INTRODUCCINLa filosofa de diseo ssmico en boga establece un marco conceptual de comportamiento, segn el cual se genera los cdigos y disean las estructuras. Este es que para sismos de baja intensidad la estructura debe comportarse en forma elstica, para movimientos moderados a fuertes se admiten incursiones en el rango inelstico y daos no estructurales limitados, mientras que para sismos severos de baja probabilidad de ocurrencia en la vida til de la estructura se aceptarn daos importantes pero sin colapso.Por esto, dado que el dao es el parmetro clave de diseo, el anlisis no lineal cobra una importancia fundamental en la prediccin del comportamiento de una estructura sometida a un movimiento ssmico.La presencia de elementos dctiles permite disear estructuras para esfuerzos menores a los que requerira un diseo elstico. Esto se debe a la capacidad que tienen estos elementos de disipar energa sin llegar a la rotura o al colapso. Por consiguiente un parmetro clave en el diseo y anlisis sismo-resistente es la prediccin y control de la disipacin de energa por histresis. Lo que se busca es establecer cules son los elementos que disiparn energa para as disearlos conforme a ello.El estudio del comportamiento no-lineal de estructuras puede llevarse a cabo utilizando mtodos de variada complejidad, tanto en la modelacin como en el anlisis. Estos van desde los que utilizan factores de reduccin y amplificacin de los parmetros de la respuesta elstica de la estructura, hasta la utilizacin de elementos finitos o elementos fibra.ENERGA DISIPADAPodemos definir como energa disipada a la prdida de energa de una estructura durante un sismo. En los eventos ssmicos, de acuerdo con el diseo sismo-resistente, se permite que los elementos desarrollen un comportamiento no-lineal de tal manera que parte de la energa ssmica se disipe por medio de histresis y se obtenga un comportamiento satisfactorio evitando el colapso; el dao esperado se presenta en extremos de vigas y en la parte inferior de columnas del primer nivel principalmente. Pensando en proteger la estructura, disipar energa y concentrar el dao, se le puede adicionar amortiguamiento a una estructura.

La accin ssmica transmite energa a la estructura, que se transforma en energa elstica de movimiento y deformacin (E elstica), y en energa disipada (E disipada). El principio de conservacin de la energa establece que la energa no se crea ni se destruye, solo se transforma, por lo tanto debe mantenerse el equilibrio entre la energa de entrada y la suma de la energa elstica y la energa disipada, como se plantea en la ecuacin.E entrada = E elstica + E disipadaLa energa elstica se conforma por la energa almacenada de deformacin elstica E potencial y por energa de movimiento E cintica. La energa de entrada debe encontrarse en equilibrio y se plantea la ecuacin.E elstica = E potencial + E cinticaA partir de este momento nos centramos en las posibilidades que tiene una estructura para disipar energa. Una estructura tiene dos posibilidades de disipar energa. Una de ellas es por medio de energa de amortiguamiento (E amortiguamiento) y la otra es por medio de energa histertica (E histertica), la cual se basa en la ductilidad de sus miembros, la formacin de articulaciones plsticas en ellos y un consecuente dao estructural, que en muchas ocasiones es apreciable. E disipada = E amortiguamiento + E histerticaRemplazando las anteriores ecuaciones tenemos:E entrada = E potencial + cintica + E amortiguamiento + E histerticaSe recalca que el principio fundamental del diseo sismo-resistente se basa en que la capacidad de disipacin de energa de las estructuras debe ser mayor que la demanda de energa histertica. En la actualidad, las nuevas tecnologas para mejorar el comportamiento ssmico de las estructuras dicen que la tendencia no debe ser rigidizar la estructura, sino ms bien reducir la energa de entrada (E entrada), o incrementar su capacidad de disipacin de energa (E disipada).La disminucin de la energa de entrada se puede lograr por medio del aislamiento de base, mientras que el incremento en la capacidad de disipacin de energa de las estructuras se puede lograr por medio de dispositivos disipadores de energa.

Toda estructura disipa o elimina la energa de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipacin de energa 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 energa de la estructura con una reduccin de las deformaciones de la estructura. Estos disipadores de energa o amortiguadores ssmicos y pueden ser de diversas formas y principios de operacin. Los ms conocidos son:

AMORTIGUADORES DE FLUIDO VISCOSO

El amortiguador viscoso se usa con ms frecuencia para la proteccin ssmica de estructuras, un fluido viscoso, por lo general un lquido a base de silicona, es forzado a fluir a travs de pequeos orificios dentro de un recipiente cerrado. La energa se disipa debido a la friccin entre el fluido y las paredes del orificio. La relacin fuerza-velocidad del amortiguador, que es en funcin de la relacin de carga, puede ser lineal o no lineal. Los amortiguadores viscosos se instala dentro del esqueleto de un marco de un edificio, por lo general es alineado con los contravientos, o entre las torres (o pilas) y la cubierta de puente.

