Amigos de StemSocial y la sub comunidad de Stem-Espanol, bienvenidos a este artículo creado bajo la premisa de enseñar ingeniería con mucha didáctica, de forma que todo publico más allá de ingenieros y estudiantes comprendan las ideas abordadas. La interrogante que forma el título de esta publicación busca abrir ese sentido crítico acerca del hecho de hacer de los objetos ordinarios de nuestro día a día unos modelos didácticos para la enseñanza de la ingeniería, específicamente la ingeniería sismorresistente, un campo de especialidad dentro de la ingeniería civil.
Antes de adentrarnos al concepto de diafragma rígido, es importante asociar los diferentes elementos que conforman la mesa con los de una estructura de sistema estructural tipo pórtico:
En ese sentido una mesa se puede utilizar como modelo didáctico para abordar el concepto de diafragma rígido (la losa de la estructura), acotando que este concepto viene a representar el elemento de la estructura cuya función es compatibilizar los desplazamientos laterales de la estructura, es decir, que la misma en medio de sus elementos constituyentes como vigas y columnas ante la aplicación de una carga lateral se comporten como una unidad. En la imagen animada se ilustra esta idea, acotando que estamos centrando nuestra atención en estructuras co pórticos, aquellas cuyos de elementos responsables de resistir la acción de cargas laterales como las provenientes de un sismo y la acción de las cargas gravitacionales, está a cargo de las vigas y columnas.
Y al mismo tiempo este diafragma rígido va a soportar las cargas y transmitirla a los elementos vigas, de dónde posteriormente viajarán a las columnas, hasta llegar a la cimentación, donde entra en juego otras de las áreas que mas me apasionan de la ingeniera civil como lo es la Geotecnia. Acá se aprecia el extremo de la columna y el piso que podemos ver como el suelo donde se va a fundar la edificación, entonces para lograr este matrimonio entre estos dos aspectos entra en juego la cimentación, confluyendo conocimientos de la ingeniería estructural y la ingeniería geotécnica, realmente fascinante.
Cuando modelas una estructura en los programas computacionales, típicamente se hace bajo estas hipótesis que la losa se comportara como un diafragma rígido, es por eso que al momento de la estructura ser construida se debe buscar que se materialice tal como fue diseñada, siguiendo todas las especificaciones técnicas que el protoctista indica, para lograr el resultado deseado. Existe una máxima en la ingeniería civil “las estructuras se comportan como se construyen y no como calculan”.
Finalmente esta mesa es útil para explicar las propiedades dinámicas de una estructura, la losa viene a representar la Masa, y los elemento delgados (las patas de la mesa) son encargados de aportar la rigidez lateral, acotando que una estructura de pórticos las vigas también aportan rigidez, basta con traer a colación la fórmula que caracteriza la aplicación del método de Schultz (1992):
Los subíndices de estos términos resaltados por el color rojo representan el aporte de rigidez de las vigas y columnas, a la rigidez del pórtico. En una próxima publicación estaré haciendo ejercicios prácticos de la aplicación de este método. Por lo que ahora concierne, la última propiedad dinámica que falta abordar es el amortiguamiento, en una anterior entrega lo abordamos y en esencia es una propiedad que no vemos pero su existencia se demuestra, porque es la encargada de la disipación de la energía, si no existiera esta propiedad la mesa se movería indefinidamente.
Entonces a modo de conclusión en el diafragma rígido será un elemento que no se deforma en el plano horizontal y por lo tanto cumplir bien su función de compatibilizar los desplazamientos de todos los elementos estructurales, de allí el concepto de rígido, y es que las losas son elementos bastante robustos por lo que es muy difícil que se acorten o alarguen ante la aplicación de cargas laterales, por eso se puede modelar tranquilamente bajo esta hipótesis. Espero estos contenidos expuestos hayan sido de tu agrado , nos leemos en una próxima oportunidad. Escribió para ustedes:
Ing. Elías Jesús Santana
Fuentes de Información Consultadas
1.- CHOPRA ANIL K.DINÁMICA DE ESTRUCTURAS. CUARTA EDICIÓN. PEARSON EDUCACION, MEXICO 2014.
2.- La imagen de la edificación es de uso libre, extraída del portal de Pixabay: https://pixabay.com/es/photos/edificios-arquitectura-estructuras-2570833/
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