticamente que el edificio quede reforzado.
Primero debemos conocer qué problema tiene el edificio y qué mecanismo está produciendo su vulnerabilidad.
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¿Dónde se colocan los disipadores?
Los disipadores no se colocan simplemente en cualquier lugar del edificio.
Su ubicación forma parte del diseño estructural.
Una configuración habitual consiste en incorporarlos dentro de un sistema de arriostramiento.
De manera simplificada podemos encontrar un sistema como:
Columna → viga → arriostramiento → disipador
o diferentes configuraciones dependiendo del tipo de dispositivo y de la geometría del edificio.
Cuando la estructura se desplaza lateralmente durante un terremoto, el movimiento relativo entre los puntos donde está conectado el dispositivo hace que este desarrolle una fuerza.
Esa fuerza forma parte del mecanismo mediante el cual el sistema disipa energía.
Por eso, la ubicación del dispositivo debe estudiarse teniendo en cuenta:
- geometría del edificio;
- distribución de rigidez;
- configuración de los pórticos;
- desplazamientos esperados;
- conexiones;
- comportamiento de vigas y columnas;
- y la respuesta global de la estructura.
Por eso no existe una regla universal como:
“Coloque un disipador en cada piso y el edificio quedará reforzado”.
No funciona así. 😄
¿Una cruz de San Andrés es un disipador?
Esta es una confusión bastante común.
Una cruz de San Andrés convencional es un sistema de arriostramiento.
Su función principal es aportar resistencia y/o rigidez lateral mediante sus elementos diagonales.
Un disipador, en cambio, es un dispositivo diseñado para introducir un mecanismo específico de disipación de energía.
Por eso podemos tener:
arriostramiento convencional
o
arriostramiento + disipador
Visualmente pueden parecer similares, pero no cumplen necesariamente la misma función.
Y algo muy importante:
Que un elemento tenga forma de diagonal o de cruz no significa que sea un disipador.
¿Todos los disipadores sísmicos funcionan igual?
No.
Existen diferentes tecnologías y cada una tiene un mecanismo de funcionamiento particular.
Entre ellas encontramos:
Disipadores viscosos
Utilizan el movimiento relativo entre sus extremos para generar una fuerza asociada a la velocidad.
Su comportamiento está relacionado principalmente con la disipación de energía y el amortiguamiento.
Disipadores histeréticos
Disipan energía mediante deformaciones inelásticas controladas de determinados materiales o elementos.
Disipadores por fricción
Utilizan el deslizamiento controlado entre superficies para disipar energía.
Disipadores viscoelásticos
Utilizan materiales cuyas propiedades permiten disipar energía durante la deformación.
BRB o riostras restringidas contra el pandeo
Son elementos que pueden desarrollar comportamiento inelástico controlado y disipar energía, además de aportar resistencia y rigidez lateral.
Por eso no podemos asumir que todos los sistemas producen el mismo efecto sobre el edificio.
¿Cuándo puede estudiarse el uso de disipadores?
Los disipadores pueden estudiarse como una alternativa de rehabilitación cuando la evaluación estructural identifica que es necesario modificar la respuesta sísmica del edificio. Por ejemplo, pueden considerarse cuando se busca controlar desplazamientos y derivas, aumentar la disipación de energía o reducir determinadas demandas sobre los elementos estructurales, siempre de acuerdo con el objetivo de desempeño establecido.
Esto no significa que el edificio tenga que estar cerca del colapso. La necesidad de rehabilitación puede identificarse mediante el análisis estructural antes de que exista un daño grave, y la selección de la estrategia dependerá de las características particulares de cada edificio.
Los disipadores sísmicos pueden estudiarse como una estrategia de rehabilitación para modificar la respuesta sísmica de una estructura antes de que una situación de vulnerabilidad evolucione hacia daños mayores.
Esto no significa que deban instalarse siempre ni que sean adecuados para cualquier edificio. Su utilización debe surgir de una evaluación estructural que permita identificar qué aspecto de la respuesta sísmica se necesita modificar y cuál es la estrategia de intervención más apropiada.
¿Cuándo no basta con colocar disipadores?
Aquí está una de las partes más importantes.
