FUERZAS FISICAS - Paul Marcon

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1 FUERZAS FISICAS - Paul Marcon Canadian Conservation Institute (2009) Canada (English and French editions) (ediciónes en inglés y francés) ICCROM (2009) (edición en español) Definiciones de Fuerza Efectos directos de la fuerza Choques Mecánicos Efectos de la vibración en los seres humanos Efectos de la vibración en los objetos Fatiga Vibración en la construcción y sus efectos en los edificios Vibración y equipamiento sensible Efectos acústicos Efectos indirectos de la fuerza Fuentes e intensidades de la fuerza Fragilidad de los objetos Características de los objetos y su sensibilidad a las fuerzas físicas Estrategias de Control Viñetas Viñeta 1. La Venus Azul (superficie frágil dañada durante su transporte) Viñeta 2. Espécimen de dinosaurio de 7.5 millones de años destrozado durante el transporte Viñeta 3. Daño de mobiliario durante el transporte Viñeta 4. Resistencia sísmica de obras de arte y antigüedades Referencias (* Lecturas recomendadas) Definiciones de Fuerza La fuerza física puede dañar directamente a los objetos provocando rotación, deformación, tensión y presión, así como también indirectamente, al generar choque entre éstos o sus partes. El daño ocasionado por dicha fuerza varía desde pequeñas fisuras imperceptibles y diminutas pérdidas, hasta efectos a gran escala, tales como el aplastamiento de objetos, el hundimiento de suelos y, en casos extremos, la destrucción de construcciones. Existen cinco efectos importantes relacionados con la fuerza, algunos de ellos directamente relacionados entre sí, conocidos como impacto; choque; vibración; presión y abrasión, que se definen a continuación: Impacto: es el resultado de algo golpeando un objeto, de un objeto golpeando una superficie dura o de objetos golpeándose unos contra otros. La fuerza de impacto puede concentrarse en una pequeña área o, por el contrario, extenderse debido a la dureza y geometría de las superficies chocando entre sí. El daño ocasionado por un impacto localizado, como por ejemplo la aparición de pequeñas grietas, puede aumentar la vulnerabilidad de dicho objeto ante un impacto posterior.

2 Choque: generalmente es el resultado de un fuerte impacto. Puede producir grandes deformaciones y presiones en los objetos o sus partes y su intensidad se mide en unidades g de aceleración, en donde una unidad g representa la aceleración provocada por el efecto de gravedad de la tierra. Por ejemplo, si un objeto es sometido a un choque de 100 g, éste recibirá una fuerza igual a 100 veces su peso por un breve periodo de tiempo (hasta 10 o más milisegundos). Esta fuerza puede provocar un daño considerable a gran parte de los objetos de arte y es una causa importante de daño durante el transporte. Vibración: consiste en el movimiento de oscilación de un objeto relacionado a un punto de referencia fijo. Un objeto propenso a la vibración lo hará libremente si es desplazado de su posición de equilibrio y se le libera, lo que se conoce como vibración libre. Un diapasón nos entrega un excelente ejemplo de esto, ya que vibra libremente en una sola frecuencia luego de que se le golpea y la amplitud de vibración disminuye con el transcurso del tiempo a medida que la energía que fue aplicada al diapasón es liberada (Figura 1a). Asimismo, un objeto puede vibrar como respuesta a la aplicación de una fuente de vibración externa, más conocido como vibración forzada, como en el caso de un objeto embalado y transportado dentro de un vehículo. La forma más simple de vibración continua es el movimiento armónico, que consiste en un movimiento que se repite exactamente luego de ciertos periodos de tiempo, ilustrado en la Figura 1b. Por otro lado, la vibración aleatoria es un tipo de vibración presente en los vehículos en movimiento y otras fuentes corrientes de vibración y consiste en una compleja combinación de varias frecuencias de vibración con amplitudes que varían aleatoriamente. La Figura 1c grafica la aparición de la vibración aleatoria en un registro de amplitud versus tiempo. Dos índices básicos para describir la vibración son la frecuencia (en ciclos por segundo o Hertz (Hz)) y la amplitud (que puede expresarse como desplazamiento, velocidad o aceleración). La amplitud de la vibración en las construcciones se expresa como la velocidad de una partícula (velocidad mientras transmite una onda). Esta medida guarda directa relación con el desarrollo de grietas superficiales en las estructuras (consulte la sección Vibración en la Construcción y su Efecto en los Edificios, que se presenta más adelante). Figura 1a) Vibración libre de un diapasón. Su amplitud disminuye con el transcurso del tiempo debido a fuerzas de amortiguamiento, tales como la fricción y la resistencia del aire, que disipan la energía de la vibración.

3 Figura 1b) Vibración armónica continua y su aparición como onda sinusoidal sobre un registro de amplitud versus tiempo, según lo detallado por el movimiento de la masa suspendida del resorte (señalado como M en el grafico de papel que registra el movimiento vertical de la masa suspendida del resorte, por medio de un lápiz que va unido a la suspensión) Figura 1c) Vibración aleatoria y su aparición en una curva de amplitud versus tiempo. La información de la vibración aleatoria generalmente se convierte a un registro de frecuencia versus tiempo por medio de la instrumentación de análisis. La información sobre los componentes de la frecuencia presentes en una fuente de vibración ayuda a la evaluación de su efecto sobre las estructuras. Presión: es la fuerza aplicada sobre una unidad de superficie de material y puede ser el resultado de la gravedad o la manipulación. Asimismo, puede contribuir a la abrasión, tensión y deformación, que a la larga provocará distorsión o roturas. Cuando los objetos o embalajes son apilados en un depósito, se les aplican cargas de compresión a los objetos situados más abajo en la pila, las cuales se magnifican con el golpe y la vibración generados en los vehículos. Es por esto que pueden diseñarse contenedores de transporte para trasladar dichas cargas de compresión, de acuerdo al requerimiento básico para el embalaje industrial que establece la capacidad que debe tener el envase para soportar una carga máxima de 50 kilos por m 2. La presión, o carga de compresión, ejercida sobre una superficie plana puede simplemente calcularse dividiendo la cantidad de fuerza por el área en la que dicha fuerza actúa. Si se aumenta el área de contacto, disminuirá el peso por unidad de superficie, lo que constituye una consideración muy importante para superficies frágiles y cargas máximas de un contenedor, por ejemplo, en la implementación del uso de pallets (o palés) para mejorar la distribución de la carga de un contenedor superior hacia los inferiores de la pila, en comparación a un pie de soporte individual el cual sólo puede concentrar las cargas en pequeñas divisiones del contenedor de soporte. Abrasión: se presenta en cualquier lugar donde exista movimiento entre dos superficies en contacto y sus efectos variarán según la durabilidad de la superficie, la cantidad de presión ejercida sobre estas superficies y el perfil de éstas. La presencia

