Aisladores y Disipadores sismicos

AILADORES Y DISIPADORES DISIPADORES SISMICOS

INTRODUCCION

Desde los principios de la civilización y la vida en sociedad la construcción por la mano del om!re a en"rentado el desa"#o de los em!ates de la naturaleza$ siendo siempre el "enómeno s#smico uno de los eventos %ue m&s estra'os a causado a lo lar'o de la istoria de la umanidad$ estando este cu!ierto por un velo de imprevisi!ilidad e incertidum!re tanto en su "eca como en su lu'ar de ocurrencia( )oy en d#a el "enómeno s#smico a sido ampliamente ampliamente estudiado estudiado y su comprensión comprensión ya no nos es es%uiva$ es%uiva$ pero pero aun as# conozc conozcamo amoss su ori'en ori'en y compor comportam tamien iento$ to$ la miti'a miti'ació ción n de sus e"ectos si'ue siendo el 'ran reto a vencer en nuestros d#as( El sur del Per* no est& e+ento a esta pro!lem&tica ya %ue esta es escenario de "recuentes eventos s#smicos de ma'nitudes varia!les, nos %ueda claro entonces %ue los sismos no se pueden evitar solo podemos lidiar con sus e"ectos( Las estructuras actuales$ dise-adas de la "orma tradicional$ muestran !uen dese desemp mpee-o o "ren "rente te a sism sismos os "recu "recuen ente tess de !a.a !a.ass ma ma'n 'nit itud udes es pero pero no 'ara 'arant ntiza izan n el mismo mismo dese desemp mpee-o o para para sism sismos os raro raross de una una ma ma'n 'nit itud ud superior poniendo en evidencia la necesidad de incorporar nuevas t/cnicas de protección s#smica( Este tra!a.o !usca e+poner los !ene0cios del uso de aislamiento s#smico s#smico y disipadores en estructuras$ adem&s e+poner de "orma clara y concisa( 1.

CARRERA PRO1ESIO2AL3 I24E2IERIA CI5IL

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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS

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GENERALIDADES

DE

DISEÑO ANTISÍSMICO

EN

CONCRETO

ARMADO

Para dar inicio a este su! t#tulo$ citaremos el Articulo 26 7 perteneciente a la 2orma 8/cnica E(979 de Dise-o Sismo Resistente$ perteneciente al Re'lamento 2acional de Edi0caciones$ %ue indica lo si'uiente3 Artículo 3 Filosofía y Principios del diseño sismorresistente La flosoía del diseño sismorresistente consiste en: a. Evitar pérdidas de vidas b. Asegurar la continuidad de los servicios básicos c. Minimizar los daños a la propiedad . e reconoce !ue dar protecci"n completa rente a todos los sismos no es técnica ni econ"micamente actible para la ma#oría de las estructuras. En concordancia con tal flosoía se establecen en esta $orma los siguientes principios para el diseño: a. La estructura no debería colapsar% ni causar daños graves a las personas debido a movimientos sísmicos severos !ue puedan ocurrir en el sitio. b. La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados% !ue puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio% e&perimentando posibles daños dentro de límites aceptables.

)a!iendo e+puesto la 0loso"#a del Re'lamento se desprende %ue el m/todo tradicional de dise-o estructural sismo resistente !usca siempre un "actor de se'uridad para cumplir con las demandas de la norma$ este pensamiento es totalmente compati!le con el uso de aisladores y disipadores s#smicos en las estructuras ya %ue su aplicación reduce la incertidum!re en el comportamiento estructural durante un evento s#smico(

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CONCEPTOS

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CAPACIDAD PORTANTE:

En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las car'as aplicadas so!re /l( 8/cnicamente la capacidad portante es la m&+ima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal %ue no se produzcan un "allo por cortante del suelo o un asentamiento di"erencial e+cesivo( Por tanto la capacidad


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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS portante admisi!le de!e estar !asada en uno de los si'uientes criterios "uncionales3 Si la "unción del terreno de cimentación es soportar una determinada tensión independientemente de la de"ormación$ la capacidad portante se denominar& car'a de undimiento( Si lo %ue se !usca es un e%uili!rio entre la tensión aplicada al terreno y la de"ormación su"rida por /ste$ de!er& calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisi!le( De manera an&lo'a$ la e+presión capacidad portante se utiliza en las dem&s ramas de la in'enier#a para re"erir a la capacidad de una estructura para soportar las car'as aplicadas so!re la misma(

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CAPACIDAD DE CARGA A CORTO Y A LARGO PLAZO

