INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS

SUPERIORES DE LOS CABOS

“Por una patria con sabiduría y espíritu de progreso”

ASIGNATURA

Fundamentos de la investigación

Tecnología Antisísmica,

Historia e Innovación Estructural.

PRESENTA

Miguel Ángel Luna Martínez

Jorge Antonio Avilés Ángeles

Pablo Ramírez Peñaloza

Miguel Morales Trinidad

Erik Marcial Rojas

Alejandro Aniceto Urbano

Yair Garibay

CATEDRATICO

Jesús Antonio Aguiar Rivera

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Ingeniería Civil

indice:

introduccion…………………………………………………..3

¿que es un terremoto?....................................................4

efecto de los sismos en una construccion…….4

historia…………………………………………………………..5

ejemplo el partenon………………………………..5

ejemplo de santorini en grecia………………...6

innovacion……………………………………………………….7

link fuse joint…………………………………………..7

pin fuse frame…………………………………………..8

amortiguadores de masa………………………….9

aislacion sismica de base………………………….9

dicipacion de energia………………………………..10

nuevo tipo de vigas…………………………………...11

conclucion……………………………………………………...12

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INTRODUCCION.

En este trabajo tomaremos el tema de estructuras y tecnologías antisísmicas

su historia y la innovación en el mundo de la construcción, se verán los sistemas

utilizados actualmente en el mundo de construcción de rascacielos como es el

caso de la torre mayor de la ciudad de México y de edificios de menor tamaño

como edificios departamentales y comerciales.

Veremos la variedad de sistemas utilizados para minimizar los efectos de los

sismos en las construcciones que van desde piezas pequeñas pero claves, hasta

grandes péndulos.

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I.OBJETO DE ESTUDIO

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¿Qué es un sismo?

Un terremoto, también llamado seísmo, sismo o temblor de tierra es una

sacudida del terreno que se produce debido al choque de las placas tectónicas y a

la liberación de energía en el curso de una reorganización brusca de materiales de

la corteza terrestre al superar el estado de equilibrio mecánico. Los más

importantes y frecuentes se producen cuando se libera energía potencial elástica

acumulada en la deformación gradual de las rocas contiguas al plano de una falla

activa, pero también pueden ocurrir por otras causas, por ejemplo en torno a

procesos volcánicos o por hundimiento de cavidades cársticas.

¿Cuál es el efecto de los sismos en una construcción?

Cuando se somete una construcción a movimiento horizontal del terreno, se

generan fuerzas laterales (fuerzas de inercia o fuerzas sísmicas). Las fuerzas a

que es sometida la estructura dependen de su masa y de su altura; mientras más

peso en la parte superior, mayor es la fuerza lateral que se generará en la

construcción.

El efecto es semejante a cuando estamos en un vehículo inmóvil y éste

arranca, o estamos en ese vehículo en movimiento y de repente frena; en ambos

casos sentimos la fuerza de inercia. En forma similar, un edificio se ve sometido a

fuerzas sísmicas en su estructura cuando el terreno se mueve en una y otra

dirección.

Estas fuerzas sísmicas se transmiten del techo (o la losa del piso superior)

hacia los elementos resistentes (muros, columnas), que a su vez las transmite a

los pisos inferiores y finalmente a la cimentación, que transmite dichas fuerzas al

terreno de apoyo.

Para resistir estas fuerzas la estructura debe tener una cantidad y distribución

adecuada de elementos resistentes como columnas o muros de carga, así como

elementos horizontales (trabes y losas) que distribuyan las fuerzas sísmicas entre

dichos elementos. Cuando se excede la resistencia de los elementos estructurales

la edificación sufre daños como agrietamientos, aplastamientos o grandes

deformaciones que pueden llegar a causar incluso el colapso (el derrumbe total

del edificio).

Historia

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Durante tiempos históricos se tiene conocimiento de terremotos que han

ocasionado destrucción en ciudades y poblados de todos los continentes de la

tierra. Un elevado porcentaje de los centenares de miles de víctimas cobradas por

los sismos, se debe al derrumbe de construcciones hechas por el hombre.

Ejemplo el Partenón.

El templo del Partenón situado en la cima de la Acrópolis de Atenas fue

construido en el increíble periodo de ocho años (447-438 a.c). Ha experimentado

durante los últimos 2500 años muchos terremotos, algunos de gran potencia,

dejando en su estructura huellas inconfundibles. En trabajos recientes de

restauración se han descubierto mas detalles del perfeccionismo del trabajo de los

arquitectos y artesanos. Solo con fijarnos en la descripción de uno de tales

detalles a partir del trabajo de e H. Bouras M. Korres sobre la restauración del

Partenón, podemos determinar el nivel de conocimientos de la tecnología

antisísmica que existía hace 2.500 años.

En la época del Partenón el Orden Dórico se encuentra en todo su esplendor.