4 de material abrasivo o de partículas en las superficies puede también provocar o acelerar la abrasión. El daño abrasivo puede aparecer tras un largo periodo de exposición al movimiento, pero también de forma rápida si la superficie es frágil. Efectos directos de la fuerza Cualquier tipo de fuerza que se aplique directamente sobre un objeto puede provocar compresión, pinchazos, abolladuras, roturas, grietas, astillas, rasguños o abrasiones. La gravedad trae como consecuencia una carga continua sobre todos los objetos. Las cargas importantes pueden estar concentradas sobre partes del objeto durante las operaciones de manipulación (ver Figura 2). Los soportes inadecuados pueden provocar deformación o distorsión permanente de los objetos debido a los efectos de la concentración de la carga. Una carga ejercida por largo tiempo o una sobrecarga ejercida por corto tiempo, sobre los materiales de amortiguación, ocasiona la pérdida de contacto entre el objeto y el material de embalaje, lo que puede reducir la efectividad de la amortiguación. Una carga excesiva de los materiales de soporte, como por ejemplo de las espumas en los soportes de almacenamiento, puede provocar la inestabilidad de los objetos. Se ha reportado un incidente en el cual un objeto pesado cayó desde su soporte, el que se había deformado por la carga excesiva. Otro incidente involucró un pedestal de exhibición que sostenía una gran escultura de mármol, y que falló tras un breve periodo de tiempo. El soporte apropiado para objetos pesados claramente es un asunto de gran importancia para el personal y los visitantes del museo. Figura 2. Fotografías de la instalación de la escultura Las Tres Brujas (Three Witches), de Anish Kapoor (1990). El trabajo conjunto de estibadores especializados con un debido equipamiento para el movimiento de la carga, puede movilizar pesados objetos de forma segura y minimizando el riesgo de daño. Se recomienda verificar la capacidad de resistencia del suelo ante una carga si se requiere mover o exhibir objetos de un peso similar a éstos. Choque mecánico Consiste en una respuesta energética por parte de un objeto. Se caracteriza por desplazamientos y presiones importantes, que tienen cuatro consecuencias posibles:

5 1. Los bajos niveles de choque pueden ser absorbidos y disipados en el objeto sin provocar daño alguno. Por ejemplo, analicemos una campana: al golpearla con el objeto correcto y con la cantidad apropiada de fuerza, produce un sonido sin haber ejercido daño alguno en la superficie o estructura de la campana. 2. El impacto puede provocar que un objeto o sus partes se muevan, lo que origina un choque entre los objetos, entre sus partes y con otros objetos a su alrededor. 3. Los altos niveles de choque pueden provocar movimiento e inducir presión en exceso, de umbrales críticos y que generan un daño por fatiga (esta idea se explicará más adelante bajo el título de vibración). 4. Si la magnitud del choque es lo suficientemente alta, el daño ocurre en un sólo evento (fractura por presión). Efectos de la vibración en los seres humanos El rango completo de la percepción y reacción humana a la vibración es resumido en la Figura 3, como una base para la comparación entre fuentes de vibración posibles de encontrar. Los seres humanos pueden percibir la vibración a una amplitud muy baja, la que oscila entre 0.1 y 0.5 mm/s. La mayor sensibilidad de vibración para el ser humano ocurre en el rango de frecuencia que oscila entre los 5 y los 30 Hz, que consiste en el mismo rango de frecuencia generado por variadas actividades de la construcción (Dowding 1996). Esto explica el motivo de las inquietudes y reclamos surgidos ante éstos trabajos, incluso cuando las amplitudes de vibración generadas por esta actividad puedan ser relativamente bajas. Figura 3. Resumen de las variadas fuentes de vibración y sus efectos sobre las personas, objetos, equipamiento y construcciones. Otros efectos, como los cambios ambientales cotidianos y las fuerzas eólicas, se expresan como amplitudes de vibración equivalentes a las del aire. (Referencias: Sagg 1984; Northwood 1973; Harris 1998; Michalski 1991; Ostrem y Godshall 1979; Ungar 1992;

6 Dowding 1996; información obtenida de un informe de consultoría sobre las vibraciones del terreno en el Museum of Nature Storage Facility). Efectos de la vibración en los objetos La mayoría de los objetos tienen una capacidad de vibrar en variadas frecuencias, debido a su geometría, masa y elasticidad. La frecuencia de vibración más baja se conoce como la frecuencia natural. Las tendencias a una vibración en frecuencias más altas son denominadas frecuencias resonantes. Asimismo es común referirse a todas estas frecuencias como frecuencias resonantes. La Figura 4 grafica algunos ejemplos de objetos que tienden a presentar vibración. Figura 4. Objetos que son capaces de presentar vibración: a) un jarrón que flota dentro de una amortiguación protectora presenta una frecuencia resonante en su eje vertical, o f 1 ; b) un objeto con dos componentes flexibles tiene dos frecuencias resonantes, f 1 y f 2 ; c) una cuerda en tensión posee muchas frecuencias de resonancia; patrones de ondas estacionarias para las primeras dos (f 1 y f 2 ), y d) la primera frecuencia de resonancia de un lienzo de 40 x 60 cm bajo tensión normal, es de casi 24 Hz. La segunda es de 32 Hz. Asimismo se grafica un patrón de onda estacionaria para cada frecuencia. Si el embalaje que contiene el jarrón amortiguado de la Figura 5 es sometido a vibración, es posible obtener tres consecuencias: Transmisión (Figura 5a): si la frecuencia de la fuente de vibración (f) es menor que fv o frecuencia natural del jarrón amortiguado (f<fv), el jarrón vibrará a la misma frecuencia y amplitud que la fuente de vibración.

