Control de vibraciones en estructuras: el arte de bailar con gigantes
TECING · Vol. 2, Núm. 2 (2026), pp. 59-71
Vibration control in structures: the art of dancing with giants
1 Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica. Universidad Veracruzana.
2 Bachillerato en Línea de Veracruz. Universidad Veracruzana.
3 Idiomas. Universidad América Latina.
Palabras clave: vibraciones estructurales; control de vibraciones; aislamiento de base; amortiguador de masa sintonizada; resiliencia urbana
Keywords: structural vibrations; vibration control; base isolation; tuned mass damper; urban resilience
RESUMEN
Las estructuras en las ciudades no son estáticas como lo pensamos, sino que son gigantes que se mueven al ritmo de los sismos y vientos. El problema surge cuando estas oscilaciones crecen de manera descontrolada, produciendo malestar a sus ocupantes o incluso colapsos de las estructuras, provocando tanto pérdidas de vidas como económicas. Por lo que resulta valioso comprender este fenómeno, ya que vivimos rodeados de esas grandes edificaciones y la seguridad de todos depende de que ese baile que ejecutan sea tranquilo, y no al ritmo destructivo que le dicta la naturaleza. Es por ello por lo que, en lugar de construir fortalezas rígidas y pesadas, la ingeniería moderna propone un enfoque inteligente basado en el control de las vibraciones, utilizando estrategias tales como ponerles patines o una gran mochila a los edificios para absorber la energía de los movimientos y frenarlos poco a poco de manera suave. Gracias a esta tecnología, un edificio icónico como el Taipei 101 logró reducir sus movimientos hasta en un 90%, incrementado su vida útil por décadas. Para el futuro, estas tecnologías de control implican la creación de ciudades resilientes con edificios vivos con la capacidad de auto reparación, con lo que se garantiza un progreso urbano con mayor seguridad para toda la población.
ABSTRACT
Structures in cities are not as static as we tend to think, but rather they are giants that move to the rhythm of earthquakes and wind. The problem arises when the oscillations grow uncontrollably, causing discomfort to occupants or even leading to structural collapse, resulting in both loss of life and economic damage. Therefore, understanding this phenomenon is essential, as we live surrounded by these large constructions, and everyone’s safety depends on ensuring that the “dance” they perform remains gentle, rather than following the destructive rhythm imposed by nature. For this reason, instead of building rigid, heavy fortresses, modern engineering proposes a smarter approach based on vibration control, using strategies such as placing buildings on “skates” or equipping them with a large “backpack” to absorb the energy motion and gradually dissipate it in a smooth manner. Thanks to this technology, an iconic structure like Taipei 101 has been able to reduce its movements by up 90%, extending its useful life by decades. Looking ahead, these control technologies point toward the development of resilient cities with “living” buildings capable of self-repair, thereby ensuring safer urban progress for the entire population.
¿Por qué es importante este tema?
Cuando caminas por cualquier ciudad puedes observar los diferentes edificios que la conforman y asumes que no se mueven, que son objetos que permanecen quietos sin importar qué suceda; sin embargo, la realidad es otra. Estos gigantes que aparecen frente a ti sí se mueven, no como nosotros, sino bajo sus propias reglas. Ahora imagina que estas en el último piso de uno de estos edificios, ubicado en la Ciudad de México, y de pronto observas que se desata un sismo que produce que las otras edificaciones que alcanzas a ver se estén moviendo ligeramente, entras un poco en pánico pensando que en donde tú estás se está moviendo igual, pero te calmas al caer en cuenta que no está sucediendo ningún desastre realmente y descubres algo fascinante: las estructuras no son estáticas, son gigantes que bailan a su propio ritmo, sin importarles si hay viento, sismo o incluso muchas personas caminando a su alrededor (ver Figura 1).