Imaginemos un edificio con:
- columnas deficientes;
- conexiones inadecuadas;
- deterioro importante;
- problemas en la cimentación;
- irregularidades estructurales;
- daños existentes;
- o deficiencias graves en el camino de transmisión de cargas.
En esos casos no podemos simplemente decir:
“Vamos a poner disipadores”.
Primero debemos determinar cuál es el problema estructural.
Un disipador puede ayudar a modificar la respuesta sísmica, pero no sustituye una columna que no tiene la capacidad necesaria, no corrige automáticamente una cimentación deficiente y no soluciona por sí mismo una conexión mal diseñada.
Por eso el proceso debería comenzar con:
Evaluar → identificar el problema → definir el objetivo → seleccionar la estrategia → diseñar → verificar → intervenir.
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¿Y qué pasa con las columnas, vigas y conexiones?
Aquí aparece algo que muchas veces se olvida.
El disipador desarrolla una fuerza.
Esa fuerza debe transmitirse a través de la estructura.
Podemos imaginar el recorrido:
Disipador → conexión → arriostramiento → viga/columna → cimentación → suelo
Por lo tanto, no basta con comprobar la capacidad del disipador.
También deben estudiarse los elementos que reciben y transmiten sus fuerzas.
Por ejemplo:
- conexiones;
- placas y anclajes;
- vigas;
- columnas;
- arriostramientos;
- nudos estructurales;
- cimentaciones;
- y condiciones del suelo.
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👉 ACCEDER AL CURSOEsta pregunta es fundamental.
Cuando incorporamos un sistema de disipación, no significa necesariamente que todas las fuerzas en la cimentación aumenten.
Lo que ocurre es que estamos modificando el sistema estructural y, por lo tanto, puede cambiar la distribución y el camino de las fuerzas.
El disipador genera una fuerza de reacción como parte de su mecanismo de funcionamiento.
Esa fuerza se transmite hacia los elementos estructurales y finalmente puede llegar a la cimentación.
Por eso debemos verificar nuevamente las acciones en la base:
- fuerza axial;
- cortante;
- momento;
- presiones de contacto;
- deslizamiento;
- volcamiento;
- levantamiento cuando corresponda;
- capacidad estructural de la zapata;
- y capacidad del suelo.
¿Qué pasa si la zapata no tiene capacidad suficiente?
No necesariamente significa que debamos abandonar la idea de los disipadores.
Puede ser necesario estudiar alternativas de rehabilitación de la cimentación, por ejemplo:
- ampliación de zapatas;
- vinculación entre cimentaciones;
- vigas de cimentación;
- micropilotes;
- pilotes u otros sistemas de cimentación profunda;
- o soluciones específicas determinadas por el estudio geotécnico y estructural.
La solución depende de qué deficiencia encontremos y de las condiciones reales del edificio y del suelo.
La idea puede resumirse así:
El disipador no está “agregando fuerza porque sí”. Está generando una fuerza de reacción como parte del mecanismo mediante el cual disipa energía.
Por eso debe analizarse todo el camino de carga.
¿Los disipadores siempre reducen el período?
No.
El período fundamental depende, entre otros factores, de la relación entre masa y rigidez:
T ≈ 2π √(M / K)
Relación simplificada entre el período, la masa y la rigidez de la estructura.
Donde:
- T = período natural de vibración.
- M = masa de la estructura.
- K = rigidez de la estructura.
Si un sistema modifica significativamente la rigidez lateral, el período puede cambiar.
Pero algunos disipadores están orientados principalmente a aumentar la disipación de energía y el amortiguamiento, sin producir necesariamente un cambio importante de la rigidez global.
Por eso:
No se debe instalar un disipador con el objetivo de alcanzar un período determinado.
El objetivo debe estar relacionado con el desempeño sísmico que queremos conseguir.
Entonces, ¿cómo sabemos si la intervención funcionó?
Si disponemos de mediciones anteriores a la intervención, podemos comparar el comportamiento del edificio:
Medir → intervenir → volver a medir → comparar → evaluar.