7 Resonancia (Figura 5b): si la frecuencia de la fuente de vibración (f) coincide con la frecuencia resonante de la combinación jarrón-amortiguación, ó fv (f=fv), la amplitud del jarrón será mayor que la amplitud de la fuente de vibración debido a una condición conocida como resonancia. La presencia de resonancia en un sistema de amortiguación es normal. La amplitud resonante está limitada por las propiedades aislantes de la mayoría de estos materiales. Los diseñadores de embalajes generalmente evitan que los objetos presenten resonancias del mismo grado que las del sistema de acolchado. La resonancia constituye una consideración importante en estructuras y maquinarias debido a los efectos multiplicadores de la fuerza bajo esta condición. Atenuación (Figura 5c): si la frecuencia de la fuente de vibración (f) es mayor que fv (f>fv), se inicia la atenuación y el jarrón parecerá casi no tener movimiento aunque el embalaje oscile. Esto origina la aislación de la vibración, en donde frecuencias mayores a dos veces la fv, serán aisladas con una eficacia de un 80% o más. Figura 5. Un jarrón dentro de un soporte acolchado protector consiste en un sistema mecánico simple con una frecuencia resonante (eje vertical) que es capaz de vibrar. Cuando el embalaje es sometido a una fuente de vibración en la dirección vertical considerada en la foto, es posible obtener tres consecuencias dependiendo del índice de la frecuencia de vibración natural de este sistema y de la frecuencia de la fuente de vibración: a) transmisión; b) resonancia; y c) atenuación. El jarrón del ejemplo anterior en esencia constituye un objeto rígido; por lo tanto, ninguna de las condiciones de vibración descritas anteriormente significa algún peligro, debido a que la superficie del jarrón es perdurable. Fatiga Uno de los efectos conocidos de la vibración consiste en la fatiga mecánica. Para que esto suceda, deben darse dos situaciones. En primer lugar, debe alcanzarse o excederse el umbral crítico de presión durante cada ciclo de vibración. El daño ocurre entonces tras un intervalo de tiempo que depende de la cantidad de ciclos de vibración y sus valores más altos. El puente de Tacoma Narrows (Figura 6), entrega un dramático ejemplo de este efecto a una escala muy grande. Cabe destacar que si los niveles de presión se mantienen por debajo del nivel crítico, prácticamente se

8 podrán repetir indefinidamente los ciclos sin producir daño. Así también, una fractura podrá producirse en un solo ciclo con niveles de presión sobre el nivel crítico. Figura 6. El colapso del puente de Tacoma Narrows, ocurrido el 7 de noviembre de 1940, es un ejemplo clásico de los efectos multiplicadores de la fuerza de la resonancia. En este caso, la vibración resonante del puente fue inducida por el viento. Luego de una suficiente cantidad de ciclos de amplitud elevados, el puente finalmente colapsó. Aunque la fatiga es un asunto de importancia para las estructuras mecánicas y de ingeniería, puede no serlo para los objetos de un museo a la luz de la baja magnitud de las fuentes de vibración presentes en situaciones comunes. En investigaciones experimentales con lienzos especialmente preparados, además de otros objetos de tamaño mediano, los intentos de inducir un daño por vibración generalmente han requerido altos niveles de vibración poco realistas, en comparación a las fuentes comúnmente encontradas. El lienzo de la Figura 7 vibró a una alta amplitud por varios días, sin embargo, al ser analizado por medio de un escaneo láser, no arrojó ninguna evidencia clara de daño. Aunque los resultados de estas investigaciones no pueden aplicarse a toda clase de objetos, los resultados parecen respaldar las siguientes generalizaciones: No siempre existe una conexión física eficiente entre el objeto y una fuente de vibración para que se transmita efectivamente la vibración. En la práctica, las fuentes de vibración aleatoria a las que se enfrentan los objetos, generalmente no provocan las respuestas sostenidas o energéticas que provocan la fatiga. Los daños característicos de la fatiga del material, como las grietas o las craqueladuras, pueden estar presentes en muchos objetos por la acción de fuerzas directas u otros agentes, como los cambios cíclicos de temperatura y humedad relativa. Si hay un daño como consecuencia de la fatiga de material, sería razonable esperar que, en algunos casos, ciclos adicionales puedan contribuir a ocasionar mayores daños.

9 Figura 7. Una pequeña pintura de 50 años de antigüedad (20 x 40 cm aproximadamente), con pérdidas existentes y una extensa red de craqueladuras, y que fue sometida a vibración a una amplitud de 2 cm durante dos días. Los recuadros del costado superior izquierdo grafican el escaneo láser realizado en áreas específicas, antes y después de la vibración, como la que se muestra en la línea amarilla, el que no reveló ninguna evidencia concluyente de daño adicional. La condición de vibración (resonancia sostenida) es mucho más severa que la esperada en la práctica. Es de observar en este caso, que un alto ciclo de amplitud está presente y que, aunque el desplazamiento fuera del plano del lienzo es amplio durante cada ciclo, la elongación de la pintura y de las capas inferiores es mínima. Vibración en las actividades de construcción y sus efectos en los edificios El daño provocado en la construcción a los edificios por la vibración, se manifiesta de una forma que es descrita en la literatura como agrietado superficial. Es interesante observar que este tipo de daño es un proceso constante para muchas construcciones, incluso para aquellas ubicadas en áreas libres de vibración, y en donde las fluctuaciones de temperatura y de humedad (que permanecen desapercibidas por sus ocupantes) son causas importantes de este efecto. Los hallazgos obtenidos a partir de 16 estudios de daño en edificios, realizados por Dowding (1996), aparecen resumidos más adelante en la Tabla 4. Efectos de la vibración a un bajo nivel Las personas que ocupan ciertas instalaciones reaccionarán ante situaciones en donde la vibración sea perceptible o donde exista alguna evidencia de movimiento en partes de los objetos. Las interrogantes sobre los posibles riesgos a las colecciones generalmente surgen ante estas situaciones. La información obtenida a partir de dos clientes aparece señalada en la Figura 3. Una de estas interrogantes involucraba la preocupación sobre un movimiento visible de lienzos en una sala de almacenamiento de colecciones provocado por el bajo nivel de vibración desde los componentes del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). La segunda, involucraba interrogantes sobre la vibración perceptible inducida por una explosión en una cantera cercana al lugar y desde un camino de acceso cercano. En otro caso, un procedimiento del mantenimiento del mortero en muros de ladrillos, conocido como retundido, generó una vibración claramente perceptible en un lugar donde una exhibición de yesos huecos frágiles estaban en préstamo. La posibilidad de vibraciones tampoco era considerada como un riesgo significativo para las colecciones. Aunque aún es recomendable investigar cuidadosamente las inquietudes presentadas, algunas opiniones generales sobre el bajo nivel vibración se entregan a continuación: Los niveles perceptibles de vibración a partir de fuentes de bajo nivel que están a una distancia razonable de la actividad que produce la vibración,