Estas vibraciones son normales, ya que forman parte de la vida diaria de estos gigantes, como si fuera el latido de su corazón, por lo que no existe ningún problema de que se muevan, mientras no lo hagan de forma descontrolada afectando a todos. Esto ha sucedido en varias ciudades, donde debido a terremotos las estructuras han vibrado sin control produciendo que colapsen, es decir, que se caigan después de un rato por el cansancio de estar bailando, tal como sucedió en el sismo de 1985 en la Ciudad de México, en donde alrededor de 412 edificios colapsaron [1], o en 1994 durante el terremoto de Northridge en la ciudad de los Ángeles, que dañó edificios por las oscilaciones que se fueron amplificando con el paso del tiempo, produciendo grietas fatales en las estructuras [2]. Estas oscilaciones sin control no solo causan náuseas y mareos a sus ocupantes, también daños estructurales y colapsos que ocasionan un costo humano y económico brutal: cientos o miles de vidas perdidas y millones en reparaciones por falta de una protección adecuada.
Con lo anterior en mente, surge la pregunta: ¿debemos apostar por modificar las estructuras para hacerlas más rígidas y pesadas, como si fueran fortalezas inquebrantables, o realizar diseños más inteligentes que puedan bailar rítmicamente con las fuerzas de la naturaleza?
En este texto vamos a explorar una respuesta a esta pregunta, iniciando con una visita breve hacia el pasado para indagar en lo que sabíamos, posteriormente conoceremos cuáles son algunas de las propuestas que han sido probadas para mitigar la problemática de las vibraciones, así como un vistazo al futuro de lo que debemos esperar, todo para conocer la forma en que se debe bailar con los gigantes.
¿Qué sabíamos antes?
Aunque se podría pensar que las vibraciones estructurales son algo que se estudia desde hace pocos años, esto no resulta cierto, ya que su comprensión inició con el inventor chino Zhang Heng, quien en el año 132 D.C. creó el primer dispositivo para la detección de los movimientos de la tierra mediante esferas de bronce que salían de la boca de unos dragones y caían dentro de unos sapos que tenían una campana (ver Figura 2), lo cual era algo ingenioso, que si bien no medía la magnitud del sismo, sí permitía saber que estaba temblando en esos momentos [3]. Siglos después es cuando se da el surgimiento de los sismógrafos analógicos, los cuales registraban las ondas sísmicas en papel, para posteriormente alrededor de 1920 mejorar su funcionamiento con apoyo de sensores eléctricos, teniendo un mayor empuje el área del análisis de vibraciones cuando ocurrió el colapso del puente Tacoma Narrows, en 1940.
Con esto en mente es posible imaginarse por qué antes los ingenieros pensaban solo como constructores de estructuras parecidas a las antiguas fortalezas: pesadas y duras como la roca, realizando cálculos basados únicamente en cuánto era el peso que podían soportar sin importar de qué forma les llegaba alguna fuerza a sus soportes o a la parte superior del edificio. Era como estar en medio de una gran tormenta intentando blindar solamente las ventanas para evitar que se rompieran, sin considerar que tanto la tierra como el viento no solo atacan con fuerza bruta, sino que lo hacen de manera rítmica, provocando que los gigantes de acero y concreto sientan la necesidad de moverse de sus lugares.
Entonces, el gran problema es que antes se entendía que el ritmo natural de cada estructura dependía solo de su peso, sin considerar su altura, los materiales con que fue construida ni el lugar en donde se encontraba ubicada. El caso del puente Tacoma Narrows es uno de los más estudiados y discutidos, no solo por lo que aconteció, sino por las grandes lecciones que dejó y que sirvieron para construcciones futuras, ya que bastó un viento cercano a 67 km/h para que el puente comenzara a balancearse rítmicamente hasta alcanzar ondulaciones como si se tratara de una bandera (ver Figura 3), solo que desplazándose hasta 8.5 metros de un lado hasta otro, lo que ocasionó su colapso en cuestión de minutos [4]. A partir de ese día nació una nueva forma de ingeniería, dispuesta a dejar de lado a esas fortalezas inamovibles que siempre estaban peleando con la naturaleza, para darle paso a una nueva generación de gigantes danzantes que pueden vibrar de manera segura con los vientos o los sismos, porque en vez de oponerse a ellos se acoplan y bailan acompañándose entre sí.
