Proteccion Sismica de Edificaciones

8/12/2019 Proteccion Sismica de Edificaciones

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Programa De Actualizacin Profesional De La Escuela Acadmico Profesional De Ingeniera Civil 2014

SISTEMAS DE PROTECCION SISMICA EN EDIFICACIONES 1

SISTEMAS DE PROTECCIN SSMICA EN EDIFICACIONES.

Los sistemas de proteccin ssmica empleados en la actualidad comprenden desderelativamente simples dispositivos de control pasivo hasta avanzados sistemascompletamente activos. Los sistemas pasivos son tal vez los ms conocidos e incluyen lossistemas de aislamiento ssmico y los sistemas mecnicos de disipacin de energa. Elaislamiento ssmico es el sistema ms desarrollado de la familia, con continuos avancesen dispositivos, aplicaciones y especificaciones de diseo.

Los sistemas de proteccin ssmica pueden ser clasificados en cuatro categoras: sistemaspasivos, activos, hbridos y semi-activos.

Clasificacin de los Sistemas de Proteccin Ssmica.

SISTEMAS PASIVOS.Los sistemas de control pasivo emplean dispositivos bastante simples que reducen la

respuesta dinmica por medios totalmente mecnicos. Los sistemas pasivos ms comunesson los aisladores ssmicos, los disipadores de energa y los osciladores resonantes(TMD). Cada sistema emplea diferentes enfoques para el control de la respuestaestructural y son ms efectivos para diferentes tipos de estructuras.

Aisladores Ssmicos.El aislamiento ssmico es una estrategia de diseo basada en la premisa de que es posibleseparar una estructura de los movimientos del suelo mediante la introduccin deelementos flexibles entre la estructura y su fundacin. Los aisladores reducennotablemente la rigidez del sistema estructural, haciendo que el periodo fundamental de laestructura aislada sea mucho mayor que el de la misma estructura con base fija.

Existen bsicamente dos tipos de sistemas de aislamiento: los apoyos elastomricos los apoyos deslizantes.

Los apoyos elastomricos emplean un elastmero de caucho natural o neopreno reforzadocon finas lminas de acero. La notable flexibilidad lateral en el elastmero permite eldesplazamiento lateral de los extremos del aislador, mientras que las lminas de refuerzoevitan el abultamiento del elastmero y le proporcionan una gran rigidez vertical.

Existen tres tipos de apoyos elastomricos ampliamente usados: apoyos de caucho natural (NRB) apoyos de caucho con ncleo de plomo (LRB), y apoyos de caucho de alta disipacin de energa (HDR).


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Los apoyos deslizantes poseen una superficie de deslizamiento que permite la disipacinde energa por medio de las fuerzas de rozamiento .Uno de los dispositivos ms innovadores es el sistema pendular friccionante que combinala accin del deslizamiento con la generacin de una fuerza restitutiva debido a lageometra del deslizador.

Apoyo elastomrico

El aislamiento ssmico es un sistema ampliamente usado para la proteccin ssmica dediversos tipos de estructuras. Numerosos estudios tericos, anlisis numricos y ensayosde laboratorio demuestran el excelente comportamiento que puede lograr este sistema enla proteccin de estructuras sometidas a eventos ssmicos moderados y severos. Adicionalmente, la efectividad de este sistema fue evidenciada por los registros de larespuesta dinmica de los edificios con aislamiento de base sacudidos por los sismos deNorthridge en 1994 y Kobe en 1995.

Actualmente existen numerosas aplicaciones de sistemas de aislamiento de base enpases como Japn, Estados Unidos, Nueva Zelanda e Italia.Estas aplicaciones corresponden principalmente a la construccin de nuevos edificios yel mejoramiento ssmico de estructuras existentes. Uno de los edificios en los que sedemostr la factibilidad de los sistemas de aislamiento ssmico es el Fire Command andControl Facility en Los Angeles. Este edificio es una central de emergencias que debepermanecer en operacin incluso despus de un sismo extremo. Para su construccin serealiz una comparacin entre los esquemas de diseo convencional y de aislamientossmico para proveer el mismo grado de proteccin. En estos trminos se estim que elcosto del edificio con aislamiento ssmico era un 6% menor que el correspondiente aledificio con un diseo convencional.La prueba ms severa a la que fue sometido un edificio con aislamiento ssmico hasta lafecha corresponde al hospital de docencia de la Universidad de Southern California. Eledificio est ubicado a 36 km del epicentro del terremoto de Northridge, ocurrido en 1994con una magnitud de 6.8 MW. Durante el terremoto el terreno bajo el edificio alcanz unaaceleracin mxima de 0.49 g, mientras que las aceleraciones en el interior del edificioestuvieron entre 0.10 g y 0.13 g. Esto significa que la estructura fue aislada en formaefectiva de los movimientos del suelo, teniendo en cuenta que estos movimientos fueron losuficientemente intensos como para provocar daos importantes en edificios adyacentes.