Proyectado por Ictinos y Calícrates, fue el templo de mayores dimensiones de su

época con un pórtico octástilo (de ocho

Columnas) en lugar del más común hexástilo (de seis columnas).

A lo largo de las fachadas laterales del templo las piezas de mármol, que

cubren el espacio entre las columnas y el muro están conectadas mediante

uniones especiales con hierro. De esta forma la columnata (con su entablado)

se comporta de forma solidaria con el muro de la nave, durante la acción sísmica.

Este comportamiento ha resultado satisfactorio durante 25 siglos gracias a la

similitud entre sus masas.

Por el contrario, a lo largo de las fachadas frontales (lados este y oeste) del

templo, los dinteles de mármol así como las planchas de mármol, que cubren el

espacio entre las columnas y el muro se encuentran conectadas a una distancia

fija únicamente mediante el rozamiento entre las piezas. Esto significa que los

componentes del techo en esas zonas del templo están simplemente apoyados

sobre el entablado de la columna y de la nave, sin ningún elemento de unión,

permitiendo el movimiento independiente de cada parte. Esto es así ya que la

masa y la geometría de la columnata son muy diferentes de las del muro de la

nave. Bajo cargas fuertes dinámicas, los movimientos (deformaciones) del muro

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de la nave tienen diferentes características que los de la columnata en la fachada.

Los dinteles no serían capaces (como también se demuestra mediante el cálculo)

de mantener constante la distancia entre el muro de la nave y las columnas,

incluso si éstas fueran conectadas mediante uniones de gran capacidad, como

las halladas en el Partenón.

Ejemplo de santorini en Grecia.

Durante las excavaciones en el asentamiento de Acrotiri en la isla de Santorini

en Grecia, que fue destruida por una erupción volcánica en 1.500 a.C.,

aparecieron estructuras de madera de gruesas escuadrías y de gran complejidad

en edificios de dos o tres plantas. Esta construcción no sólo servía de refuerzo y

zunchado de los muros de piedra y de los perímetros de los huecos, sino que

tenía funciones de estructura principal. El diseño de esta construcción y

especialmente el diseño de las uniones, capaces de resistir grandes esfuerzos de

tracción, demuestran el esfuerzo de supervivencia de un pueblo, que viviendo en

las laderas de un volcán activo, estaba familiarizado con el constante riesgo

sísmico.

Innovación.

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Link-fuse joint y pin-fuse frame.

Durante los terremotos, las articulaciones y las vigas metálicas permiten a la

estructura de un edificio responder con flexibilidad cuando se someten a los

movimientos del suelo, manteniendo cierta elasticidad estructural durante sismos

moderados.

Pero cuando los terremotos son más fuertes, estos mecanismos estructurales

no son capaces de minimizar la deformación permanente a la que se somete la

estructura, aumentando tanto los costos de la reparación posterior que resulta más

rentable la demolición.

SOM, una empresa de ingeniería fundada en 1936 por Louis Skidmore y

Nathaniela. Owings, presente en más de 70 países, acaba de patentar dos

soluciones para estructuras metálicas, que se pueden acoplar tanto en edificios

nuevos como en inmuebles ocupados, diseñados para protegerlos en zonas de

alta sismicidad de una manera ciertamente barata.

Con los nombres de Link-fuse joint™ y Pin-fuse frame™, estas articulaciones

funcionan mecánicamente durante un sismo moderado; pero durante un fuerte

terremoto, se deslizan o rotan para disipar la energía y reducir los daños

potenciales a la estructura. Después de un terremoto, los dispositivos retornan a

sus posiciones originales minimizando la deformación estructural permanente y

reduciendo así las reparaciones posteriores a la estructura del edificio.

Las articulaciones Link esta inspirado por las estructuras presentes en la

naturaleza que proporcionan movimiento mecánico orgánico, como el hombro o

las articulaciones de la cadera, y permite a las vigas de los marcos girar durante

un fuerte temblor.

Se componen de dos conjuntos de placas, cada una con una ranura en

diagonal en el centro. Las ranuras de cada placa se disponen perpendiculares

entre sí y están en condiciones de permitir que una parte de una ranura se pueda

alinear con una porción de la otra. Un pasador es insertado a través de estas

aberturas de modo que la conexión se adapta a los movimientos conjuntos de las

vigas conectadas, lo que permite a la estructura exhibir propiedades elásticas

durante eventos sísmicos de importancia.

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En el caso del Pin-fuse frame™, el sistema móvil se encuentra en las

diagonales, para proteger los marcos del pandeo, protegiendo así la integridad de

toda la estructura. Las diagonales se dividen en dos mitades conectadas través de

un hueco central, que permite a cada medio deslizarse hacia o desde el otro

durante un sismo. Las articulaciones de rotación en cada extremo de las vigas

horizontales también están diseñadas para deslizarse cuando se someten a una

carga de alta rotación.

