Sistemas de Aislamiento Sismico

5/26/2018 Sistemas de Aislamiento Sismico

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INGENIERIA ANTISISMICA SISTEMAS DEAISLAMIENTO SISMICO

1 JORGE PAVEL FLOREZ HUACAC

Contenido

TRANSMISIN DE ENERGA EN EDIFICACIONES ............................................................................ 2

CMO LOS TERREMOTOS AFECTAN A LOS EDIFICIOS .............................................................. 2

EFECTOS SOBRE CONSTRUCCIONES E INFRAESTRUCTURAS ..................................................... 2

FENMENO DE LICUEFACCIN ................................................................................................. 2

DEFORMACIN DE LA ESTRUCTURA. ........................................................................................ 3

RESONANCIA O SINCRONISMO. ................................................................................................ 4

SISTEMAS DE AISLAMIENTO SSMICO ........................................................................................... 5

AISLAMIENTO DE LA BASE ......................................................................................................... 6

AISLADORES DE FRICCIN ......................................................................................................... 8

SISTEMAS DE EFECTO DE MASA ................................................................................................ 8

SISTEMAS DE CONTROL PASIVO CON DISIPACIN DE ENERGA ............................................... 9

AMORTIGUADORES DE FLUIDO VISCOSO ............................................................................... 10

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 11


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TRANSMISIN DE ENERGA EN EDIFICACIONES

CMO LOS TERREMOTOS AFECTAN A LOS EDIFICIOS

La respuesta dinmica de la construccin de un movimiento telrico es la causa ms

importante de los terremotos inducidos por daos a edificios. El incumplimiento de la

tierra y el suelo debajo de los edificios es tambin una causa importante de dao. Sin

embargo, contrariamente a la creencia popular, los edificios son muy rara vez, daado

por culpa del desplazamiento por debajo de un edificio.

EFECTOS SOBRE CONSTRUCCIONES E INFRAESTRUCTURAS

Daos graves:

Colapso de construcciones, sobre todo aquellas de mala calidad y sin

caractersticas sismorresistentes.

Destrucciones y derrumbamiento parciales de edificaciones (cadas de techos,

fachadas, tabiques, balcones, muros exteriores, etc.), grietas en los muros, etc. Incendios producidos por cortocircuitos, escapes de gas y materias

inflamables.

Inundaciones por roturas de embalses, conducciones de agua, etc.

FENMENO DE LICUEFACCIN

La licuefaccin es un fenmeno que se producen en terrenos blandos saturados de

agua durante sacudidas ssmicas fuertes y largas. El suelo se comporta y fluye como

lquido debido a que las vibraciones ssmicas aplican fuerzas al fluido que rellena los

huecos entre los granos de arena, causando la salida de agua y fango a la superficiedurante la sacudida. Esto compacta finalmente los granos de arena y provoca
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asentamientos del terreno o deslizamiento, al producirse una sensible prdida de

resistencia en los estratos afectados. La licuefaccin ocurre particularmente cuando el

nivel del agua subterrnea es superficial y en zonas como lechos fluviales, estuarios,

rellenos artificiales, etc. Las vibraciones tambin pueden producir asientos en rellenos

y suelos granulares flojos.

Debido a la licuefaccin del suelo sobre el que se sustentaban, stos edificios han

volcado hundindose parcialmente. Ni la estructura ni los cerramientos han sufrido

grandes daos, debido a su gran rigidez y a estar preparado para soportar empujes

horizontales. De no ser as, hubieran partido los pilares por el incremento de

momentos que se originan al quedar inclinado.

DEFORMACIN DE LA ESTRUCTURA.

Una grieta causada por un movimiento ssmico es inconfundible, pues se produce en

diagonal en forma de aspa. Para que se pueda comprender mejor el origen de esta

grieta, se representa la figura, donde se ha dibujado el prtico A, deformado por un

empuje desde la izquierda, la diagonal que toma mayor medida rompe el plano vertical

(cerramientos, muros), con una fisura de traccin.

En el prtico B el empuje es por la derecha, producindose tambin la fisura en la otra

diagonal.

Una vez transcurrido el movimiento ssmico queda el cerramiento con una fisura o

grieta en cada diagonal como se indica en la figura.
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La deformacin de los prticos de la figuras A y B puede parecer exagerada, pero

tambin sucede en la realidad, como se puede apreciar en la fotografa siguiente. Si se

observan las puertas se puede ver como una diagonal se acorta, y la otra se alarga.