A diferencia de las tcnicas convencionales de reforzamiento de edificios existentes, con elaislamiento ssmico se busca reducir la demanda a niveles en los que la capacidadexistente en la estructura sea suficiente para resistir las cargas. Esta tcnica esparticularmente apropiada para la proteccin de edificios con valor histrico.


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Aisladores elastomricos.

A.E. de bajo amortiguamiento (LDRB).

A.E. con ncleo de plomo (LRB).

A.E. de alto amortiguamiento (HDRB).


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Aisladores deslizantes.

Apoyos deslizantes planos.

Pndulos friccionales (FPS).

Ejemplos De Estructuras Con Aislamiento Ssmico.

Torre Latinoamericana.


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Disipadores de Energa.Los disipadores de energa son dispositivos diseados para absorber la mayora de laenerga ssmica, evitando as que sta sea disipada mediante deformaciones inelsticasen los elementos estructurales. Pueden ser clasificados como histerticos o viscoelsticos.

Los disipadores histerticos incluyen los disipadores metlicos y los disipadoresfriccionantes, y dependen esencialmente de los desplazamientos de la estructura. Losdisipadores metlicos estn basados en la fluencia de los metales debido a flexin, corte,torsin, o extrusin. Uno de los dispositivos metlicos ms reconocidos es el ADAS, queest compuesto por placas de acero con seccin transversal en forma de X instaladas enparalelo sobre los arriostres. Los disipadores friccionantes son dispositivos que disipan laenerga mediante las fuerzas de friccin que se presentan por el desplazamiento relativoentre dos placas en contacto. Son diseados para deslizar a una carga predeterminada, ypermanecen inactivos mientras no existe una demanda ssmica importante sobre eledificio.

Disipador histertico

Los disipadores viscoelsticos incluyen los sistemas de slidos viscoelsticos, fluidosviscoelsticos, y los disipadores fluido-viscosos. Los dispositivos viscoelsticos dependenesencialmente de la velocidad. Los disipadores viscoelsticos slidos estn constituidospor una capa de material viscoelstico ubicada entre dos placas de acero, usualmenteacopladas a los arriostres que conectan los extremos del entrepiso.

Los dispositivos viscoelsticos lquidos disipan la energa por medio de las deformacionesinducidas por un pistn en una sustancia altamente viscosa. Los disipadores fluido-viscosos son dispositivos que disipan energa forzando el flujo de un fluido a travs de unorificio. Estos dispositivos son similares a los amortiguadores de un automvil, pero operancon un mayor nivel de fuerzas y son fabricados con materiales ms durables para lograr unmayor tiempo de vida til.


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Disipador viscoelstico.

Osciladores Resonantes.

Un oscilador resonante (TMD) es un sistema de un grado de libertad constituido por unamasa, un elemento restitutivo y un mecanismo de disipacin de energa, usualmentemontado en la parte superior de la estructura. Para que el TMD pueda reducir la respuestadinmica de una estructura debe existir una coincidencia entre las frecuencias naturales devibracin de la estructura y del oscilador resonante. Los osciladores resonantes sonbastante efectivos en la reduccin de las vibraciones producidas por el viento en edificiosaltos. Tambin puede ser empleados para la reduccin de la respuesta ssmica.

Amortiguadores de masa (tuned mass dampers TMD)

Disipadores activados por desplazamientos.

Disipadores metlicos.


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Disipadores friccionales.

Disipadores de extrusin de materiales.

Diagonales de pandeo restringido (BRB Buckling Restrained Braces)

Disipadores autocentrantes.


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Disipadores activados por velocidad.

Dispositivos fluido-viscosos.

Muros Viscosos.

Disipadores activados por desplazamiento y velocidad.

Dispositivos viscoelsticos slidos.