10 pueden no requerir alguna acción correctiva. A medida que aumenta la distancia entre la fuente y el objeto, la intensidad de la vibración disminuye rápidamente mientras cruza las conexiones estructurales y es transmitida a través de los materiales de construcción. Es recomendable reubicar los objetos desde los lugares cercanos a trabajos de construcción, siempre y cuando los objetos puedan ser movilizados sin generar un riesgo aún mayor debido a dicha manipulación. Si la reubicación no es factible y el objeto está en contacto con una superficie que transmite vibración (por ejemplo, una losa del suelo común), el objeto puede desacoplarse de la superficie por medio de una capa suave de material de amortiguación. El movimiento de un objeto (deslizamiento) puede ser un tema de preocupación en objetos livianos que pesen menos de un kilo o los que son almacenados o exhibidos sobre una superficie resbaladiza cercana a fuentes de vibración generadas internamente. Dichos objetos pueden beneficiarse de un intercalado o de un método de contención apropiado según el tipo, material y configuración del objeto, como por ejemplo la cera o un sistema de bloqueo restrictivo interior. Vibración y equipamiento sensible Las actividades de investigación y de conservación en museos requieren el uso de instrumentos, como microscopios y balanzas de precisión sensibles a la vibración (Figura 8). La construcción de un nuevo edificio, con grandes espacios abiertos entre las columnas de soportantes, así como en el caso de vigas unidas por material de construcción liviano, contribuirá al problema de la vibración en este tipo de equipos. Los largos brazos de extensión de los microscopios pueden re-amplificar, en el instrumento, los bajos niveles de vibración del edificio. Los criterios de vibración para equipamiento sensible se publican mediante normas, como las publicadas por la Organización Internacional de Estandarización (International Standards Organization ISO ), entre otras (Ungar 1992). El umbral de un equipo sensible se grafica en la Figura 3, en una comparación con otras fuentes de vibración. Cabe señalar que algunos instrumentos, como los microscopios de barrido electrónico, serán afectados desfavorablemente por niveles mucho menores que los percibidos por los ocupantes de un edificio. Figura 8. Un microscopio de barrido electrónico puede verse afectado desfavorablemente por niveles de vibración mucho menores que los perceptibles por las personas. Otros instrumentos

11 sensibles a las vibraciones, como los microscopios y las balanzas de precisión, comúnmente son utilizados en museos. Efectos acústicos Ocasionalmente, surgen inquietudes por el efecto del alto volumen de la música en las obras de arte. El clásico ejemplo de la copa de vino que se quiebra luego de su exposición a un sonido fuerte ilustra la vulnerabilidad estructural que se requiere para lograr este efecto, así como el control preciso y la intensidad de la fuente de sonido que sería poco probable de reproducir en cualquier otro lugar que no sea un laboratorio. La intensidad de sonido requerida para quebrar copas (de cristal muy fino) se reporta en cerca de 140 decibeles (db) directamente alrededor del cristal. Adicionalmente a la alta intensidad de sonido, para quebrar la copa se requiere identificar de forma precisa la frecuencia de resonancia crítica del cristal y ajustar la fuente de vibración en un margen de 0.5Hz de esta frecuencia. Los intentos para desarrollar métodos de análisis no destructivos en muestras de pinturas al fresco e íconos, para detectar exfoliación y otras formas de daño, requerían niveles de presiones de sonido entre 80 y 110 db sobre la superficie del fresco (Castellini 1999). Los altoparlantes no fueron efectivos para inducir un movimiento suficiente en los componentes del fresco y así poder permitir su análisis por medio de métodos de escaneo láser. Las bocinas y espejos parabólicos, además del acoplamiento directo de transductores, fueron artículos necesarios para aplicar suficientes presiones de sonido a las áreas bajo investigación. Es interesante observar que el objetivo de este método de análisis fue: Evaluar la condición de los frescos de manera no destructiva; y Encontrar una alternativa para un método actual de investigación manual, que es costoso, toma mucho tiempo, y que requiere dar suaves golpecitos sobre áreas pequeñas para tratar de sentir con la yema de los dedos alguna vibración mientras se escucha el sonido inducido. Esta técnica manual impone una presión máxima de casi 30 N/cm 2 sobre el área de muestra. Las bocinas y parlantes imponen una presión de casi 6.5E-04 N/cm 2, mientras que un transductor directo lo hace a casi 0.5 N/cm 2. El método de investigación manual también comparte el objetivo de una evaluación no destructiva y aplica intensidades de fuerza a los objetos de muestra que son casi veces mayores que las fuentes acústicas de alta intensidad y veces mayor que la intensidad de fuerza impuesta sobre las muestras de frescos por medio de música en vivo. En resumen, las fuentes acústicas como la música en vivo parecen no representar un riesgo significativo a las obras de arte. La manipulación normal, la vibración en tránsito y los efectos de otros agentes, serán preocupaciones de mayor relevancia. Los intentos para dañar frágiles copas de cristal requieren la combinación de un objeto vulnerable, de una determinada intensidad de sonido y de un control de estos factores que no es usual en situaciones cotidianas. Basados en el material