Las propiedades mec&nicas de un terreno suelen di"erir "rente a car'as %ue var#an :casi;instant&neamente y car'as cuasipermanentes( Esto se de!e a %ue los terrenos son porosos$ y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de a'ua( En 'eneral los terrenos se comportan de manera m&s r#'ida "rente a car'as de variación %uasinstant&nea ya %ue /stas aumentan la presión interesticial$ sin producir el desalo.o de una cantidad aprecia!le de a'ua( En cam!io !a.o car'as permanentes la di"erencia de presión intersticial entre di"erentes partes del terreno produce el drena.e de al'unas zonas( En el c&lculo o compro!ación de la capacidad portante de un terreno so!re el %ue e+iste una construcción de!e atenderse al corto plazo :caso sin drena.e; y al lar'o plazo :con drena.e;( En el comportamiento a corto plazo se desprecian todo los t/rminos e+cepto la coesión *ltima$ mientras %ue en la capacidad portante a lar'o plazo :caso con drena.e; es importante tam!i/n en rozamiento interno del terreno y su peso espec#0co(

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TIPOS DE CIMENTACIONES:

Las cimentaciones se clasi0can en3 Cimentaciones Super0ciales y Cimentaciones Pro"undas(

A) CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Cimientos Corridos

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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS o

Losa de Cimentación

B) CIMENTACIONES PROFUNDAS: Pilotes o

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CIMIENTOS C ORRIDOS :

Son e+cavaciones super0ciales para o!ras %ue no re%uieren re"uerzos en el suelo(

Proceso constructio !e un Ci"iento Corri!o a;(= 8razado y replanteo !;(= E+cavación c;(= Per0lado y limpieza de la zan.a d;(= Colocación de 0erros para las columnas e;(= Colocación de la primera capa de concreto previo mo.ado de la zan.a ";(= Colocar las piedras de.ando espacios para %ue el concreto los cu!ra ';(= Colocar otra capa de concreto$ asta el nivel re%uerido$ de.ando en la parte superior piedras %ue so!resal'an en los lu'ares donde se va u!icar el so!recimiento(

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ZAPATAS:


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#IGAS DE C IMENTACI$N:

Se las emplea en suelos poco resistentes$ para inte'rar linealmente la cimentación de varias columnas( Cuando se inte'ran las columnas super0cialmente mediante vi'as de cimentación en dos direcciones$ se "orma una malla de cimentación(


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LOSA DE C IMENTACI$N:

Se emplean en suelos poco resistentes$ para inte'rar super0cialmente la cimentación de varias columnas( Cuando al dise-ar la cimentación mediante zapatas aisladas$ la super0cie de cimentación supera el >?@ del &rea total$ es recomenda!le utilizar losas de cimentación(

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PILOTES:

Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son muy pro"undos( El incado de pilotes permite %ue se alcancen esos estratos resistentes( Pueden ir acoplados a zapatas o losas de cimentación( Se utilizan varios pilotes para sustentar a cada unidad de cimentación(

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SISTEMAS DE PROTECCION SISMICA


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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS Los sistemas de protección s#smica de estructuras utilizados en la actualidad incluyen desde dise-os relativamente simples asta avanzados sistemas totalmente automatizados( Los sistemas de protección s#smica se pueden clasi0car en tres cate'or#as3 sistemas activos$ sistemas semi=activos y sistemas pasivos(

%) Siste"%s %ctios Los sistemas activos de protección s#smica son sistemas comple.os %ue incluyen sensores de movimiento$ sistemas de control y procesamiento de datos$ y actuadores din&micos( Estos sistemas monitorean la respuesta s#smica de la estructura en tiempo real$ detectando movimientos y aplicando las "uerzas necesarias para contrarrestar los e"ectos s#smicos( El actuar de los sistemas activos se resume de la si'uiente "orma3 las e+citaciones e+ternas y la respuesta de la estructura son medidas mediante sensores$ principalmente acelerómetros$ instalados en puntos estrat/'icos de la estructura( n al'oritmo de control procesa$ tam!i/n en tiempo real$ la in"ormación o!tenida por los instrumentos$ y determina las "uerzas necesarias %ue de!en aplicar los actuadores para esta!ilizar la estructura( Las "uerzas %ue estos sistemas utilizan son$ 'eneralmente$ aplicadas por actuadores %ue act*an so!re masas$ elementos de arriostre o tendones activos( na de las principales desventa.as de los sistemas activos de protección s#smica$ adem&s de su costo$ es %ue necesitan de una "uente de alimentación e+terna continua para su "uncionamiento durante un sismo( 2o o!stante$ constituyen la me.or alternativa de protección s#smica de estructuras$ ya %ue permiten ir modi0cando la respuesta de los dispositivos en tiempo real$ lo %ue implica un me.or comportamiento de la estructura durante el sismo( Los sistemas de protección s#smica activos an sido desarrollados en Estados nidos y en Bapón( Estos sistemas an sido aplicados principalmente en Bapón$ donde las restricciones de espacio de las 'randes ur!es$ an detonado la construcción de estructuras de 'ran es!eltez(

