REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA – APURE SECCIÓN 08-ICV-D03
DISEÑAR UN SIMULADOR SÍSMICO CAPAZ DE TRABAJAR CON DIFERENTES MAGNITUDES UE DEVUELVA RESULTADOS DESCRIPTIVOS ACERCA DEL FENÓMENO!
FACILITADRORA"
BAC#ILLERES"
ING! ALEJANDRA RUIZ
BO#ORUEZ LEONARDO C!I! $3!%00!$&% LORETO EREMAR C!I! $0!%$3!'%$ SILVA VICENTE VICE NTE C!I! $3!&(%!83)
SAN FERNANDO! OCTUBRE DE $0*'
INIDICE PAG! INTRODUCCION++++++++++++++++++++++++!!3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA+++++++++++!!+++!!!) OBJETIVO GENERAL+++++++++++++++!+++++!!+!' OBJETIVOS ESPECIFICOS++++++++++++++!!!++!!++!' JUSTIFICACION+++++++++++++++++++++++!!+' BASES TEORICAS+++++++++++++++++!!!++++!&-*$ DESARROLLO DEL PROTOTIPO+++++++++++++++*3-*) CONCLUSIONES , RECOMENDACIONES++++++++++++*'
INTRODUCCION
Un terremoto es el movimiento brusco de la Tierra, causado por la brusca liberación de energía acumulada durante un largo tiempo. En general se asocia el término con los movimientos sísmicos de dimensión considerable, etimológicamente significa "movimiento de la Tierra". Los eventos sísmicos recientes han incrementado el interés de los ingenieros por
desarrollar
sistemas para reducir
las desastrosas
consecuencias de los terremotos, y así minimiar las pérdidas humanas y materiales, los simuladores sísmicos son una de las herramientas principales para este tipo de e!perimentación, en este trabao se presenta el dise#o de un simulador de terremoto mediante la incorporación de resortes, pretendiéndose contribuir con la educación de nuestra población a manera de estudiar las causas y efectos de los terremotos, puesto $ue los riesgos son propiciados por los mismos seres humanos. Los problemas de la improvisación son a veces m%s graves $ue el evento mismo. La meor manera de contribuir es conociendo el problema a través de un simulador.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Uno de los fenómenos m%s comunes dentro de la ingeniería, son las fallas producidas por movimientos din%micos, los cuales siempre est%n presentes en los diferentes tipos de estructuras y e$uipos. En estos movimientos, consideramos fenómenos naturales como los terremotos &perudiciales para las estructuras', (enómenos naturales impredecibles y catastróficos como los terremotos, siempre est%n presentes a una muy baa escala, pero en ocasiones aumentan a niveles destructivos, tanto para las estructuras y
e$uipos como para la
vida
humana. ) este
fenómeno natural se suman otros, como los efectos causados por las fueras $ue el viento
eerce
deformaciones y rupturas en
sobre las estructuras. Estos producen untas,
cone!iones, marcos,
vigas,
sistemas de abraadera, entre otros.
)sí surge la necesidad de crear e$uipos y estructuras $ue soporten y amortig*en de la meor manera posible estos fenómenos, minimiando las pérdidas humanas y materiales.
+or tal motivo se busca construir un simulador de un terremoto empleando a fin de demostrar de forma detallada cómo ocurre este evento y sus efectos.
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OBJETIVO GENERAL ise#ar un simulador sísmico capa de trabaar con diferentes magnitudes $ue devuelva resultados descriptivos acerca del f enómeno.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
ise#ar un simulador sísmico de forma manual a escala pe$ue#a para una mesa sísmica.
-dentificar, definir y cuantificar los par%metros $ue permitan evaluar el nivel de vulnerabilidad en la $ue se encuentra en una estructura ante la ocurrencia de un terremoto.
enerar movimientos bia!iales para el evaluó de la sismo/ resistencia de una estructura.
JUSTIFICACION Los población,
movimientos sísmicos ocurridos han temor,
in$uietud
y
muchas
provocado
e!pectativas
en la
debido
al
desconocimiento $ue hay acerca de los terremotos y de cómo se debe actuar antes, durante y después del mismo. +or lo cual se propone un modelo de estructural o de innovación estructural demostrando por medio del simulador sísmico como act0a mediante estos eventos, tratando así de garantiar una meor capacidad de resistencia en las estructuras
BASES TEORICAS 5
SISMO 1e puede definir un sismo como una liberación s0bita de energía de deformación de la tierra, acumulada durante a#os en los sitios de la cortea terrestre en los cuales tiene lugar esa deformación. Las causas principales de las deformaciones de la cortea se encuentran en las fueras $ue arrastran a los sectores de los $ue est%n compuestas &las llamadas placas tectónicas', y a las $ue se oponen fueras contrarias en las placas adyacentes. 1obre la naturalea de todas estas fueras no hay claridad suficiente a0n, pero $ue pueden deberse o bien a las altas temperaturas interiores de la Tierra, o a la fuera de gravedad. Los sismos originados por esta causa tienen generalmente una profundidad media a alta.