12 anteriormente mencionado, el cuál detallaba las fuerzas ejercidas sobre estructuras frágiles en pinturas al fresco por parte del sonido y otras fuentes, la manipulación normal sería un asunto de mayor preocupación para artículos frágiles. Efectos indirectos de la fuerza Movimiento inducido por la vibración Uno de los efectos más importantes producto de la vibración, y del cual hay que estar alerta, es el movimiento que ésta puede causar. El movimiento puede originarse a partir de varias fuentes; dos de las más importantes son los sismos y la vibración durante el transporte. Un choque también puede provocar movimiento vibratorio; por ejemplo al tañer una campana. Algunos ejemplos de situaciones que pueden implicar vulnerabilidad ante los efectos del movimiento inducido por la vibración son: Objetos sin estabilidad, colocados sobre un estante y que se pueden mover, caer, volcar o colisionar entre ellos. Objetos con partes sueltas que chocan con otros objetos, por ejemplo el impacto de un lienzo pesado contra el bastidor. Partes salientes, ensamblajes u otros componentes del objeto con un daño existente y que puedan concentrar la presión de alguna vibración aplicada. Un objeto con un elemento frágil en su superficie y que se mueve en un soporte deficientemente ajustado o que friccione su sistema de amortiguación durante el envío (ver Viñeta 1). Embalajes colocados en una pila elevada, que no estén ajustados y que puedan caer dentro del vehículo de transporte. Carga aflojada sobre un vehículo de transporte y que puede rebotar repetidamente durante el traslado (ver Viñetas 2 y 3). Múltiples objetos dentro de un embalaje y que no están lo suficientemente separados pues chocan entre sí (lo que también contribuyó al daño descrito en la Viñeta 3). Fuentes e intensidades de la fuerza Para propósitos de la evaluación de riesgo, puede ser conveniente agrupar las fuentes de fuerza física en categorías según su incidencia e intensidad. A continuación se describen cuatro categorías típicas de fuerza. Las fuentes de la fuerza para cada categoría aparecen en un orden aproximadamente decreciente de severidad. Fuerzas catastróficas (baja incidencia, alta intensidad) Estas fuerzas poseen un bajo índice de ocurrencia pero, si ocurren, pueden provocar un daño a gran escala a un sinnúmero de objetos.

13 Sismos: consiste en un movimiento del terreno y constituye una fuente de potencial daño catastrófico en zonas de sismos moderados a elevados. Asimismo se observa que una porción considerable del daño provocado por los sismos se origina por un simple movimiento (según se explicó anteriormente) a diferencia de las fuerzas impuestas por los movimientos derivados del sismo. Guerra y vandalismo: pueden provocar un daño catastrófico a las estructuras, a innumerables objetos, u obras de arte individuales, en especial objetos populares o simbólicos. Accidentes durante el transporte: involucran accidentes vehiculares importantes, por ejemplo el volcamiento o el impacto en la parte trasera del vehículo, los que pueden provocar un daño grave a cualquier objeto en tránsito. Riesgos extremos de manipulación: accidentes, error de manipulación intencional y negligencia, y los que no pueden ser anticipados por métodos de predicción típicos (por ejemplo, la altura probable de caída). Colapso de techumbres: provocado por nieve o acumulación de agua, y que puede aumentar las cargas por sobre los límites de diseño estructural. Colapso de suelos: ocurre bajo condiciones de carga excesiva o una concentración de cargas, por ejemplo, al moverse o instalar objetos pesados). Fuerzas de trabajo (alta incidencia, intensidad moderada a alta) Se refiere a las fuerzas que están presentes en las actividades cotidianas y que poseen tasas de incidencia y magnitudes de intensidad moderada a alta. Las magnitudes de fuerza generalmente pueden predecirse y afectar uno, algunos o muchos objetos a la vez. Manipulación: manipulación de objetos por medios manuales o mecánicos, durante el movimiento, toma de fotografías, instalación, embalaje y desembalaje. Tránsito (interno): impactos, caídas y concentraciones de carga al movilizar objetos desde un lugar a otro dentro de un museo. Transporte: movimiento de objetos embalados desde un lugar a otro, el que incluye manipulación (carga, descarga, traslados de carga) y las etapas del transporte en vehículos. Cargas gravitacionales: deformación temporal o permanente de objetos producto de la gravedad. Aplastamiento o quiebre de las partes de los objetos, deformación y/o compresión de los soportes de objetos. Deformación y falla de pedestales o plataformas incorrectamente diseñadas para objetos grandes y pesados. Vibración en la construcción: provocada por detonaciones cercanas o trabajos de construcción. Excavación: las estructuras pueden dañarse si éstas se precipitan o cambian de posición debido a la falta de soporte cerca de las áreas excavadas.

14 Fuerzas acumulativas (alta incidencia, baja intensidad) Consisten en fuerzas de baja intensidad con un alto nivel de incidencia (según los índices de uso de la colección) y continuo (por ejemplo, gravedad), que infligen un daño constante a uno o más objetos dentro de una colección. Manipulación: desgaste y rotura provocada por la manipulación de los objetos con el tiempo, en especial de objetos que incorporan o están fabricados con materiales frágiles, débiles y de poca adherencia. Transporte: fuerzas de nivel bajo, como la vibración al interior de los embalajes, la que afecta a partes de los objetos o sus superficies. Gravedad: soportes diseñados incorrectamente y que concentran cargas estáticas sobre objetos o sus partes, provocando deformación o rotura tras un periodo de tiempo extendido. Fuerzas de nivel bajo (incidencia variable, baja intensidad) Estas fuerzas pueden generar algunas inquietudes y molestias a los ocupantes de un edificio, sin embargo su acción directa puede no significar un riesgo importante a los objetos. Vibración del edificio: se origina desde fuentes generadas internamente, como las actividades de los ocupantes, equipos mecánicos y el tránsito vehicular en las cercanías. Vibración en la construcción: originada por detonaciones controladas, actividades de demolición lejanas, fijación de pilares, equipos oscilantes y otras actividades de construcción. Fuentes acústicas: incluyen la vibración aerotransportada audible o subaudible y la música a un volumen alto. A continuación se presenta una revisión más detallada de algunas de las fuentes más importantes de fuerza, a partir de las mencionadas anteriormente, la cual seguirá aproximadamente un orden decreciente de severidad. Movimientos del terreno provocados por sismos La magnitud de un movimiento sísmico se mide según la escala de Richter. El índice modificado de Mercalli es utilizado para relacionar la intensidad del sismo con las evidentes consecuencias del movimiento del terreno (Tabla 1). Aunque los niveles de aceleración son bajos, los sismos pueden involucrar un desplazamiento de terreno considerable y, por lo tanto, en términos del daño potencial, sus niveles de aceleración no son directamente comparables con los niveles de aceleración de otras fuentes. Tabla 1. Descripción de los efectos provocados por un sismo y las relaciones aproximadas entre la intensidad y las magnitudes (Lomenick 1970). Escala Modificada Descripción de los Efectos Aceleración máxima (g) Magnitud Richter de Mercalli I Sólo lo advierten personas en condiciones de percepción especialmente favorables. - M2 a M2.5