!; Siste"%s se"i&%ctios Los sistemas semi=activos de protección s#smica$ al i'ual %ue los activos$ cuentan con un mecanismo de monitoreo en tiempo real de la respuesta estructural( Sin em!ar'o$ a di"erencia de los sistemas activos no aplican "uerzas de control directamente so!re la estructura( Los sistemas semi= activos act*an modi0cando$ en tiempo real$ las propiedades mec&nicas de


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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS los dispositivos de disipación de ener'#a( E.emplos de estos sistemas son los amorti'uadores de masa semiactivos$ los dispositivos de "ricción con "ricción controla!le$ y los disipadores con uidos electro= o ma'neto= reoló'icos(

c) Siste"%s '%sios Los sistemas pasivos son los dispositivos de protección s#smica m&s com*nmente utilizados en la actualidad( A esta cate'or#a corresponden los sistemas de aislación s#smica de !ase y los disipadores de ener'#a( Los sistemas pasivos permiten reducir la respuesta din&mica de las estructuras a trav/s de sistemas mec&nicos especialmente dise-ados para disipar ener'#a por medio de calor(

DISIPACI$N DE ENERG(A Los disipadores de ener'#a$ a di"erencia de los aisladores s#smicos$ no evitan %ue las "uerzas y movimientos s#smicos se trans0eran desde el suelo a la estructura( Estos dispositivos son dise-ados para disipar la ener'#a entre'ada por sismos$ "enómenos de viento "uerte u otras solicitaciones de ori'en din&mico$ prote'iendo y reduciendo los da-os en elementos estructurales y no estructurales( Estos dispositivos permiten aumentar el nivel de amorti'uamiento de la estructura( n caso particular de dispositivo de disipación de ener'#a$ %ue a comenzado recientemente a ser utilizado en Cile para la protección s#smica de estructuras$ corresponde a los amorti'uadores de masa sintonizada( Estos dispositivos$ u!icados en puntos estrat/'icos de las estructuras$ permiten reducir la respuesta estructural( Al i'ual %ue los sistemas de aislación s#smica de !ase$ los dispositivos de disipación de ener'#a$ an sido ampliamente utilizados a nivel mundial en el dise-o de estructuras nuevas y en el re"uerzo de estructuras e+istentes(

Benecios * +i"it%ciones !e uso ene0cios3 Los dispositivos de disipación de ener'#a aumentan el nivel de amorti'uamiento de las estructuras$ reduciendo los es"uerzos y de"ormaciones en ellas y sus contenidos( Los es"uerzos$ aceleraciones y de"ormaciones inducidos por un sismo en una estructura con sistemas dedisipación de ener'#a$ pueden ser


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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS entre un ? a F9@ menores %ue los correspondientes a una estructura sin disipadores$ lo'rando reducir el da-o producido a elementos estructurales y no estructurales( Limitaciones de uso3 Al'unos tipos de disipadores pueden re%uerir ser reemplazados parcial o totalmente lue'o de sismos e+cepcionalmente severos( Del mismo modo$ al'unos tipos de disipadores$ %ue si !ien reducen las demandas en la estructura$ pueden incrementar la pro!a!ilidad de %ue se produzcan de"ormaciones residuales permanentes en las estructuras(

AISLACI$N S(SMICA El dise-o de estructuras con aislación s#smica se "undamenta en el principio de separar la superestructura :componentes del edi0cio u!icados por so!re la inter"az de aislación; de los movimientos del suelo o de la su!estructura$a trav/s de elementos e+i!les en la dirección orizontal$ 'eneralmente u!icados entre la estructura y su "undación o a nivel del cielo del su!terr&neo :su!estructura;(Sin em!ar'o$ e+isten casos donde se an colocado aisladores en pisos superiores( La incorporación de aisladores s#smicos permite reducir la ri'idez del sistema estructural lo'rando %ue el per#odo de vi!ración de la estructura aislada sea$ apro+imadamente$ tres veces mayor al per#odo de la estructura sin sistema de aislación( El aislamiento s#smico es utilizado para la protección s#smica de diversos tipos de estructuras$ tanto nuevas como estructuras e+istentes %ue re%uieren de re"uerzo o rea!ilitación( A di"erencia de las t/cnicas convencionales de re"orzamiento de estructuras$ el aislamiento s#smico !usca reducir los es"uerzos a niveles %ue puedan ser resistidos por la estructura e+istente( De!ido a esto *ltimo$ la aislación s#smica de !ase es especialmente *til para la protección y re"uerzo de edi0cios istóricos y patrimoniales(

