disipadores sismicos.docx

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA CARRERA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL TEMA DISIPADORES SISMICOS Presentado por

Filimon Machacca lago

Ing. Gustavo Huaman Ccente Mayo  – Perú 2017

INTRODUCCIÓN En los últimos años la ingeniería sísmica en todo el mundo ha enfocado muchos de sus esfuerzos a investigar e implementar métodos para debilitar la amenaza de las comunidades más vulnerables. Entre estos, los sistemas pasivos de disipación de energía para el diseño y reforzamiento de estructuras han tomado gran auge, gracias a la ayuda d e los procesadores electrónicos y la dinámica estructural hoy en día existen numerosos ejemplos de estructuras construidas o reforzadas en algunos de los países del mundo más propensos a la amenaza sísmica. Es por ello que el presente informe tiene la finalidad de dar a conocer los principales tipos de aislantes y disipadores sísmicos en la construcción de estructuras y edificios, dando a conocer algunas características de éstos como el funcionamiento, el material utilizado y sus aplicaciones, entre otros

Marco Técnico. 3.9 Sistemas de Aislamiento Sísmico y Sistemas de Disipación de Energía Se permite la utilización de sistemas de aislamiento sísmico o de sistemas de disipación de energía en la edifi cación, siempre y cuando se cumplan las disposiciones de esta Norma (mínima fuerza cortante en la base, distorsión de entrepiso máxima permisible), y en la medida que sean aplicables

los requisitos del documento siguiente: “Minimum Design Loads for Building and Other Structures”,  ASCE/SEI 7-10, Structural Engineering Institute of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA, 2010. La instalación de sistemas de aislamiento sísmico o de sistemas de disipación de energía deberá someterse a una supervisión técnica especializada a cargo de un ingeniero civil.

El Concepto de Aislamiento Sísmico El a is la m ie n to sí s m i c o e s u n a t é c n i c a de control que puede ser pasivo o combinado con sistemas de amortiguamiento u otras técnicas de control esto se conoce como aislamiento inteligente y no será abarcado en esta monografía. Hoy por hoy la tecnología de aislamiento, es ampliamente usada en estructuras civiles, sus resultados, por demás satisfactorios, han logrado ser comprobados tanto en eventos reales como experimentales. Básicamente, el aislamiento sísmico es una técnica que consiste en desacoplar una estructura del suelo, colocando un mecanismo entre la cimentación de la estructura y el suelo. Este dispositivo es muy flexible en la dirección horizontal; pero, sumamente rígido en la dirección vertical.

Tipos de Aisladores Sísmicos y sus componentes Componentes básicos de todo sistema de aislamiento Como se ha mencionado anteriormente los dispositivos de aislamiento sísmico separan la e structura del suelo, pero si nos preguntamos, ¿a través de qué dispositivos? ¿Son todos los sistemas de aislamiento iguales? Para comprenderlo aún más, definiremos los siguientes conceptos:

Esquema de los componentes de un sistema de aislamiento

1. Unidad de Aislamiento: Es un elemento estructural muy flexible en la dirección horizontal y sumamente rígido en la dirección vertical que permite grandes deformaciones bajo carga sísmica. 2. Interfaz de Aislamiento: Es el límite imaginario que existe entre la parte superior de la estructura, la cual está aislada, y la inferior que se mueve rígidamente con el terreno.

3. Sistema de Aislamiento: Es el conjunto sistemas estructurales que incluye a: todas las unidades de aislamiento, disipadores de energía y sistemas de restricción de desplazamientos

Aisladores Elastoméricos de Caucho Natural o Aisladores de caucho de bajo Amortiguamiento (LDR por sus siglas en ingles) Estos fueron los primeros aisladores utilizados para sistemas de aislamiento. Como ya lo dijimos, se usaron por primera vez en la escuela Pestalozzi en Skopje Macedonia. Estos primeros aisladores se abultaban a los lados debido al peso propio de la estructura, estaban compuestos por simples bloques de caucho sin ningún tipo de refuerzo, ni placa de conexión, sin embargo este enfoque no se ha vuelto utilizar. Ahora se utiliza caucho en láminas múltiples con refuerzo de láminas de acero entre las capas. Con el enfoque anterior se lograban resistencias verticales, apenas unas cuantas veces superior a la resistencia horizontal, pero con el refuerzo de láminas de acero la rigidez vertical es cientos de veces la resistencia horizontal de los mismos. Las principales ventajas de estos sistemas es que prácticamente no necesitan mantenimiento, pero una de sus grandes desventajas es que debido a su bajo amortiguamiento suelen necesitarse en varios casos amortiguadores externos.

Algunas características de los aisladores elastoméricos con núcleos de plomo: 

La relación de la deformación lateral

entre el espesor de la lámina de caucho

alcanza niveles de hasta el 300%. 