¿Cómo funciona la nueva propuesta?
Cuando nos estamos divirtiendo, meciéndonos en un columpio, nos elevamos poco a poco hasta que alcanzamos un máximo de altura; sin embargo, si alguien nos proporciona un impulso extra justo cuando vamos subiendo podríamos alcanzar una altura aún mayor y provocar que nos caigamos, ocasionándonos daños. De manera similar, como cada edificio tiene su propia forma de moverse, si le añadimos un extra proveniente del viento o de los sismos se puede tener un desplazamiento mayor de lo esperado cuando la dirección de empuje es la misma que la dirección de movimiento, ya que se obtiene una amplificación no deseada que puede llegar a ocasionar daños considerables cuando se da una sincronía entre los danzantes.
Es en ese momento en que se debe implementar una solución para poder tratar de detener ese movimiento, hay que sacarlos de ritmo de manera suave sin utilizar mucha fuerza para no dañar al edificio y sin que resulte tan costoso hacerlo, para lo cual se utiliza el llamado control de vibraciones, que lo que hace es ponerle un freno a la estructura a pesar de la acción del viento o del sismo, sin importar que tan rítmicos se encuentren en ese momento [5].
Para comprender esta acción de frenar al edificio, siendo que es un gigante, primero debemos comprender que casi todas las cosas se pueden representar como un sistema de 3 elementos: una masa, un resorte y un amortiguador (ver Figura 4). Para el caso del edificio la masa es toda la estructura completa, ya sea de un solo piso o de muchos pisos, porque es lo que se mueve; el resorte representa que tan flexible es la estructura, específicamente las vigas y las columnas que la conforman son las que permiten que se balancee de un lado hacia otro; mientras que el amortiguador es el encargado de que el edificio regrese a su posición original absorbiendo la energía generada por el movimiento, transformándola en calor que poco a poco va desapareciendo, sin que le haga daño a nadie. Una vez comprendido esto, lo que se puede hacer es convertir estos tres elementos en una sola pieza que tiene sus mismas propiedades, para poder utilizarlas como tope para los movimientos de las estructuras.
La mejor manera de diseñar estos controles de vibraciones es primero midiéndole al edificio su ritmo, ver que tanta tolerancia tiene antes de empezar a vibrar, dándole un par de empujones leves en su base y otro par más a lo largo de su altura, para luego determinar con esto sus habilidades danzarinas. Así cuando llega un viento fuerte o un sismo que trae un movimiento tal que la estructura lo va a empezar a seguir de forma idéntica, provocando que cada vez se mueva más y más, es cuando entra en acción el control de vibraciones utilizando alguna de sus dos estrategias más famosas para edificios: ponerle patines o colocarle una gran mochila (ver Figura 5).
La primera estrategia, de ponerle patines al edificio, es conocida como aislamiento de base y lo que se hace es colocar unos soportes gruesos de goma elástica para permitir que todo se mueva de forma libre, pero sin que crezca demasiado, es decir, regulan el ritmo del gigante desde sus pies, lo enseñan a mantenerse tranquilo, aunque la pista esté temblando. Cuando el suelo toma un ritmo demasiado acelerado, los patines hacen que el edificio se quede prácticamente quieto, como si no pasara nada, ya que esas gomas están actuando, absorbiendo casi toda la vibración sin que esta se transmita hacia la base de la estructura [6].
La segunda estrategia se utiliza cuando el edificio ya tiene bien puestos sus zapatos y es imposible quitárselo sin hacerle daño, es entonces que los ingenieros deciden colocarle una gran mochila para que le ayude a soportar los movimientos, a esto se le conoce como amortiguador de masa sintonizada, sí, es algo rimbombante, pero así se llama. Lo que se hace realmente, es colocar un gran peso cercano a la cima del edificio, de tal forma que pueda moverse libremente con ayuda de amortiguadores, de tal manera que cuando el edificio quiere moverse a la derecha, el peso se mueve hacia la izquierda, y cuando se da el movimiento hacia la izquierda el peso hace lo contrario, es decir, siempre está oponiéndose a que el edificio se ponga a bailar al ritmo del viento o del suelo, mientras los amortiguadores convierten todo ese movimiento en calor [7].