Benecios * +i"it%ciones !e uso ene0cios3 Los dispositivos de aislación s#smica act*an como 0ltro del movimiento s#smico$ evitando %ue 'ran parte de la ener'#a s#smica se traspase a la estructura aislada$ reduciendo los es"uerzos y por lo tanto$ el da-o producido a elementos estructurales$ no estructurales y contenidos de los edi0cios(


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Limitaciones de uso3 Al'unos tipos de aisladores$ como el caso de los aisladores deslizantes$ re%uieren ser revisados lue'o de sismos e+cepcionalmente severos( De!ido al desplazamiento relativo entre la estructura aislada y el suelo u otras estructuras no aisladas$ todas las especialidades involucradas en un proyecto$ y %ue se puedan ver a"ectadas por el desplazamiento de la estructura aislada$ de!en realizar dise-os especiales de sus sistemas a 0n de acomodar los desplazamientos esperados para el sistema de aislación(


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PROYECTO

OB,ETI#O o

o

Determinar el comportamiento de una estructura "rente a suelos !landos y suelos r#'idos( Promover el uso de disipadores y aisladores s#smicos(

MATERIALES o o o o o o

Carrizo Suelo !lando Suelo r#'ido Cartón prensado Silicona Depósitos pe%ue-os

DESARROLLO o o

o

Se idealizaron dos pórticos a !ase de carrizo( Con el cartón prensado "ormamos una !ase para nuestra estructura( Colocamos los pórticos en dos tipos de suelos3 suelo !lando y suelo R#'ido(

RESULTADOS o

Al colocar cada pórtico en un tipo de suelo distinto$ se pudo o!servar %ue la estructura ten#a comportamientos di"erentes( En am!os casos ocurrió asentamientos yG desplazamientos$ sin em!ar'o el pórtico %ue se encontra!a so!re suelo !lando$ su"rió m&s asentamiento(


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AILADORES Y DISIPADORES SISMICOS CONCLUSIONES

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4eneralmente todas las estructuras su"ren da-os de!ido a asentamientos yGo desplazamientos provocados por las "uerzas s#smicas o por su mismo peso propio$ es necesario %ue ante este pro!lema se opte por soluciones para evitar los da-os %ue pueden ocasionar la muerte de las personas( Realizar un !uen dise-o estructural$ teniendo en cuenta siempre el tipo de suelo en el %ue se encuentra la edi0cación( Evitar la resonancia el e"ecto de resonancia en las edi0caciones(

SUGERENCIAS

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Investi'ar y promover el uso de sistemas de protección s#smica como disipadores y aisladores s#smicos( Realizar dise-os teniendo en cuenta la microzoni0cación s#smica del lu'ar donde se construir&( Realizar un adecuado estudio de suelos( Realizar capacitaciones continuas por parte de las universidades acerca de sistemas de protección antis#smica moderna(


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BIBLIOGRAFIA

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Re'lamento 2acional de Edi0caciones ttp3GGHHH(em!(clGconstruccionGarticulo(mvc+idJ>FK?


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INDICE

T%-+% !e conteni!o I28RODCCIO2(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( ⇒

4E2ERALIDADES DE DISEO A28ISSMICO E2 CO2CRE8O ARMADO(((((( ((

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CO2CEP8OS((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ((

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CAPACIDAD POR8A28E3(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ((

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CAPACIDAD DE CAR4A A COR8O Y A LAR4O PLA
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8IPOS DE CIME28ACIO2ES3(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( A; CIME28ACIO2ES SPER1ICIALES3((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( ; CIME28ACIO2ES PRO12DAS3(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ((

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SIS8EMAS DE PRO8ECCIO2 SISMICA(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ((

Los sistemas de protección s#smica de estructuras utilizados en la actualidad incluyen desde dise-os relativamente simples asta avanzados sistemas totalmente automatizados( Los sistemas de protección s#smica se pueden clasi0car en tres cate'or#as3 sistemas activos$ sistemas semi= activos y sistemas pasivos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( a; Sistemas activos(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( !; Sistemas semi=activos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( c; Sistemas pasivos((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( (( ⇒

PROYEC8O((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( OBE8I5O(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( MA8ERIALES(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( DESARROLLO(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( RESL8ADOS(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((

CO2CLSIO2ES(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( S4ERE2CIAS(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ILIO4RA1IA((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( I2DICE((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((


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