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Disipadores activados por movimiento.

Osciladores resonantes.

Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS).

Ejemplos De Edificos Con Disipadores Simicos.

Edificio Geocentro


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SISTEMAS ACTIVOS.

Estos sistemas son dispositivos que generan fuerzas de control para modificar larespuesta dinmica de la estructura. Las fuerzas de control son aplicadas medianteactuadores integrados a un conjunto de sensores, controladores y procesadores deinformacin en tiempo real.

El esquema describe esquemticamente el proceso.

Los sensores instalados en la estructura miden las excitaciones externas y la respuestadinmica de la estructura; los dispositivos de procesamiento en tiempo real procesan lainformacin proveniente de los sensores y calculan las fuerzas de control necesarias paraestabilizar la estructura; finalmente los actuadores generan las fuerzas necesarias paracontrarrestar los movimientos ssmicos.

Las fuerzas de control pueden ser aplicadas a la estructura mediante una masa activa(AMD), arriostres activos (ABS), o tendones activos. Los osciladores de masa activa(AMD) proporcionan la forma ms simple y compacta de aplicar las fuerzas de control auna estructura. Los arriostres y tendones activos requieren un diseo ms complicado y seencuentran actualmente en nivel experimental.

El edificio Kyobashi Seiwa es la primera aplicacin a escala natural de la tecnologa delcontrol activo. Este edificio ubicado en Tokio, Japn, se termin de construir en 1989. Elsistema activo est conformado por dos osciladores AMD, uno principal para controlar elmovimiento transversal, y otro secundario para reducir los movimientos torsionales. Elobjetivo del sistema instalado en el edificio es reducir las vibraciones producidas porvientos fuertes y solicitaciones ssmicas moderadas, con el fin de incrementar el confort desus ocupantes.


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Edificio Kyobashi Seiwa.

SISTEMAS HBRIDOS.

Los sistemas hbridos emplean una combinacin de dispositivos pasivos y activos con elfin de incrementar la confiabilidad y eficiencia del control estructural. Algunas de lasrestricciones que presenta un sistema completamente activo pueden ser superadas por los

sistemas de control hbrido debido a que estos operan mltiples dispositivos de control,logrando mayores niveles de rendimiento. Las investigaciones en el campo de los sistemasde control hbrido han sido enfocadas principalmente en dos tipos de sistemas: osciladoreshbridos (HMD) y aislamiento activo. Todos los sistemas hbridos funcionan segn laconfiguracin mostrada en el esquema mostrado.

El oscilador hbrido HMD (Hybrid Mass Damper ) es el resultado de la combinacin de unoscilador resonante (TMD) y un actuador de control activo. La capacidad de estedispositivo para reducir la respuesta estructural radica principalmente en el movimientonatural del oscilador resonante. Las fuerzas de control generadas por el actuador sonempleadas slo para mejorar el desempeo del oscilador resonante, incrementando laeficiencia del sistema y permitiendo su adaptabilidad a los cambios en las caractersticasdinmicas de la estructura.


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SISTEMAS SEMI-ACTIVOS.

Los sistemas semi-activos no aplican fuerzas de control en el sistema estructural, peroposeen propiedades variables que pueden ser controladas para reducir ptimamente larespuesta del sistema estructural. Se muestra la configuracin de estos sistemas .

La atencin recibida por estos sistemas en los ltimos aos puede ser atribuida al hechode que los dispositivos de control semi-activo ofrecen la adaptabilidad de los sistemas decontrol activo sin la demanda de grandes fuentes de energa.

Beneficios y limitaciones los sistemas de proteccion sismica en edificaciones.

Reduccin de costos debidos a reforzamiento ssmico en la edificacin Mayor conocimiento de la respuesta ssmica de la estructura

Fcil reparacin de elementos averiados Altos costos Desconocimiento en la industria de la construccin

Aplicaciones y usos.

Puentes en zonas de alta sismicidad Edificios de gran altura Rehabilitacin de estructuras Reforzamiento de estructuras

BIBLIOGRAFIA.

AISLACIN SSMICA/ Sistemas de Proteccin Ssmica/ Estudio ComparativoEconmico de Edificios con Aislamiento Ssmico en la Base. Universidad deSantiago de Chile.

Sistemas Pasivos De Proteccin Ssmica De Estructuras. Nelson Echeverra Agusztine Terreros.

Echeverra

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