RESONANCIA O SINCRONISMO.

Cuando una estructura tiene la misma frecuencia que la del movimiento ssmico puede

entrar en resonancia, siendo en este caso las plantas altas las ms afectadas.

En la figura se expone un ejemplo de cmo afecta un movimiento ssmico a laestructura cuando entra en resonancia.
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En la seccin A se simboliza con una flecha y el nmero 1 el empuje inicial hacia la

izquierda, que hace que la parte superior de la estructura sufra mayor deformacin,

desplazndose hacia la derecha. Si cuando la estructura tiende a tomar suposicin

inicial se ve afectada por el empuje 2 (seccin B), la deformacin se incrementa. Si el

edificio sigue en la misma frecuencia del movimiento ssmico al intentar tomar la

verticalidad, se ve afectado por el empuje 3 (seccin C), toma un mayordesplazamiento hacia la derecha; a continuacin, le sucede lo mismo con el empuje

4(seccin D) y as sucesivamente, hasta quedar destruidas las plantas superiores. A

este proceso se le llama "resonancia o sincronismo" y por muy resistente que sea la

estructura, como el movimiento sea muy prolongado, al ir incrementndose los

desplazamientos, la estructura no podr adsorber las deformaciones y colapsara.

Para "mayor tranquilidad", conviene saber que las caractersticas vibratorias pueden

cambiar en el transcurso del sismo, al fisurarse e incluso partir elementos del edificio,

perdiendo su rigidez y por lo tanto, la frecuencia de resonancia.

SISTEMAS DE AISLAMIENTO SSMICO

En el sistema de aislamiento ssmico, se instalan en la base dispositivos,

generalmente en el nivel ms bajo del edificio, con el fin de que absorban, de forma

parcial, la energa impuesta por el sismo antes de que sea transmitida a la

superestructura. Entre los dispositivos empleados en la tcnica de aislamiento ssmico

en la base se cuenta con los aisladores flexibles y los aisladores de friccin

deslizantes o basculantes, combinados con amortiguadores.
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Los aisladores flexibles y los apoyos por friccin funcionan tambin como sistema de

transmisin de cargas verticales a la fundacin, por lo tanto, se debe controlar su

rigidez y resistencia vertical para evitar el colapso del edificio.

AISLAMIENTO DE LA BASE

Los aisladores de elastmeros y los de caucho natural estn compuestos por una serie

de lminas de elastmeros o de caucho adheridas entre s, intercaladas o no con

lminas metlicas, con el fin de proveer capacidad para soportar cargas verticales y

confinar el ncleo que, por lo general, es de plomo. Las principales caractersticas que

debe cumplir este tipo de aisladores son la alta rigidez vertical, la flexibilidad

horizontal, la rigidez torsional, la durabilidad, la resistencia a cambios de temperatura y

la resistencia a fuerzas cortantes, propiedades que deben ser comprobadas en


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laboratorio antes de ser utilizados en un edificio. En [9] se encuentran ecuaciones con

las cuales se pueden determinar estas caractersticas en funcin del tipo de material,

forma del aislador y otros.

Para tener una idea bsica de cmo funciona el aislamiento de base, se muestra un

terremoto que actan sobre la base tanto de un edificio aislado y una convencional,

con base fija, la construccin. Como resultado de un terremoto, el suelo debajo de

cada edificio empieza a moverse. En la figura 3, se muestra en movimiento a la

izquierda.

Cada edificio responde con un movimiento que tiende hacia la derecha. Decimos que

el edificio objeto de un desplazamiento hacia la derecha. El desplazamiento del edificio

en la direccin opuesta al movimiento de la tierra es en realidad debido a la inercia.

Las fuerzas de inercia que acta sobre un edificio son los ms importantes de todos

los generados durante un terremoto.

Es importante saber que las fuerzas de inercia que sufre el edificio son proporcionales

a la aceleracin del edificio durante el movimiento del suelo. Tambin es importante

darse cuenta de que los edificios no hacen en realidad cambio en una sola direccin.

Debido a la naturaleza compleja de un movimiento telrico, el edificio en realidad

tiende a vibrar de ida y vuelta en diferentes direcciones. As, la figura es en realidad

una especie de "instantnea" de la construccin, a slo un punto particular de su

respuesta al terremoto.