Hay una relación entre el cortante y la deformación la cual es lineal.



El amortiguamiento es alrededor del 10% al 20%.



Presentan propiedades especiales ante grandes deformaciones

Ventajas de los aisladores naturales: 

Simples de manufacturar.



Fáciles de modelar.

  No son muy afectados por el tiempo, l ambiente, temperatura u otras condiciones



ambientales.

Desventaja: 

 A menudo necesitan sistema de amortiguadores adicionales

1.4.4. Aisladores de Caucho con Núcleo de Plomo

El bajo amortiguamiento de los aisladores naturales es superado utilizando un núcleo de plomo en el centro del aislador. Para esto, se hace un hueco en las placas y en el caucho, insertando el núcleo de plomo, que es un poco más ancho que el agujero, con tanta fuerza que se fusionan y funcionan como una unidad.

Algunas características de los aisladores elastoméricos con núcleos de plomo: 

La relación de la deformación lateral entre el espesor de la lámina de caucho alcanza niveles de hasta el 200%.



Hay una relación lineal entre el cortante y la deformación lateral



El amortiguamiento es alrededor del 15% al 35%.

Ventajas de los Aisladores con núcleos de plomo: 

Mayor amortiguamiento.



Suprime la necesidad de amortiguadores.

1.4.5. Aisladores Elastoméricos de Caucho de alto amortiguamiento. Estos aisladores están compuestos de materiales especiales o el caucho lleva aditivos como carbón en polvo, aceites, resinas, polímeros u otros elementos que le dan al caucho propiedades especiales como mayor amortiguamiento y mejores propiedades ante altas deformaciones, sin necesidad de agregar un núcleo de plomo. Las propiedades de amortiguamiento varían según los materiales utilizados en su construcción. En pruebas realizadas a estos aisladores han demostrado ser altamente eficientes soportando las pruebas más rigurosas en la industria1.

Algunas características de los aisladores elastoméricos con núcleos de plomo: 

La relación de la deformación lateral

entre el espesor de la

lámina de caucho alcanza niveles de hasta el 300%.

1.4.6. Aisladores de base fundados en sistemas resistentes a fricción

Disipadores de energía. Los disipadores de energía están basados en la idea de aumentar la capacidad de perder energía de una estructura durante un sismo, reduciendo las deformaciones y los esfuerzos sobre la estructura. El principio básico es 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.

DISIPADORES VISCO ELÁSTICOS: El funcionamiento de estos dispositivos consiste en movilizar un elemento a través de un fluido viscoso, generando así fuerzas proporcionales a la velocidad que se oponen al movimiento del objeto. Estos sistemas incluyen: * Los sistemas de sólidos viscoelásticos: Constituidos por una capa de material viscoelásticos ubicada entre dos placas de acero, usualmente acopladas a los arriostres que conectan los extremos del entrepiso. * Fluidos viscoelásticos: Disipan la energía por medio de las deformaciones inducidas por un pistón en una sustancia altamente viscosa. * Los disipadores fluido-viscosos: Disipan energía forzando el flujo de un fluido a través de un orificio. Estos dispositivos son similares a los amortiguadores de un automóvil, pero operan con un mayor nivel de fuerzas y son fabricados con materiales más durables para lograr un mayor tiempo de vida útil

CONCLUSIONES Los sistemas de aislación sísmica buscan aumentar la seguridad estructural de alguna estructura convencional, protegiendo los contenidos de esta y evitando la paralización post sismo.

En un edificio con aislamiento sísmico, se debe cuidar hasta el último detalle en la conexión entre el edificio, el aislador y la cimentación, ya que debe existir un claro deslinde entre la cimentación y la superestructura. El aislamiento sísmico no es un sistema que se pueda implementar en todos los casos, ya que presenta limitaciones en ciertos rangos de m asas y secciones de aisladores. Además las condiciones del suelo deben de ser tales que no amplifiquen el sismo en períodos medios o largos.

ANEXOS   A IS L A DOR E S

Estructura Convencional

símicamente

Estructura Aislada

Corte de un amortiguador Base con núcleo de plomo

Aislador de Base de caucho de alto de un Amortiguamiento amortiguamiento

Esquema de un Aislador de con núcleo de plomo

Esquema de los componentes aislador de base de alto

Esquema de un sistema resistente a fricción.

Aislador utilizando Péndulo de fricción fricción

Esquema de un aislador de base utilizando el principio de péndulo de

 DISIPADORES

Disipador de alas.

Disipador de tadas.

Disipador de Honey-Coney.

HoneyComb .

“Unbounded Braces”

Sistema de fricción por GOLILIAS.

Disipadores visco elásticos.