AMORTIGUADORES DE FLUIDO VISCO-ELSTICO

La aplicacin de material visco-elstico al control de vibracin y desplazamientos se remonta a las aos 50s en la aeronutica para controlar la fatiga inducida por la vibracin. Su aplicacin a la ingeniera estructural se dio en los aos 70s al utilizarse elementos disipadores visco-elsticos en las torres gemelas para controlar la vibracin por viento. El uso de stos en el rea ssmica es ms reciente y se remonta a 1993 (Soong y Dargush G., 1997). En el rea ssmica es usualmente requerido mayor incremento de disipacin de energa en comparacin con las vibraciones por viento.Estos dispositivos estn formados por copolmeros tpicos y substancias vidriosas las cuales disipan energa cuando estn sujetas a deformacin por cortante. En este dispositivo el rea y espesor del material visco-elstico entre placas le da las propiedades de disipacin.Existen dispositivos visco-elsticos de mayor complejidad que trabajan sobre diagonales adicionadas a las estructura. Cabe mencionar que los materiales visco-elsticos se ablandan con el tiempo y la efectividad del amortiguador de este tipo decrece al incrementarse la temperatura.

AMORTIGUADORES POR FRICCIN

Estos dispositivos aumentan la capacidad de la estructura para disipar energa, pero no cambian demasiado los perodos naturales de vibracin (aproximadamente entre 10 y 20%). Algunos de estos se diferencian por la complejidad mecnica y materiales usados. Se han creado diferentes dispositivos de friccin en los que se encuentran uniones atornilladas de deslizamiento limitado creadas por Pall y Marsh (1981) la cual se puede utilizar en paneles para controlar sismicamente estructuras con reas de paneles extensas. Otro dispositivo de friccin propuesto por Pall y Marsh (1982) se utiliz en conjunto con diagonales en los marcos, como se muestra en la figura.

Un dispositivo que consiste en placas conectadas por tornillos se utiliza como dispositivo de este tipo.

Algunos ms elaborados o de un mecanismo ms complejo de friccin son los dispositivos uniaxiales de friccin que aprovechan tanto la friccin y la maleabilidad de los diferentes metales, como se muestran en las figuras

Es lgico suponer que cuando la estructura incursiona en el rango inelstico y se va degradando su rigidez, las partculas que componen las secciones que ya estn agrietndose progresivamente contribuyen menos al fenmeno. O sea, que la degradacin de la rigidez conlleva a la de la resistencia y a la del amortiguamiento.No tenemos garanta que el amortiguamiento viscoso (proporcional a la velocidad) sea una representacin adecuada y completa de toda la energa liberada por la estructura por ese concepto.Como la energa disipada aun incursionando en la no linealidad no es significativa, pasara a jugar un papel secundario. Recordemos que en las edificaciones el amortiguamiento como porcentaje del crtico nunca pasa de 5% lo que podra quitarle relevancia.

DISIPADORES HISTERTICOS

Los disipadores histerticos son aquellos que trabajan por medio del desplazamiento de entrepiso de la estructura y pueden ser de fluencia friccionantes. Los dispositivos por fluencia disipan energa introduciendo comportamiento inelstico en el metal mediante ciclos de deformacin inelstica por flexin, corte, torsin o extrusin.Por lo general los disipadores histerticos se comportan elsticamente para resistir las cargas laterales producidas por viento y sismos menores, y trabajan en el rango inelstico en el caso de sismos intensos disipando energa mediante este comportamiento. Al estar ligados a la estructura principal, las deformaciones inelsticas de los disipadores describen durante los sismos ciclos histerticos, lo cual representa una forma efectiva de disipar energa. Esto conlleva a la condicin de que para que los disipadores funcionen de manera adecuada, se deba garantizar la fluencia del material con el que estn hechos.ESPECTRO DE DISEO INELSTICOEl espectro de diseo contemplado estn construidos para una fraccin del amortiguamiento del 5% con respecto al crtico, este es un amortiguamiento viscoso adecuado para representar un espectro elstico de diseo, sin embargo cuando las estructuras se encuentran solicitadas por efectos de sismo, entran a trabajar en rango inelstico, generando un amortiguamiento adicional llamado amortiguamiento histertico que podra asociarse a un amortiguamiento viscoso equivalente para que sumado con el amortiguamiento inicial den como resultado un amortiguamiento efectivo al que debe trabajarse el espectro de diseo.El amortiguamiento vara dependiendo del nivel de esfuerzo con el que se encuentre solicitada la estructura y de acuerdo a los materiales pero la mayora de cdigos de construccin del mundo no reconocen esta variacin del amortiguamiento y tipifican sus espectros de diseo con un amortiguamiento del 5% para todo tipo de estructura y con todo tipo de materiales.El aumento del amortiguamiento de la estructura es inversamente proporcional al valor de pseudo-aceleraciones ledo en un espectro de diseo y por lo tanto a mayor amortiguamiento, menor es la fuerza ssmica que solicita la estructura.

CONSTRUCCIN DEL ESPECTRO ELASTOPLSTICO

ESPECTRO DE DISEO CON DUCTILIDAD CONSTANTE