TIPOS DE SISMOS S./. 12145.2 producen el 34 5 de los terremotos y dean sentir sus efectos en onas e!tensas, pueden ser sismos interplaca &ona de contacto entre placas' o sismos intraplaca &onas internas de estas'. Los sismos de interplaca se caracterian por tener una alta magnitud &6', un foco profundo &74 8m.', y los sismos de intraplaca tienen magnitudes pe$ue#as o moderadas.
S./. 675.2 se producen como consecuencia de la actividad propia de los volcanes y por lo general son de pe$ue#a o baa magnitud y se limitan al aparato volc%nico En las etapas previas a episodios de actividad volc%nica mayor se presentan en n0mero reducidos &algunos sismos por día o por mes' y durante una erupción la actividad sísmica aumenta hasta presentar decenas o cientos de sismos en unas horas. 1eg0n indican las estadísticas mundiales, muy pocas veces han rebasado los 9 grados en la escala de magnitud.
S./. 7972.2 afectan a una región muy pe$ue#a y se deben a hundimientos de cavernas y cavidades subterr%neas: trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a
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desliamientos de terrenos $ue reposan sobre capas arcillosas. ;tro sismo local es el provocado por el hombre originado por e!plosiones o bien por colapso de galerías en grandes e!plotaciones mineras. También se ha supuesto $ue e!perimentos nucleares, o la fuera de millones de toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podría producir tal fenómeno.
ONDAS SÍSMICAS esde el hipocentro se generan dos tipos de ondas2
O5:9. ;</9<9.2 ondas + o longitudinales &las primeras en producirse', son vibraciones de oscilación donde las partículas sólidas del medio se mueven en el mismo sentido en $ue se propagan las ondas con velocidades $ue oscilan entre 9 e <=,9 8m>s. +or producir cambios de volumen en los materiales se les llama también de compresión: son las de mayor velocidad y se propagan en todos los medios. ;ndas secundarias2 ondas 1 o transversales, son las segundas en llegar, producen una vibración de las partículas en dirección perpendicular a la propagación del movimiento con velocidades $ue oscilan entre =,6 e 6,7 8m>s. ?o alteran el volumen, son m%s lentas $ue las ondas + y no se propagan a través de los fluidos. Las ondas compresionales y transversales son también conocidas como ondas internas por$ue pueden viaar en el interior de un sólido el%stico.
EFECTOS DE LOS SISMOS
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La capacidad de destrucción de un sismo depende de la combinación de los siguientes aspectos2
@agnitud istancia al foco donde se origina el terremoto. Aaracterísticas del suelo, en especial su capacidad de amplificar las ondas del sismo $ue llegan a través de las
rocas Besistencia de los elementos físicos sometidos a las fueras
generadas por el temblor. rado de preparación $ue tenga la población y las instituciones para comportarse adecuadamente antes, a la hora, y después de lo ocurrido.
@uchos de los da#os causados por un terremoto, se deben no solo a la violencia de la sacudida, sino $ue también en muchas ocasiones a otros fenómenos igualmente destructivos $ue pueden acompa#ar al evento. Los efectos m%s comunes provocados por los eventos sísmicos son los siguientes2
D2.1<=45 :2 6625:9.2 la destrucción de viviendas puede considerarse como el efecto de mayor impacto y con un alto costo social para la población.
D2.1<=45 :2 I5><92.1<=1=<9 ?9<<212<9.@ 7529. 61972. ;=2512.'2 adem%s de los inconvenientes $ue generan durante la atención de los desastres, la destrucción de las vías de comunicación terrestre, causan un impacto importante en la economía al impedir el transporte eficiente de productos así como el intercambio de bienes y servicios con la región afectada.
D9. :62<.. 97 .=272 por las características de los suelos, causa problemas importantes a nivel de infraestructura, líneas vitales y a la actividad agrícola. Los da#os m%s importantes han sido fracturas,
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asentamientos, licuefacción &el terreno se comporta como arenas movedias o bien presenta eyección de lodo de manera s0bita'.
D2.79/251. :2<<=/2.2 permanentemente sus efectos causan graves da#os a la ecología, viviendas, edificios, carreteras, puentes, líneas de transmisión eléctrica, acueductos, etc.
T.=59/. /9<2/1.2 la mayoría se originan por eventos sísmicos de gran magnitud con epicentro en el fondo del mar.
SIMULADOR SÍSMICO El 1imulador sísmico es un aparato de ensayos e!perimentales para probar la resistencia sísmica de una estructura. Ese aparato de prueba es capa de imponer vibraciones a elementos o a modelos de estructuras enteras, reproduciendo el movimiento del suelo en caso de terremotos.
UTILIZACION 1on utiliados dentro del campo de la ingeniería sísmica como herramienta fundamental para investigar la eficacia de nuevos materiales, dispositivos y técnicas constructivas antisísmicas. Coy en día los modernos simuladores sísmicos est%n típicamente dotados con una plataforma rectangular capa de movimientos a seis grados de libertad por medio de actuadores, mientras los primeros aparatos de este tipo, inventados en la Universidad de ToDio en <3= para caracteriar a las técnicas constructivas, operaban mediante una simple rueda mec%nica. )lgunas mesas vibratorias pueden reproducir también otros tipos de vibraciones, como las de los medios de transporte. Aonsecuentemente son aplicadas a los procesos de calificación de vehículos y componentes
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de vehículos $ue tienen $ue respetar re$uisitos de vibraciones muy e!igentes &aplicaciones aeroespaciales, militares, etc.'.