15 Escala Modificada de Mercalli II Descripción de los Efectos Sólo lo advierten personas en reposo, ubicadas en los pisos superiores de un edificio, o en condiciones de percepción especialmente favorables. Aceleración máxima (g) Magnitud Richter - M2.5 a M3.1 III Se percibe en interiores; los objetos colgantes se balancean; la a M3.1 a M3.7 vibración es similar a la producida por el paso de un vehículo liviano; y no siempre se distingue claramente su naturaleza sísmica. IV Los objetos colgantes se balancean visiblemente; la vibración es a M3.7 a M4.3 percibida como el paso de un vehículo pesado, o se tiene la sensación de una sacudida provocada por una pesada bola que choca contra un muro; los automóviles se sacuden; las ventanas, vajilla, y puertas vibran; los cristales tintinean; en un nivel superior del grado IV la loza suena al chocar; los muros de madera y los marcos se agrietan. V Percibido incluso en el exterior; es posible estimar la dirección de a 0.03 M4.3 a M4.9 los movimientos; las personas se despiertan; los líquidos comienzan a agitarse y algunos pueden derramarse; pequeños objetos inestables se mueven o vuelcan; las puertas se abren o cierran; las persianas y cuadros se mueven; el péndulo en los relojes se detiene, comienza a moverse o modifica su ritmo. VI Percibido por todas las personas; muchas se asustan y comienzan a 0.03 a 0.09 M4.9 a M5.5 correr hacia el exterior; existe inseguridad al caminar; las ventanas, vajillas y objetos frágiles se quiebran; los libros caen de los estantes; los cuadros caen de los muros; los muebles se desplazan o vuelcan; se producen grietas en los estucos o mampostería del tipo D (ver notas al final de la Tabla); las campanas pequeñas (en iglesias o escuelas) comienzan a sonar; los árboles y arbustos se mueven. VII Dificultad para mantenerse en pie; percibido en automóviles en 0.07 a 0.22 M5.5 a M6.1 marcha; los objetos colgantes tiemblan; los muebles se quiebran; daños de agrietado en la mampostería de tipo D; las chimeneas se fracturan a la altura del techo; caen trozos de estuco, ladrillos y cornisas; aparecen algunas grietas en la mampostería de tipo C; se forman olas en los estanques de agua, el agua se enturbia con el barro; pequeños deslizamientos de terreno y derrumbes en bancos de arena o gravilla; grandes campanas comienzan a sonar. VIII Conducción de los vehículos es difícil y poco segura; daños en 0.15 a 0.3 M6.1 a M6.7 mampostería de tipo C con derrumbe parcial; algunos daños en mampostería de tipo B, pero ninguno en la de tipo A; los muros de estuco y de piedra caen; retorcimiento y derrumbe de chimeneas, de material apilado, monumentos, torres y estanques de depósito elevados; las casas de madera se desplazan y se salen totalmente de sus bases; los paneles aflojados en los muros se desplazan; cambios en el flujo o en la temperatura de manantiales y pozos; grietas en el terreno y sobre empinadas pendientes. IX Pánico general; la mampostería de tipo D se destruye 0.3 a 0.7 M6.7 a M7.3 completamente; la de tipo C es severamente dañada, a veces con un total derrumbe; la del tipo B es gravemente dañada; daño total a los cimientos; las estructuras de madera son removidas de sus cimientos si no están correctamente aseguradas; lo marcos se agrietan; grave daño a los embalses; las tuberías subterráneas se fracturan; aparecen grietas visibles en el terreno; la arena y el lodo son expulsados en áreas disipadas; pueden aparecer fuentes y cráteres de arena. X Se destruye gran parte de las estructuras de mampostería y de 0.45 a 1.5 M7.3 a M7.9 madera; daño severo en represas, diques y malecones; grandes desplazamientos de tierra; el agua se sale desde los límites de canales, ríos, lagos, etc.; la arena y el lodo se mueven horizontalmente sobre playas y planicies; los rieles ferroviarios se deforman levemente. XI Los rieles ferroviarios se deforman severamente; las tuberías 0.5 a 3 M7.9 a M8.5

