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PROYECTO DE VIBRACIONES

I. INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo es un estudio teórico-experimental para la implementación de un edificio metálico de cuatro plantas con un dispositivo aislador de energía. incrementando diversos cuidados, con la finalidad que los edificios sean diseñados acorde con los requerimientos mínimos de fuerza lateral de los códigos de diseño. Recientes sismos han mostrado que los edificios diseñados y construidos de acuerdo a los códigos más recientes proveen una buena respuesta, pero el costo de reparación de daños y el tiempo necesario para implementar estas reparaciones son más grandes que las anticipadas. Diversos esfuerzos en

Estados Unidos, Japón y Rusia, se han centrado en desarrollar criterios de diseño sísmico y procedimientos para asegurar objetivos específicos de desempeño. El incremento en las fuerzas de diseño no mejora todos los aspectos del desempeño. Tres técnicas innovadoras han sido propuestas para usarse individualmente o en combinación, con la finalidad de mejorar el desempeño sísmico de los edificios: aislamiento sísmico, dispositivos suplementarios de disipación de energía y control estructural activo o híbrido. Esta investigación está orientada a la metodología de cálculo de edificaciones con dispositivos pasivos de disipación de energía.

En las conclusiones se discuten los resultados y las recomendaciones sobre el comportamiento estructural y los beneficios reportados por los disipadores de energía al sistema sismo resistente, así como la orientación de las futuras líneas de investigación. La presente investigación está dirigida a ingenieros civiles, postgraduados e investigadores en el área de Mecánica Estructural.

Página 1INGENIERIA CIVIL DINAMICA


II. OBJETIVOS La seguridad estructural es entre un 50 y un 100% mayor que un

edificio convencional

Se protegen los contenidos.

Se evita la paralización post-sismo

Se puede utilizar tanto en edificios como en equipos industriales para el control de vibraciones

A modo de ejemplo, en los terremotos de Northridge, USA (1994) y Kobe, Japón (1995) se pudo comprobar con éxito las ventajas que poseen las estructuras provistas de sistemas de disipación de energía, al observar el excelente comportamiento de este tipo de edificios frente a los convencionales.



III. MARCO TEORICOSistemas de Aislación y Disipación Sísmica

Son sistemas presentes entre la subestructura y la superestructura de edificios, puentes y también en algunos casos, en la misma superestructura de edificios, que permiten mejorar la respuesta sísmica de ellos, aumentando los periodos y proporcionando amortiguamiento y absorción de energía adicional, reduciendo sus deformaciones según sea el caso.

Dentro de la protección sísmica nos encontramos con distintas variantes, por lo que no hay que confundir aislación sísmica con disipación sísmica.

La aislación sísmica consiste en desacoplar la estructura de la sub-estructura por lo que se utilizan los dispositivos llamados aisladores que se ubican estratégicamente en partes específicas de la estructura, los cuales, en un evento sísmico, proveen a la estructura la suficiente flexibilidad para diferenciar la mayor cantidad posible el periodo natural de la estructura con el periodo natural del sismo, evitando que se produzca resonancia, lo cual podría provocar daños severos o el colapso de la estructura.

Por otra parte la disipación sísmica es una de las partes esenciales en la protección sísmica, los disipadores tienen como función, como su



nombre lo expresa, disipar las acumulaciones de energía asegurándose que otros elementos de la estructuras no sean sobre exigidos, lo que podría provocar daños severos a la estructura. Las complejas respuestas dinámicas de la estructuras requiere de dispositivos adicionales para controlar los desplazamientos horizontales.

Características que poseen los aisladores sísmicos:

• Desempeño bajo todas las cargas de servicio, verticales y horizontales. Deberá ser tan efectiva como la estructura convencional.

• Provee la flexibilidad horizontal suficiente para alcanzar el periodo natural de la estructura aislada.

• Capacidad de la estructura de retornar a su estado original sin desplazamientos residuales. Provee un adecuado nivel de disipación de energía, de modo de controlar los desplazamientos que de otra forma pudieran dañar otros elementos estructurales.

ESPECTRO GENERAL DE DISEÑO. Reducción de aceleración mediante aislación sísmica



Los aisladores sísmicos actúan modificando el periodo natural de la estructura no aislada de modo de reducir la aceleración sobre la estructura aislada.

ESPECTRO GENERAL DE DISEÑO. Efecto de disipación de energía.

Los Disipadores Sísmicos, actúan disipando grandes cantidades de energía, asegurando que otros elementos estructurales no sufran demandas excesivas que signifiquen daños. Pero la mejor forma de asegurar la estructura durante un sismo es combinar ambos sistemas de protección sísmica, proporcionándole a esta una mayor capacidad de amortiguación durante un evento sísmico y una mejor respuesta durante este. Cuando existe estructuras donde el uso de aisladores sísmicos no es recomendable (EJ: Suelos Blandos),



sistemas de amortiguamiento con alta capacidad de disipación son la mejor alternativa de protección sísmica.

TIPOS DE AISLADORES SISMICOS

Aislador con centro de Plomo Aislador sin núcleo Plomo Deslizador de superficie curva

Los aisladores Sísmicos con centro de plomo, mantienen una rigidez inicial y una amortiguación que llega al 30%.

Los aisladores Sísmicos sin núcleo de plomo, están compuestos de una mixtura especial de caucho y placas de acero que permiten otorgar una amortiguación de hasta un 16%.

Los aisladores de Péndulo o superficie curva con RoboSlide(Superficie controlada por sensores) permitiendo una amortiguación sobre el 30%. Estos transmiten el esfuerzo vertical a la cimentación registrando rotaciones de una esfera contra una superficie cóncava. La superficie permite movimientos longitudinales como transversales con la posibilidad de controlar los sentidos de los movimientos mediante sus barras de control.