CARACTERÍSTICAS BSICAS DE SIMULADORES @ec%nica
)ctuadores Cidr%ulicos. ise#o de @a$uinas.
Electrónica
1ensores de deformación y esfueros. +rocesamientos digitales de 1e#ales.
-ngeniería Aivil
Bigide @asa )mortiguamiento.
AMORTIGUADOR SÍSMICO Es un sistema entre la subestructura y la superestructura de edificios, $ue
permite
meorar
la
respuesta
sísmica
y
proporcionando
amortiguamiento y absorción de energía, reduciendo sus deformaciones. La disipación de energía se logra mediante la introducción de dispositivos especiales en una estructura, con el fin de reducir las deformaciones y esfueros sobre ella. Estos dispositivos reducen la demanda de deformación y esfueros producidos por el sismo mediante el aumento del amortiguamiento estructural.
TIPOS DE AMORTIGUADORES SÍSMICOS L. A/<1=9:<2. V... son elementos $ue funcionan en base a un pistón hidr%ulico $ue opera con aceite de silicona y sin v%lvulas mec%nicas. Estos dispositivos disipan energía sin sufrir da#o en su
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interior, lo $ue implica una ventaa con respecto a otros tipos de disipadores disponibles en el mercado como son los met%licos !
A/<1=9:<2. ;< ><45 son disipadores $ue utilian el mecanismo
de
fricción
entre
dos
cuerpos
sólidos
desli%ndose
relativamente uno respecto al otro para proveer la disipación de energía deseada. El obetivo es disminuir el movimiento de los edificios frenando en ve de $uebrando. 1e caracterian por tener un comportamiento histeretico $ue se logra a través de la fricción seca entre dos metales, consiste en utiliar la deformación relativa entre dos puntos de una estructura para disipar energía a través de fricción.
A/<1=9:<2.
/217.
los
dispositivos
met%licos
se
caracterian por tener un comportamiento histeretico d0ctil $ue es, en gran medida, independiente de la velocidad de deformación.
D.;9:< ADAS2 este sistema consiste en un conunto de placas paralelas de modo $ue la fluencia sea uniforme en la altura.
D.;9:<
TADAS2
Aonunto
de
placas
triangulares
dispuestas a fle!ión fuera de su plano. Es muy similar al adas.
D.;9:< #ONE,-COMB" Este dispositivo consiste también en placas ahusadas como el adas, pero trabaando en su plano.
A/<1=9:<2. V.27.1. los disipadores Fiscoel%sticos sólidos est%n formados con chapas met%licas unidas con capas finas de material Fiscoel%sticos. 1u acción disipativa se basa en el aumento del amortiguamiento estructural.
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CARACTERÍSTICAS UE POSEEN LOS AMORTIGUADORES
esempe#o bao todas las cargas de servicio, verticales y horiontales. eber% ser tan efectiva como la estructura convencional.
+rovee la fle!ibilidad horiontal suficiente para alcanar el periodo natural de la estructura aislada.
Aapacidad de la estructura de retornar a su estado original sin desplaamientos residuales. +rovee un adecuado nivel de disipación de energía, de modo de controlar los desplaamientos $ue de otra forma pudieran da#ar otros elementos estructurales.
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DESARROLLO DEL PROTOTIPO
El dise#o del simulador sísmico esta divido en dos niveles, en el nivel uno se encuentra una base de madera macia
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VISTA DE PLANTA
VISTA TRANSVERSAL
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CONCLUSIONES , RECOMENDACIONES Los sistemas de simulación de sismos son muy importantes, para orientar y educar sobre el tema de los desastres naturales, $ue pueden ocasionar graves pérdidas humanas: afectando la economía de la ona en la $ue ocurren los sismos. Es por eso $ue éste estudio de investigación se resume en lo siguiente2 1e realió el estudio, dise#o y construcción del prototipo, de un simulador de terremoto incorporando un sistema de compresión y tensión proporcionado por resortes. El 1imulador de sismo dise#ado en esta investigación es un sistema manual $ue simula y eval0a la vulnerabilidad de una edificación, este
puede
servir
como
prototipo
de
referencia
para
futuras
investigaciones aplicadas en diferentes %mbitos. Los desastres naturales como el caso de los sismos de alta intensidad son impredecibles, a continuación se manifiestan algunas recomendaciones $ue consideramos las m%s importantes2 • • • •
Utiliar el simulador para educar la comunidad. Bealiar 7 veces al a#o simulaciones de evacuación. Elaborar folletos informativos. @eorar el dise#o sismo resistente de las estructuras civiles, estudiar el desempe#o de dispositivos de control estructural y analiar la capacidad de disipación de energía de las estructuras.
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