RESONANCIA

U N I V E R S I D A D AU T Ó N O M A D E B A J A C A L I F O R N I AF A C U LT A D D E I N G E N I E R Í A , A R Q U I T E C T U R A Y D I S E Ñ O

INGENIER ÍA S ÍSMICAL U I S A R T U R O C H E Q U E R S .

OBJETIVO

• Demostrar la importancia y peligrosidad del efecto de Resonancia en cualquier edificación o estructura.

• Hacer ver la importancia del estudio, análisis y diseño de espectros de diseño y frecuencia fundamental de las estructuras.

RESONANCIA

La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración se acerca al periodo de vibración característico de dicho cuerpo, en el cual, una fuerza relativamente pequeña aplicada en forma repetida hace que una amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande.

Este fenómeno en la ingeniería civil se debe de evitar en cualquier estructura debido al resultado tan catastrófico que seria para la misma, en este caso nosotros no podremos controlar la acción de la fuerza periódica, ni su periodo de vibración, pero si podemos preveerla y saber su magnitud, pero la que si podremos estudiar y calcular es la infraestructura que realicemos y obtener un periodo de vibración diferente a cualquiera de las posibles fuerzas (viento,sismo etc.)

ANTECEDENTE- LA CAÍDA DEL VIEJO PUENTE TACOMA NARROWS

El puente de Tacoma Narrows es un puente colgante de 1600 metros de longitud con una distancia entre soportes de 850 m (el tercero más grande del mundo en la época en que fue construido). El viejo puente de Tacoma Narrows ha sido popularizado en los libros de física como un ejemplo clásico de resonancia

Este puente falló debido a la acción de unas fuerzas conocidas en el campo de la aerodinámica de puentes como fuerzas autoexcitadas, por un fenómeno conocido como fluttering o flameo las cuales empujando en forma periódica provocaron el aumento del movimiento del puente. Robert H. Scanlan, padre de la aerodinámica de puentes, escribió un artículo criticando este malentendido.1 Ningún puente se termina si no pasa la prueba del "tubo de viento".

Con esta experiencia se cambió el método de construcción de puentes, haciéndolos más aerodinámicos y reduciendo su esbeltez, para disminuir el efecto del viento.

En teoría, si se consiguiera que una pequeña fuerza sobre un sistema oscilara a la misma frecuencia que la frecuencia natural del sistema se produciría una oscilación resultante con una amplitud indeterminada.

Todas las estructuras que poseen masa y elasticidad son capaces de vibrar. Estas vibraciones pueden ser excitadas por fuentes tales como motores, compresores, vientos, terremotos, etc.

Para evitar la resonancia es necesario conocer las frecuencias naturales de vibración de los diferentes modos de vibración de la estructura como también el espectro de frecuencias de las fuentes de vibración con las que la estructura puede entrar en contacto.

VIBRACIONES EN LOS EDIFICIOS

La vibración de un edificio produce en todas las personas una sensación molesta. Una vibración de una cierta intensidad hace temer que se produzca el derrumbe de la estructura, Una vibración notable es, no obstante indeseable debido al efecto psicológico desagradable que produce.

EN UN EDIFICIO EXISTEN DOS CLASES DE VIBRACIONES:

Las que provienen de una fuente interna y las que provienen de una fuente externa. La mayor parte de las vibraciones que se generan en el interior de los edificios son provocados por máquinas (ascensores, ventiladores, bombas, etc.) o por los ocupantes (la marcha, el salto, la danza, la carrera).

Las fuentes de vibraciones externas son generalmente debidas a: tráfico en calles o rutas y ferrocarriles, actividades relacionadas con la construcción, los vientos muy fuertes y los temblores de tierra.

EFECTO DE UN TERREMOTO SOBRE UN EDIFICIO

La mayoría de los terremotos son el resultado del movimiento rápido a lo largo del plano de fallas dentro de la corteza terrestre. Este movimiento súbito de la falla libera una gran cantidad de energía que viaja a través de la tierra en la forma de ondas sísmicas. Las ondas sísmicas viajan grandes distancias antes de perder la mayor parte de su energía.

Las características de un terremoto que tienen gran importancia para los edificios son: su duración, su amplitud (de desplazamiento, de velocidad y de aceleración) y su espectro de diseño.

El modo de frecuencia más baja (período más grande) es la frecuencia fundamental (o periodo fundamental).

Una regla empírica para estimar la frecuencia fundamental f1 de un edificio es:

f1 =10/N (1)

donde N es el número de pisos y f1 la frecuencia en Hertz..

Por ejemplo:f1= 10/5f1= 2 hz

Una estructura puede vibrar en frecuencias en las que las personas son sensibles (3 Hz – 8 Hz).

UN CLARO EJEMPLO DE RESONANCIACuando decenas o cientos de soldados marchan dando

golpes rítmicos de frecuencia muy constante en el piso, al cruzar sobre un puente, que como se ha señalado es una estructura elástica con sus propias frecuencias naturales de vibración, en caso de que conserven su marcha acompasada se corre el peligro de que su frecuencia de golpeteo – aproximadamente de 1 Hz- coincida con alguna de las frecuencias naturales del puente; hay que tomar en cuenta además que la fuerza del golpe colectivo puede alcanzar magnitudes de decenas de miles de N, para evitar ese peligro es que a las formaciones de soldados se les ordena romper la marcha cuando cruzan un puente.

SE TIENE QUE HACER PARA EVITAR RESONANCIA MAGNÉTICA:

Es bien conocido el efecto de las condiciones de suelo, tanto global como local, en la respuesta de una estructura sometida a cargas sísmicas. En general, se observa un mayor daño en estructuras flexibles cuando las condiciones locales de suelo corresponden a suelos flexibles y una mayor concentración de daño en estructuras rígidas en condiciones de suelo firme. Por ello se recomienda emplear estructuras flexibles en un suelo firme y estructuras rígidas en un suelo blando.

CONCLUSIÓN

Se tiene como conclusión la importancia de estudiar y analizar la resonancia en cualquier edificación para evitar catástrofes y asegurar la seguridad de las personas que habitan o utilizan la infraestructura, la información ayuda a entender de la importancia de obtener espectros de diseño mas específicos de cada zona y no abarcando globalmente toda un área como es el caso del espectro de diseño de baja california, ya que si no es el indicado el que viene en el reglamente estamos diseñando para un edificio para un suelo diferente, un periodo fundamental distinto y una intensidad sísmica distinta y esto no nos sirve de nada, así que promover con los expertos un estudio desglosado en zonificación seria muy bueno para garantizar edificios muy confiables.