TIPOS DE DISIPADORES



Disipador RESTON SA Disipador RESTON STU Disipador RESTON PSD

Los disipadores RESTON SA de amortiguación hidráulica para disipar la energía y controlar desplazamientos.

Los disipadores RESTON STU, son dispositivos de conexión temporal que proveen una conexión rígida bajo movimientos de alta velocidad.

Los disipadores RESTON PSD, son dispositivos de amortiguación de fluido viscoso diseñados para poseer una función de resorte que retorna a su posición al terminar el evento sísmico.

ANALISIS DE LOS DISIPADORES DE ENERGIA SISMICA EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

La disipación de energía se logra mediante la introducción de dispositivos especiales en una estructura, con el fin de reducir las deformaciones y esfuerzos sobre ella. Estos dispositivos reducen la demanda de deformación y esfuerzos producidos por el sismo mediante el aumento del amortiguamiento estructural. Como resultado los esfuerzos inducidos por el sismo en la estructura pueden ser hasta un 50% menores que los correspondientes a la estructura sin disipadores, reduciendo sustancialmente las incursiones inelásticas (daño) de la estructura.

MOVIMIENTOS SISMICOS DEL TERRENO

Las características de los movimientos sísmicos del terreno pueden variar de



aquellos cercanos a las entradas sinusoidales, tales como el sismo de México de 1985, o medios ciclos o ciclos completos de ondas seno, tales como el sismo de California de 1992. Su aceleración del espectro de respuesta (SA), espectro de respuesta de velocidad (SV), o espectro de respuesta de desplazamiento (SD) describe estas variaciones en las características del movimiento del terreno. Estos espectros son definidos, respectivamente, como la aceleración máxima absoluta de la masa, la velocidad máxima relativa de la masa y el desplazamiento máximo relativo de la masa como función del período natural de la estructura.

Históricamente (Newmark and Hall, 1982), el máximo desplazamiento relativo entre la masa y su base fue computado desde un movimiento de aceleración registrada del terreno para diferentes períodos estructurales para obtener el desplazamiento espectral, SD. Los correspondientes valores de seudos-SA y seudos-SV fueron calculados por factores de períodos desde SD. Estos valores de seudo-SA y seudo- SV han sido mostrados razonablemente cercanos a los valores actuales de SA y SV cuando el amortiguamiento es pequeño (menos del 10%). Para amortiguamientos más grandes, esta relación matemática simple no trabaja tan bien, y el actual valor de SA siempre igualará o excederá el valor de la seudo-SA. Para ser consistente con la práctica actual, esta investigación toma la SA como el valor de la seudo-SA y SV como el valor de la seudo-SV, a menos que se indique algo diferente.

La disipación de energía se realiza a través del comportamiento plástico de metales dúctiles, la extrusión del plomo, la deformación de corte de polímeros visco elásticos, la pérdida de energía en fluidos viscosos circulando a través de orificios, la fricción seca entre superficies en contacto bajo presión, y más.

PROYECTOS DE EDIFICACIÓN CON AISLACIÓN SÍSMICA

A la fecha existen cuatro edificios con aislación sísmica en Santiago, un bloque del conjunto habitacional Comunidad Andalucía, en la calle Lord Cochrane, diseñado y construido entre los años 1991 y 1992 dentro del marco de un estudio de la Universidad de Chile, el centro médico San Carlos de Apoquindo de la Universidad Católica de Chile construido durante el año 2000, y los edificios contiguos San Agustín (2002) y Hernán

Briones (2003) de la Escuela de Ingeniería en el Campus San Joaquín de la Universidad Católica.



El primero de ellos es un edificio de vivienda social estructurado en base a muros de hormigón armado en su primer piso y de albañilería confinada en los otros tres, con 240 m2 distribuidos en 4 plantas y que cuenta con 6 aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento. El segundo, es un edificio de aproximadamente 8000 m2 distribuidos en seis pisos, y estructurado en base a marcos dúctiles de hormigón armado. El edificio se encuentra aislado al nivel de cielo del subterráneo con 52 aisladores de alto amortiguamiento, 22 de los cuales cuentan con corazón de plomo. El tercero es un nuevo edificio de cinco pisos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Chile que cuenta con 42 aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento y 14 aisladores friccionales.

El edificio, de una planta de 6000 m2 aproximadamente, está estructurado en base a un sistema dual de muros de hormigón armado y marcos gravitacionales. El sistema de aislación se ubica en este caso directamente sobre las fundaciones. Por último, el cuatro que es contiguo al tercero ampliándolo en 1900 m2, fue construido con posterioridad, con una estructuración similar. Los últimos tres edificios fueron diseñados en base al código de aislación sísmica UBC 1997 en zona sísmica máxima y verificados para una familia de sismos chilenos. Los aisladores de todos es tos edificios fueron fabricados en Chile por la empresa VULCO S.A.



IV. MATERIALES Y EQUIPOSMADERA

TORNILLO

RESORTES

VARILLAS DE FIERRO Y DELGADA PLANCHAS



ESCUADRAS

LAPIZ

BOLAS DE CRISTAL

PERNOS PEQUEÑOS

TALADRO

CALADORA

VI. PROYECTO

PROYECTO: AISLADORES SÍSMICOS (FPS)



VII. CONCLUSIONES

El trabajo se realiza perfectamente, queda comprobado que los sismos influyen grandemente en la creación de movimiento vibratorio y también que tenemos con el ingenio humano varias formas de combatirla y una es la presentada por nuestro proyecto.

El movimiento de la edificación es menor con el mecanismo del proyecto aislador de energía.

La seguridad estructural es entre un 50 y un 100% mayor que un edificio convencional

Se puede utilizar tanto en edificios como en equipos industriales para el control de vibraciones


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