16 Escala Modificada de Mercalli XII Descripción de los Efectos subterráneas quedan totalmente fuera de servicio. El daño es casi total; grandes masas de roca se desplazan; los niveles y perfiles de las construcciones quedan deformados; los objetos saltan en el aire. Aceleración máxima (g) Magnitud Richter 0.5 a 7 M8.5 a M9 Notas: - Mampostería de tipo A: buena calidad en la mano de obra, mortero y diseño; es reforzada especialmente en dirección lateral y ligada por medio de metal, concreto, etc.; está diseñada para resistir fuerzas laterales. - Mampostería de tipo B: mano de obra y mortero de buena calidad; está reforzada pero no es diseñada en detalle como para resistir las fuerzas laterales. - Mampostería de tipo C: mano de obra y mortero normales; no posee debilidad en los extremos, como defectos de unión en las esquinas, ni tampoco esta reforzada o diseñada para resistir fuerzas horizontales. - Mampostería de tipo D: materiales débiles, como adobe; mortero deficiente; bajos estándares de mano de obra; debilidad horizontal. Consideraciones estructurales Tanto los museos como las instalaciones de almacenamiento a menudo se ubican en construcciones que originalmente fueron diseñadas para otros fines. Es por esto que la construcción de la techumbre y la capacidad de carga del suelo son dos asuntos estructurales importantes que hay que tener en mente. Los techos planos que no poseen un drenaje apropiado pueden desviarse e iniciar un ciclo que acumulará crecientes cantidades de agua y que puede ejercer carga sobre el techo por sobre los límites de su diseño. Un techo plano que se encuentre adyacente a uno de forma puntiaguda que descargue nieve sobre él, puede también ser vulnerable a la sobrecarga. Los pisos para algunas aplicaciones en museos deben ser lo suficientemente fuertes como para soportar las cargas impuestas por objetos pesados o por grandes colecciones. Asimismo, el elevar objetos pesados con equipamiento apropiado, como grúas de pórtico, concentrará las cargas en áreas relativamente pequeñas del piso. En algunos casos, será posible reforzar el piso desde sus bases para así permitir que un objeto pesado sea elevado y desplazado con seguridad a lo largo de un tramo previamente definido. Si se duda en cómo hacerlo, es recomendable contratar los servicios de un ingeniero estructural. Esta es una buena medida de prevención, incluso si se dispone de bosquejos u otras especificaciones, ya que dichos documentos no siempre pueden describir la estructura de forma precisa o conforme a cómo fue finalmente construida. Altura probable de caída para los embalajes El tamaño y peso de cualquier objeto determina la forma en que se manipulará. Así también, las formas de manipulación pueden ser utilizadas para predecir los niveles de riesgo posibles durante el transporte. La industria de embalajes ha asignado alturas probables de caída según el peso y tamaño de los embalajes. La Tabla 2 es un típico ejemplo de estas medidas. La altura probable de caída corresponde a un escenario razonable que es poco frecuente y difícil de ser superado. La mayoría de las caídas que ocurren durante el transporte serán desde alturas bastante menores. Los cálculos de la altura probable se obtienen a partir de un extenso historial de observaciones y experiencia en la industria. Otros cálculos se han obtenido gracias a

17 estudios que involucran a los embalajes de instrumentos de grabación electrónicos (Allen 1971). Tabla 2. Peligros de manipulación expresados como altura probable de caída para embalajes de diferentes tamaños y pesos. Aunque estas alturas probables variarán según la red de distribución utilizada, entregan un cálculo de riesgo razonable que solo es obtenido o superado ocasionalmente (Brandenburg 1991). Peso del Dimensión mayor Caída probable Tipo de caída Tipo de Manipulación embalaje (kg) (cm) (cm) De cualquier lado o esquina De cualquier lado o esquina De cualquier lado o esquina De cualquier lado o esquina De cualquier lado o esquina Giratoria, de caras laterales o esquinas Ilimitada 45 Giratoria, de caras laterales o esquinas Ilimitada 30 Giratoria, de caras laterales o esquinas Tirado por una persona Transportado por una persona Transportado por dos personas Transportado por dos personas Transportado por dos personas Mecánica Mecánica Mecánica Manipulación La manipulación rutinaria y las caídas accidentales pueden generar fácilmente impactos y niveles de choque dañinos. Las posibles aceleraciones esperadas según variadas alturas de caída para diferentes embalajes se resumen en la Tabla 3. Muchos objetos considerados muy frágiles, como la arcilla no cocida, sufrirán choques de hasta 50 g. Algunos objetos considerados muy frágiles pueden sufrir niveles de choque aún mayores. Tabla 3. Niveles aproximados de choque para caídas hacia una superficie dura desde variadas alturas. Son evidentes los riesgos para los objetos frágiles a partir de las alturas de caída típicas y los beneficios sustanciales de algunos tipos simples de embalaje. Altura de caída (cm) Contenedor metálico sin embalaje (g) Caja de madera (g) Caja de cartón (g) Amortiguación de 25 mm (g) Amortiguación de 50 mm (g) Choque y vibración en vehículos de transporte Si los paquetes se atan adecuadamente dentro de los vehículos en tránsito, los choques generados por el vehículo en movimiento son aproximadamente iguales a una caída de 15 cm. Si los paquetes no son atados al vehículo, éstos pueden rebotar repetidamente provocando cargas de alto impacto sobre el objeto y su embalaje (ver

18 Viñeta 3). Otra causa de alto impacto en una carga descontrolada es la que provoca la caída de un apilamiento debido al movimiento durante el transporte. Con un amarre adecuado el mayor nivel de choque que se puede esperar en los vehículos en tránsito se produce durante el acoplamiento de carros de carga y descarga. La vibración de un vehículo ha sido estudiada en detalle por investigadores militares y comerciales, debido a que toda la carga en un vehículo de transporte estará sujeta a vibración (la probabilidad de exposición a la vibración es de un 100%) y a diferencia de los peligros de la manipulación, esta vibración no puede ser observada visualmente. Un resumen de vibración para métodos comunes de transporte, desarrollado por Ostrem y Godshall, se entrega en la Figura 9. Nota: esta información se obtiene a partir de una prueba de laboratorio para los objetos y sistemas de embalaje; sin embargo, dicha referencia contiene información de interés práctico para el lector. La magnitud de la vibración en la mayoría de los vehículos de transporte, que presentan un apropiado mantenimiento, es baja, y generalmente se considera por debajo del umbral de daño en la mayoría de los productos comerciales ante la ausencia de efectos de resonancia. Entre los transportes más comunes, los camiones generan la magnitud de vibración más alta y, por lo tanto, tienen el mayor potencial de daño. Los niveles de vibración en camiones de suspensión neumática serán menores que en aquellos con suspensión normal. Debido a que los camiones son una parte integral de casi todos los escenarios de transporte, la información sobre el nivel de vibración que éstos producen se ha utilizado en experimentos con modelos u objetos de arte como las pinturas. En general, los efectos secundarios de la vibración parecieran ser uno de los asuntos más importantes durante el transporte (ver la sección sobre Estrategias de Control para obtener recomendaciones sobre cómo controlar efectivamente la vibración). Figura 9. Resumen de curvas de vibración para vehículos de transporte comunes (Ostrem y Godshall 1979). Este resumen es una referencia de las máximas amplitudes de vibración a varias frecuencias. Solo una parte de la vibración adjuntada por esta referencia estará presente en cualquier ocasión debido a la naturaleza aleatoria de la vibración en vehículos.