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Amortiguadores de masa sintonizada.

Un amortiguador de masa sintonizado, también conocido como un

amortiguador de masa activa (AMD) o de absorción de armónicos, es un

dispositivo montado en la estructura para reducir la amplitud de las vibraciones

mecánicas. Su aplicación puede evitar las molestias, daños o roturas estructurales

absoluta. Se utilizan con frecuencia en la transmisión de energía, automóviles y

edificios.

Amortiguadores de masa sintonizada estabilizar contra el movimiento violento

causado por la vibración armónica. Un amortiguador de sintonía reduce la

vibración de un sistema con un componente relativamente ligero de modo que las

vibraciones en el peor de los casos serán menos intensas.

Aislación sísmica de base 

Está basada en la idea de aislar una estructura del suelo mediante elementos

estructurales que reducen el efecto de los sismos sobre la estructura. Estos

elementos estructurales se denominan aisladores sísmicos y son dispositivos que

absorben mediante deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite

a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los

más conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con

núcleo de plomo, neoprenicos o fricciónales. Al utilizar estos elementos, la

estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante un sismo y una

reducción importante de las fuerzas que actúan sobre ella durante un sismo.

El principio elemental del aislamiento sísmico consiste en un corrimiento de la

frecuencia fundamental de la estructura desde un valor alto, donde los sismos

tienen gran contenido energético, a un valor bajo, en que carecen de energía. Así,

el aislador sísmico representa un filtro del movimiento sísmico horizontal, que no

deja pasar la energía hacia la estructura que se encuentra sobre él. Como el

movimiento horizontal es la causa principal del daño en la estructura, el aislador

sísmico la protege reduciendo su vibración lateral en valores del orden de 6 a 8

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veces. Existen numerosos dispositivos de aislamiento sísmico, de los cuales los

aisladores

Elastoméricos con o sin núcleo de plomo son los más conocidos y utilizados.

Ambos mecanismos aisladores y deslizadores

Friccionales se instalan individualmente o junto a otros dispositivos, por

ejemplo, amortiguadores viscosos.

Disipación de energía 

Está basada en la idea de colocar en la estructura dispositivos destinados a

aumentar la capacidad de perder energía de una estructura durante un terremoto.

Toda estructura disipa o elimina la energía de un sismo mediante deformaciones.

Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van a

experimentar fuertes deformaciones con los movimientos de la estructura durante

un sismo. Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente la

capacidad de disipar energía de la estructura con una reducción de las

deformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen como disipadores

de energía o amortiguadores sísmicos y pueden ser de diversas formas y

principios de operación. Los más conocidos son en base a un elemento viscoso

que se deforma o con un elemento metálico que logra la fluencia fácilmente.

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Nuevo tipo de vigas.

Los investigadores de la Universidad de Michigan simularon un terremoto de

magnitud extrema en el laboratorio para probar la fortaleza de su nueva técnica

para el sustento de los edificios de concreto de gran altura. Su técnica pasó la

prueba y soportó una presión más fuerte que la producida probablemente por un

terremoto real.

Los ingenieros desarrollaron una mejor clase de viga de acoplamiento que

requiere menos refuerzo y es más fácil de construir. Las vigas de acoplamiento

refuerzan las paredes de los edificios altos alrededor de aperturas tales como las

puertas, ventanas, y los pozos para los elevadores. Estas aperturas que son

necesarias pueden debilitar las paredes.

Actualmente las vigas de acoplamiento son difíciles de instalar y requieren

esqueletos de múltiples de vigas de acero. Los ingenieros de la U. M. crearon una

versión más simple de hormigón reforzado con fibras de acero. Este hormigón

reforzado con fibra también tiene otros beneficios. Las rajaduras que ocurren son

más estrechas porque las fibras las sujetan.

Las fibras son de unos 5 centímetros de largo y del grosor de una aguja. Los

ingenieros llevaron a cabo su prueba en diciembre con una réplica al 40 por ciento

de la pared de un edificio de cuatro pisos que habían construido en el Laboratorio

de Estructuras. Aplicaron una carga máxima de unas 136 toneladas de presión

contra el edificio, al tiempo que lo empujaban y lo jalaban con mecanismos

hidráulicos.

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Conclusión.

Los sismos siempre han sido una fuerza de la naturaleza muy destructiva, y

las grandes y visionarías construcciones del ser humano tienen que sobreponerse

a ellas. Lo cual lleva al hombre a estudiar este tipo de fenómenos a fondo y

comprender como es que afectan las construcciones para así poder inventar

piezas de tecnología que ayuden a las construcciones a poder contrarrestar los

movimientos que generan los sismos como es el caso link fuse frame y los

amortiguadores de masa que ayudan a que las construcciones se mantengan en

pie por mucho tiempo soportando las fuerzas de la naturaleza.

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