Podemos estudiar cambios en:
- período;
- frecuencias;
- amortiguamiento;
- desplazamientos;
- derivas;
- aceleraciones;
- y otros parámetros relevantes.
Pero el período es solamente uno de los indicadores.
Lo importante es determinar si la intervención produjo el cambio de comportamiento que se buscaba.
Un edificio de 10 pisos como ejemplo
Imaginemos un edificio existente de aproximadamente 10 pisos.
Después de la evaluación estructural encontramos que presenta una respuesta sísmica que requiere ser mejorada.
En lugar de comenzar diciendo:
“Vamos a colocar disipadores para reducir el período”.
La pregunta correcta sería:
¿Cuál es el problema que queremos solucionar?
Supongamos que el análisis muestra que determinados desplazamientos y derivas son elevados para el objetivo de desempeño establecido.
Entonces podemos estudiar diferentes alternativas de rehabilitación.
Una de ellas podría ser un sistema de disipación suplementaria.
Se analiza dónde colocar los dispositivos, qué tipo utilizar, qué fuerzas desarrollarán, cómo se conectarán al edificio y cómo se transmitirán esas fuerzas hasta la cimentación.
Después se vuelve a analizar el edificio para determinar cómo cambió su respuesta.
Aquí sí puede ocurrir que el período cambie poco, mientras que otros parámetros de respuesta experimenten modificaciones más importantes.
Por eso el éxito de la intervención no se determina simplemente preguntando cuánto disminuyó el período.
Una rehabilitación no termina en el disipador
Este es probablemente el mensaje más importante del artículo.
Un sistema de disipación debe formar parte de una estrategia integral.
Debemos considerar:
Edificio → disipador → conexiones → elementos estructurales → cimentación → suelo.
Si cualquiera de estos componentes no tiene capacidad suficiente para participar en el nuevo sistema, la intervención debe revisarse.
Por eso, antes de instalar un disipador debemos preguntarnos:
¿Qué problema estamos tratando de solucionar?
¿Qué respuesta queremos modificar?
¿Dónde debe colocarse el dispositivo?
¿Qué fuerzas desarrollará?
¿Puede la estructura recibirlas?
¿Puede la cimentación transmitirlas al suelo?
¿Cómo verificaremos posteriormente que la intervención produjo el comportamiento esperado?
Conclusión
Los disipadores sísmicos constituyen una herramienta de rehabilitación que puede permitir modificar la respuesta de edificios existentes mediante mecanismos adicionales de disipación de energía.
Pero no son elementos que simplemente se “agregan” a una estructura.
La eficacia de un sistema de disipación sísmica no depende únicamente del dispositivo que se elija. Su comportamiento depende de todo el sistema estructural en el que se incorpora. Por eso, antes de instalarlo es necesario analizar qué tipo de disipador se necesita, dónde debe ubicarse y cómo trabajará junto con las vigas, columnas, conexiones y demás elementos de la estructura.
También es fundamental revisar las conexiones que unen el disipador con el edificio, porque las fuerzas que se generan durante un sismo deben transmitirse adecuadamente hacia los elementos estructurales y, finalmente, hasta la cimentación y el suelo. Un disipador correctamente seleccionado, pero conectado a un elemento que no tiene capacidad suficiente, no resolverá por sí solo el problema.
La ubicación también es determinante. No todos los pisos ni todos los vanos de un edificio responden de la misma manera ante un sismo. La distribución de los disipadores debe definirse a partir del análisis del comportamiento de la estructura, buscando que el sistema trabaje de manera adecuada y que no se generen concentraciones indeseadas de fuerzas o desplazamientos.
Además, debe establecerse previamente qué se quiere conseguir con la intervención. Por ejemplo, puede buscarse controlar desplazamientos y derivas, aumentar la disipación de energía, reducir determinadas demandas sobre los elementos estructurales o mejorar la respuesta global del edificio. El objetivo debe estar definido antes de seleccionar y dimensionar el sistema.
Y hay un aspecto que muchas veces se pasa por alto: la cimentación. Las nuevas acciones generadas por el sistema de disipación deben tener un camino resistente hasta el suelo, por lo que es necesario comprobar que vigas, columnas, conexiones, cimentaciones y terreno puedan recibir y transmitir esas acciones.