Aislador de caucho natural


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AISLADORES DE FRICCIN

En cuanto a los aisladores de friccin se cuenta con los apoyos deslizantes y los

apoyos basculantes tipo pndulo de friccin. En los apoyos deslizantes las columnas

descansan sobre elementos de deslizamiento de tefln o acero inoxidable y se genera

amortiguamiento por friccin.

Aislador de friccin

Los apoyos basculantes consisten en una base cncava sobre la que se colocan un

patn esfrico articulado y una platina de cubierta. La base cncava tiene la funcin de

restaurar la posicin original del sistema, mientras que las superficies deslizantes,

esferas, disipan energa por friccin. El movimiento que se produce en el dispositivo

durante la accin de un sismo es similar al movimiento de un pndulo.

Apoyo basculante.

SISTEMAS DE EFECTO DE MASALa tcnica de efecto de masa consiste en adicionar una masa al edificio para que vibre

con la misma frecuencia natural de vibracin de la estructura. Si la frecuencia del

absorbedor adherido a la estructura coincide con la frecuencia de excitacin, entonces

la masa del sistema principal permanece quieta, y el absorbedor genera en todo

instante sobre la estructura fuerzas iguales y contrarias a la excitacin (Frahm, 1909).

En los disipadores de masa sincronizada, la masa se adhiere a la estructura por medio

de resortes y amortiguadores que inducen fuerzas contrarias a la excitacin,

reduciendo los movimientos ydesplazamientos impuestos por el sismo .


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Amortiguadores metlicos.

Dentro de estos amortiguadores de masa sincronizada tambin se pueden considerar

los de lquido sincronizado (tunned liquid damper). Estos son amortiguadores queaprovechan la frecuencia de vibracin del oleaje de un lquido contenido en tanques u

otros depsitos que se sitan, generalmente, en el ltimo piso de la estructura. El

oleaje dentro del tanque produce una serie de frecuencias de vibracin que reduce la

respuesta de la estructura ante la excitacin.

SISTEMAS DE CONTROL PASIVO CON DISIPACIN DE ENERGA

Los sistemas de control pasivo con disipacin de energa se clasifican en cuatro

categoras: histerticos, de fluidos, viscoelsticos y de friccin. Por lo general, se

instalan en riostras diagonales dentro de los prticos de la estructura o como

complemento al sistema de aislamiento ssmico en la base, entre la fundacin y la

plataforma de aislamiento.

Entre los principales dispositivos para el control pasivo se resaltan por su economa y

funcionalidad los disipadores metlicos, histerticos, basados en deformacin plstica;especialmente los de acero que, debido a su homogeneidad, se convierten en un tipo


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de disipador de fcil caracterizacin mecnica. Algunos de los disipadores metlicos

de acero usados en el mundo son las placas a flexin, los amortiguadores torsionales

de barras, los anillos amortiguadores de fluencia y las riostras metlicas.

AMORTIGUADORES DE FLUIDO VISCOSO

Una vez ms, para tratar de ilustrar algunos de los principios generales de los

dispositivos de amortiguacin, vamos a mirar ms de cerca un determinado tipo de

dispositivo de amortiguacin, el amortiguador viscoso fluido, que es una variedad deamortiguador viscoso que ha sido ampliamente utilizado y ha demostrado ser muy

eficaz en una amplia gama de aplicaciones.

Dispositivos de amortiguacin y sistemas de Bracing

Dispositivos de amortiguacin generalmente se instalan como parte de los sistemas de

arriostramiento. Se muestra un tipo de amortiguador-brace, con un extremo ligado a

una columna y un extremo ligado a una viga de piso.


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BIBLIOGRAFIA

Paginas Web:

o Wikipediao Monografas

Trabajos de Investigacin:

o UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE

INGENIERIA CIVIL Ingeniera Antissmica Introduccin a la Dinmica

Estructural Ing. Rafael Salinas Basualdo

o Revista EIA, ISSN 1794-1237 Nmero 6, p. 105-120. Diciembre 2006

o Escuela de Ingeniera de Antioquia, Medelln (Colombia)- Juan Andrs

Oviedo, Mara del Pilar Duque.

o Publicaciones de Fernando Arancibia Carvallo: Sismicidad y la

Construccin Civil
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