19 Gravedad La gravedad ejerce una fuerza sobre los objetos en directa proporción a su masa. Esto resulta en un concepto de cantidad que resulta familiar y que se conoce como peso, el que físicamente equivale a la masa multiplicada por la aceleración. Las cargas gravitacionales pueden concentrarse geométricamente en objetos y materiales de soporte. La deformación y tensión sobre objetos o sobre sus partes debido a un soporte inadecuado pueden ocurrir rápidamente o durante largos periodos. El levantar grandes objetos concentrará las cargas gravitacionales en los puntos de apoyo (ver el capítulo sobre Soporte y Montaje ). Vibración en actividades de construcción Se ha realizado una serie de investigaciones para cuantificar los niveles de vibración que dañan a las construcciones. La literatura existente sobre esta temática indica que la mayoría de las actividades de construcción no generan una energía suficiente como para provocar un daño estructural en los edificios y que como resultado, el foco de casi todas las investigaciones sobre daño ha sido sobre las operaciones de detonación. La Tabla 4 contiene información sobre los niveles de vibración que provocan tres categorías de daño en los edificios. La información fue obtenida a partir de investigaciones realizadas en estructuras nuevas y antiguas (y sus variaciones sustanciales según la condición, detalles del sitio y tensiones pre existentes). La misma fuente entrega información sobre niveles de tensión (expresados como velocidades de partículas equivalentes) ejercidos por las actividades de los ocupantes de los edificios, cambios ambientales y derrumbes. Estos niveles entregan resultados interesantes, específicamente, que algunos de los mayores niveles de presión registrados fueron el resultado de actividades realizadas por los ocupantes del edificio y por los cambios diarios de temperatura y de humedad. Algunas observaciones adicionales que involucran el agrietado en edificios y se relacionan con las detonaciones, son (Dowding 1996): Las grietas son provocadas por una variedad de errores de construcción. Los edificios poseen muchas grietas que pueden pasar desapercibidas para los ocupantes y que aumentarán en tamaño y cantidad, año tras año, en ausencia de vibración. La mayoría de estas grietas son superficiales y estructuralmente no son peligrosas. (Nota del autor: ante cualquier preocupación sobre la presencia de grietas y si existe alguna duda sobre su importancia, debiese realizarse una investigación por parte de alguna entidad experta). Las puertas que son cerradas con fuerza y el tránsito de personas pueden hacer vibrar los edificios mucho más que las detonaciones o la fijación de los pilares. Los seres humanos son más sensibles a la vibración que las estructuras.

20 Tabla 4. Tres niveles de respuesta observada en estructuras ante vibraciones por derrumbe (Edwards y Northwood, 1960) y la aparición de dichos efectos en 16 estudios reportados según lo descrito por Dowding (1996). La velocidad de partícula generalmente es utilizada para describir la construcción o derrumbe debido a su correlación con la aparición de agrietado superficial. Los valores de la velocidad de la partícula representan los niveles a los que los efectos han sido observados en investigaciones recientes y no son consignados como límites máximos. Efecto Velocidad de Descripción del Efecto Partícula (mm/s) Umbral 76 Abertura de antiguas grietas y formación de nuevas sobre el estuco; desplazamiento de objetos sueltos (por ejemplo, ladrillos sueltos en chimeneas). Menor 114 Superficial, sin compromiso en la resistencia de las estructuras (por ejemplo, quiebre de vidrios en ventanas, estucos sueltos o deteriorados); grietas muy finas en mampostería. Mayor 203 Debilitamiento grave de la estructura (por ejemplo, grandes grietas o deslizamiento de cimientos o muros de soporte, o asentamiento que provoca deformación o debilitamiento de la superestructura). Dondequiera que exista preocupación sobre los efectos de las actividades de construcción, sondeos previos para el análisis de grietas pueden ayudar a establecer una conexión clara entre cualquier daño que se observe y las fuerzas generadas por las actividades de construcción. Cuando un agrietado natural se desarrolla en ausencia de vibración, los cambios en el índice de desarrollo de grietas pueden ser informativos. Existe información detallada sobre la observación de grietas y métodos de documentación (Dowding 1996). Fragilidad de los objetos El contar con información sobre la fragilidad de un objeto es parte esencial de la evaluación de riesgos. Los peligros pueden limitarse a niveles de fuerza que se encuentran en un margen aceptable por debajo de los niveles que provocan daño. Más allá de esto, existe muy poca ventaja en tratar de eliminar totalmente las fuerzas propias del transporte e intentar hacerlo es poco probable en términos de costo. Tomando en cuenta que el arte difiere ampliamente en cuanto a materiales, construcción y condición, desarrollar evaluaciones de fragilidad exactas es una labor más ardua que la efectuada para productos comerciales. Se han realizado investigaciones sobre la sensibilidad al choque y a la vibración de las pinturas, estucos, alfarería en arcilla y algunos objetos de vidrio. Una base útil de conocimiento sobre este tema está emergiendo. A pesar de la falta de una información precisa sobre la fragilidad para muchos objetos, aún es posible calcular razonablemente su fragilidad y mitigar los peligros de una forma que sea satisfactoria para un determinado método de transporte. Estimación de la fragilidad ante choque en comparación con las categorías comerciales El uso de la información sobre fragilidad comercial ha sido de ayuda para elaborar cálculos deducidos para algunos objetos presentes en museos. En la Tabla 5 se ilustran seis categorías de fragilidad para objetos comerciales que se comparan con objetos en museos. Los ejemplos obtenidos desde museos son la consecuencia de cálculos basados en la experiencia y de investigaciones experimentales. Dichas

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