Casos prácticos y aplicaciones
Hoy en día, el método de control de vibraciones representa un gran apoyo para poder proteger estructuras que están ubicadas en distintas partes del mundo a merced de distintas condiciones de viento y de suelo, evitando daño a las personas y previniendo colapsos catastróficos. Por ejemplo, en torres de comunicaciones se utilizan para poder proteger a las antenas de que colapsen debido a los vientos o en plataformas petroleras en el mar para absorber el efecto de las olas y lograr que no se tengan vibraciones dañinas; incluso en estadios se ha utilizado para mitigar el efecto de 80,000 aficionados saltando de la emoción al celebrar el gol de su equipo.
Si hablamos de esos grandes gigantes que tanto nos interesan, el primero que podemos mencionar es uno que está ubicado en Boston, Estados Unidos, llamado John Hancock Tower, que tiene unos 241 metros de altura y unos 60 pisos, por lo que, para evitar que se ponga a bailar al ritmo de un sismo, cuenta con un par de pequeñas cajas de unas 300 toneladas que deslizan en diferentes direcciones, por lo que no solo se mantiene quieto, sino que tampoco puede torcerse (ver Figura 6). Otro gigante de interés está en Japón, el Chiba Port Tower, tiene 125 metros de altura y su sistema anti-sismos es solo un bloque de 15 toneladas, pero que tiene la particularidad de poder moverse en dos direcciones de hasta máximo 1 metro, por lo que evita al mismo tiempo movimiento y giro.
Cuando volteamos a ver a estos dos gigantes, con sus imponentes altura, podemos llegar a pensar que no es posible seguir utilizando este tipo de sistemas para poder frenar el movimiento en edificios más altos o podrían colapsar; sin embargo, el avance de la tecnología permitió que se construyera una maravilla arquitectónica: el Taipei 101 en Taipei, Taiwan. Esta imponente estructura cuenta con 508 metros de altura para sus 101 pisos, es tan alto que varios de sus pisos quedan por arriba de las nubes, por lo que sería seguro que un pequeño viento haría que se meciera como un bambú o incluso que se rompiera como una rama seca. Sin embargo, entre sus pisos 87 y 92 tiene instalada una pequeña esfera de acero de 660 toneladas que se mueve al ritmo de los sismos o los vientos (ver Figura 7), por lo que ese colosal gigante ni siquiera tiene la intención de salir a bailar, ya que por ejemplo en 2015 Taipei sufrió los estragos de un tifón que presentaba vientos cercanos a los 200 km/h y el edificio solo se movió unos 20 cm de los 150 cm que se habría desplazado si no contara con el sistema de protección.
Todo esto proporciona suficientes beneficios para las grandes edificaciones, lográndose una reducción del desplazamiento de las estructuras de entre un 60% y un 90%, lo que brinda una seguridad a todas las personas del interior y de los alrededores, además de ser una inversión adecuada que representaría un ahorro económico enorme comparado con un desastre en el que todo el edificio colapsara y, por último, la vida útil de estos gigantes se puede llegar a incrementar entre 25 y 40 años, ya que evitando que se pongan a bailar como locos ,se disminuye el riesgo de que se desgasten por fatiga, como cuando a uno de tus tíos le empieza a tronar una rodilla por la edad y por andar de bailarín encendiendo la pista.
¿Qué significa esto para ti?
Imagina que lograste un trabajo de ensueño que te lleva hasta la cima de un edificio desde donde puedes alcanzar a ver las nubes y que de pronto, mientras atiendes alguna reunión, observas que en tu taza de café aparecen unas pequeñas ondas que van y vienen en su interior. Resulta que hay un sismo y el edificio está vibrando, pero no entras en pánico, es más, nadie de tus compañeros parece haberlo notado, porque no sienten nauseas ni mareos debido a que no perciben el movimiento, así que mejor regresas a tus labores sintiendo la seguridad de que esa danza que tiene el gigante dentro del que te encuentras, es solo un pequeño vals entre él y su amigo el suelo, y que además está siendo regulado por el control de vibraciones.
Si extiendes tu imaginación podrás ver que esta tecnología aplicada a todas las construcciones podría lograr que durante eventos que antes se podrían llamar catastróficos, se mantuvieran en operaciones las escuelas y los hospitales, que no tuvieras que ver a gente corriendo y asustada salir de sus casas, que en las noticias no se mencionara que fallecieron personas o que las casas de algunas colonias desaparecieron, porque como las construcciones tienen sus patines para baile, no hay daños mayores que reportar, sería tener ciudades más resilientes ante viento y sismos.
Esto representa una gran oportunidad para los interesados en formarse estudiando temas como instalación de sensores, internet de las cosas, programación, inteligencia artificial, domótica o control de vibraciones, ya que el diseño de edificios vivos que pueden danzar es algo sumamente innovador que las empresas valoran mucho, además de que pueden ser puestos bien pagados si también sabes simular los posibles escenarios en donde se pueden construir los edificios y las condiciones geológicas y climáticas que los rodean.
Claro, esto arroja un dilema ético si solo se considera que los edificios son los que podrían ser mejorados, ya que el poder proporcionar esta tecnología a bajo costo para todas las casas, escuelas, hospitales y demás estructuras sería lo más adecuado, sin dejar de lado el compromiso que se tiene en realizar una instalación correcta y brindarle el mantenimiento regular que se requiere, evitando algún desperfecto que provoque que los movimientos se amplifiquen en lugar de disminuirse.
Pero no solo debemos pensar en mejorar los edificios, sino también en poder brindar todas estas ventajas de seguridad a todas las viviendas, principalmente si se disminuyen los costos de la implementación de estos controladores de vibraciones y se dan a conocer también las desventajas por no hacer una instalación correcta ni de no darles un mantenimiento adecuado, porque un sensor mal calibrado podría amplificar las vibraciones en lugar de disminuirlas.
El futuro que nos espera
En la actualidad muchos investigadores están trabajando para desarrollar mejores sistemas de protección para las estructuras, dentro de las cuales se encuentran sistemas que podría decirse que están vivos, porque no solo responden ante las vibraciones una vez que han iniciado, sino que las escuchan de forma anticipada mediante sensores que están alejados de las propias ciudades. Además, también se están utilizando amortiguadores que cambian sus características de acuerdo con las necesidades del momento [8], ya que no todos los sismos son de la misma intensidad ni de la misma frecuencia. Con esto se podría decir que los sistemas de control de vibraciones pueden cambiar su ritmo de acuerdo con la música que esté generando el sismo o el viento.
En los próximos años se espera que las nuevas construcciones cuenten con sistemas inteligentes que puedan hacer que las casas se deslicen suavemente cuando se presenta algún movimiento indeseado, que aprovechen ese ritmo del suelo para, mediante otros dispositivos, utilizarlo en forma de energía eléctrica o que se tengan materiales que auto reparen sus grietas mediante polímeros inteligentes. Y esto solo parece ser el principio, porque con la inteligencia artificial creciendo a pasos agigantados, es posible que se tenga un sistema que haga la predicción de los eventos de una manera exacta tal que los sistemas anti-sísmicos sean más rápidos y efectivos.
Para lograr esto no solo se debe superar la brecha de conocimiento, sino el costo actual que tienen todas estas tecnologías, así como los sistemas de respaldo que se deben tener por si alguno de los controles de vibraciones llega a fallar, porque un sistema redundante que salve vidas nunca está de más si nos permite dominar el arte de bailar con los gigantes.
Contribución de autores
Alvarez Sánchez, Ervin Jesús: Conceptualización, Redacción — borrador original.
Gregorio Falfan, Laura: Redacción — borrador original, Redacción — revisión y edición.
Alvarez Gregorio, Evelyn Alexa: Visualización, Redacción — revisión y edición.
Referencias
© 2026 Los Autores. Publicado por TECING. Artículo de acceso abierto bajo licencia CC BY.