En resumen, un disipador no funciona de manera aislada. Su eficacia depende de cómo se integra al edificio, de la capacidad de los elementos que lo reciben y de que todo el camino de transmisión de fuerzas haya sido correctamente estudiado. Por eso, la pregunta no debería ser solamente “¿qué disipador vamos a colocar?”, sino también “¿qué necesita realmente este edificio y cómo vamos a conseguirlo?”. 🏗️📐
Por eso, el diseño debe comenzar con una evaluación del edificio y no con la elección automática de un dispositivo.
Y quizá la idea más importante para recordar sea:
No se trata de poner disipadores porque sí. Se trata de identificar qué necesita el edificio, seleccionar el mecanismo adecuado y diseñar todo el camino de las fuerzas hasta el suelo.
❓ Preguntas frecuentes sobre los disipadores sísmicos
1. ¿Qué es exactamente un disipador sísmico?
Es un dispositivo que se incorpora a una estructura para disipar parte de la energía que recibe durante un sismo y ayudar a controlar su respuesta. No evita que el edificio se mueva, sino que modifica la manera en que responde ante el movimiento sísmico.
2. ¿Para qué sirven los disipadores sísmicos?
Pueden utilizarse para controlar desplazamientos y derivas, aumentar la capacidad de disipación de energía y reducir determinadas demandas sobre la estructura, dependiendo del sistema utilizado y del objetivo de diseño.
3. ¿Dónde se colocan los disipadores?
Generalmente se integran en sistemas de arriostramiento dentro de determinados vanos del edificio. Su ubicación debe definirse mediante análisis estructural, porque no todos los lugares producen el mismo efecto.
4. ¿Los disipadores son solamente para edificios altos?
No. Pueden estudiarse en edificios de diferentes alturas. La decisión depende principalmente de las características, necesidades y comportamiento de cada estructura, y no solamente del número de pisos.
5. ¿Una cruz de San Andrés es lo mismo que un disipador sísmico?
No. Una cruz de San Andrés convencional es un sistema de arriostramiento que puede aportar rigidez y resistencia lateral. Un disipador, en cambio, incorpora un mecanismo específico para disipar energía. Ambos pueden trabajar conjuntamente.
6. ¿Todos los disipadores sísmicos funcionan de la misma manera?
No. Existen diferentes sistemas, como disipadores viscosos, de fricción, histeréticos y viscoelásticos, entre otros. Cada uno tiene un mecanismo de funcionamiento y unas características de diseño particulares.
7. ¿Los disipadores siempre reducen el período de vibración del edificio?
No necesariamente. Algunos sistemas pueden modificar poco el período y aumentar principalmente la disipación de energía, mientras que otros sistemas que aportan una cantidad importante de rigidez pueden producir cambios mayores. El período no debe utilizarse como único indicador para evaluar el comportamiento del edificio.
8. ¿Se pueden colocar disipadores en cualquier edificio que tenga daños?
No necesariamente. Primero debe determinarse qué está causando la vulnerabilidad o el daño. Si existen problemas en columnas, conexiones, cimentaciones, materiales, irregularidades o en otros elementos, estos deben ser evaluados antes de decidir cuál es la estrategia de rehabilitación.
9. ¿Por qué hay que revisar las columnas, vigas y conexiones si se instalan disipadores?
Porque el disipador genera fuerzas como parte de su funcionamiento y esas acciones deben transmitirse correctamente hacia la estructura. Por eso es necesario revisar el camino completo de las fuerzas, desde el dispositivo hasta la cimentación.
10. ¿Puedo colocar el mismo tipo de disipador que funcionó en otro edificio?
No debería hacerse simplemente por comparación. Cada estructura tiene características diferentes, por lo que el sistema debe seleccionarse y diseñarse de acuerdo con las necesidades y objetivos específicos del edificio.
11. ¿Instalar disipadores significa que el edificio ya es seguro?
No por sí solo. Los disipadores son una herramienta dentro de una estrategia de diseño o rehabilitación. Su eficacia depende de que hayan sido correctamente seleccionados, ubicados, conectados y considerados dentro del comportamiento global de la estructura.
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