12 Jun 2026 Constantin Christopoulos abordó uso de amortiguadores de estado sólido para mejorar el desempeño estructural frente a viento, sismo y vibraciones
En una exposición realizada el 1 de junio en el Colegio de Ingenieros, el profesor de la University of Toronto Constantin Christopoulos presentó los fundamentos, evolución, criterios de diseño y ejemplos de aplicación de sistemas de amortiguamiento viscoelástico de estado sólido, con foco en su uso en edificios y otras estructuras civiles.
La charla “Solid-State Dampers for Enhanced Wind, Seismic & Vibration Performance of Structures”, realizada en el Colegio de Ingenieros, con el apoyo de AICE y Achisina, estuvo centrada en el desarrollo y aplicación de sistemas de amortiguamiento de estado sólido basados en materiales viscoelásticos. En su presentación, Constantin Christopoulos explicó que estos sistemas se distinguen de los amortiguadores de fluido porque su respuesta está incorporada en la ley constitutiva molecular del material, sin requerir un dispositivo con fluido, sellos o problemas de “compliance”. En ese contexto, señaló que se trata de una respuesta instantánea que entrega amortiguamiento y que, además, presenta ventajas desde el punto de vista de robustez y mantención.
El expositor describió el principio básico de funcionamiento de estos sistemas: el material viscoelástico se adhiere entre placas de acero, y cualquier movimiento relativo entre ellas induce deformaciones por corte que activan la respuesta viscoelástica del material. Según detalló, este comportamiento combina dos componentes: una fuerza restauradora elástica, proporcional al desplazamiento, y una fuerza de amortiguamiento dependiente de la velocidad. Precisó además que esta condición permite aprovechar la capacidad restauradora para acoplar elementos estructurales, sin perder el efecto de acoplamiento mientras se introduce disipación de energía.
Christopoulos dedicó parte de la charla a explicar la base material del sistema. Indicó que se trata de polímeros altamente diseñados, cuyas cadenas moleculares, al deformarse por corte, generan fricción molecular y transforman energía mecánica en calor, el que luego se disipa hacia el ambiente, en parte a través de las placas de acero que actúan como disipadores térmicos. En la exposición mostró además que estos materiales pueden ser diseñados para exhibir distintas respuestas macroscópicas, aunque señaló que el material lineal viscoelástico sigue siendo el más implementado en la práctica.
En la revisión histórica, el académico señaló que uno de los primeros usos de esta tecnología en ingeniería civil se produjo durante la construcción de las torres del World Trade Center a fines de los años sesenta, cuando se incorporaron cerca de 10.000 amortiguadores pequeños por torre. Posteriormente, 3M desarrolló esta línea estructural en Estados Unidos durante los años ochenta y noventa, y luego trasladó sus aplicaciones estructurales a Japón, en asociación con Nippon Steel Engineering. Según indicó, hoy existirían más de 50.000 amortiguadores en servicio en más de 500 edificios, sometidos a huracanes y terremotos importantes, sin reportes de reemplazos por mal desempeño. También comentó que, en ensayos realizados en 2016 sobre dispositivos instalados en 1992, se observaron variaciones de solo algunos puntos porcentuales en rigidez y factor de pérdida.
Otro de los ejes de la charla fue la forma en que estos dispositivos pueden disponerse dentro de una estructura. Christopoulos mostró configuraciones en arriostramientos, muros, vigas de acople y outriggers, y explicó que, en edificios que trabajan principalmente en flexión, una de las claves es posicionar el material en zonas donde la deformación estructural produzca movimiento relativo suficiente para activar el amortiguador. En ese contexto, señaló que, en sistemas de muros acoplados, una parte importante de la deformación del dispositivo proviene no solo de la flexión, sino también de los efectos axiales generados entre los muros.
La presentación distinguió, además, entre el diseño para sismo y para viento. En el caso sísmico, el expositor indicó que el sistema puede ser utilizado para mejorar el desempeño bajo sismos frecuentes, de diseño y máximos considerados. En el caso del viento, explicó que el desafío es distinto, porque se trata de acciones de larga duración y gran número de ciclos, por lo que la autogeneración de calor y la respuesta térmica del dispositivo deben ser consideradas de manera explícita. En ambos casos, sostuvo que una de las ventajas del sistema es que puede operar eficazmente en un amplio rango de desplazamientos, desde deformaciones muy pequeñas hasta desplazamientos mayores.
En su exposición, Christopoulos comentó también que el terremoto de Chile de 2010 fue especialmente relevante para la discusión internacional sobre resiliencia y estructuras de alto desempeño, porque afectó una zona donde existían códigos sísmicos modernos implementados. Señaló que, desde la perspectiva norteamericana, este evento —junto con el de Christchurch— ayudó a consolidar la idea de que los códigos sísmicos modernos son esencialmente códigos orientados al daño, y destacó que las ecuaciones de diseño utilizadas en Chile presentan gran similitud con las empleadas en otros contextos.
La charla incluyó resultados de ensayos a escala material, de dispositivo y de sistema completo. Entre ellos, se mostraron pruebas en las que el material mantuvo una respuesta viscoelástica similar desde deformaciones del orden de micrones hasta amplitudes mucho mayores, además de ensayos en marcos y muros de hormigón donde se evaluó el desempeño de conexiones y elementos de acero asociados al sistema. Christopoulos explicó que, en ciertos proyectos, se ha incorporado deliberadamente un elemento de fluencia en las conexiones de acero para limitar fuerzas máximas, especialmente en outrigger columns, cuando estas participan con una fracción significativa del momento volcador total.
En la parte final, el expositor presentó una serie de aplicaciones en proyectos reales. Entre ellas, mostró el caso de un edificio de aproximadamente 200 metros donde el uso del sistema permitió reemplazar un sistema sintonizado ubicado en la parte superior, así como proyectos en Asia donde los amortiguadores fueron incorporados en outriggers. También comentó un caso particularmente exigente, correspondiente a una torre de gran altura, en el que la incorporación distribuida de amortiguadores en posiciones de acoplamiento produjo una reducción significativa de los efectos de corte asociados a modos superiores, más que una reducción del modo fundamental, resultado que describió como una de las conclusiones más relevantes derivadas de ese trabajo.
Finalmente, Christopoulos expuso un ejemplo de edificio hospitalario de mediana altura en la costa oeste de Canadá, en el que se reemplazaron vigas de acople diagonales de hormigón armado por amortiguadores, con el objetivo de absorber energía y permanecer sin daño tras un sismo mayor. Según indicó, en ese proyecto se utilizaron 72 vigas prefabricadas, se eliminaron 208 vigas de acople fuertemente armadas, el espesor de los muros se redujo de 1 metro a 750 mm, la cuantía de armadura disminuyó alrededor de 30% y se estimó un ahorro del orden de 90 días por la eliminación de las vigas diagonales reforzadas.
La exposición cerró con una revisión de aspectos de modelación y de implementación constructiva, mostrando que, según lo presentado, los dispositivos pueden instalarse mediante elementos de acero embebidos en el hormigón y ser incorporados en distintas etapas del proceso constructivo, incluso fuera de la ruta crítica de la obra. Con ello, la charla ofreció una revisión amplia de los fundamentos, ensayos, aplicaciones y criterios de uso de esta tecnología en estructuras sometidas a acciones sísmicas, de viento y de vibración.
La charla está disponible aquí: