Sistemas Modernos de Proteccion Sismica

Maestría en Ingeniería Civil – Mención en Estructuras

Sistemas de Protección Sísmica de Edificios

Sistemas de Protección Sísmica

Sistemas Pasivos

Sistemas Híbridos

Sistemas Activos

Aisladores de Base

Aisladores Activos

Masas Activas

Disipadores de Energía

Aisladores Semi-Activos

Arriostres Activos

Masas Sintonizadas

Masas Sintonizadas Semi-Activas

Control Adaptivo

SISTEMAS PASIVOS ESTRUCTURA CONVENCIONAL Excitación

Estructura

Respuesta

ESTRUCTURA CON SISTEMA PASIVO SP Excitación

Estructura

Respuesta

SISTEMAS ACTIVOS Sensores

Controlador

Sensores

Actuadores

Excitación

Estructura

Respuesta

Los procesadores en tiempo real procesan la información Los sensores instalados en la estructura miden las excitaciones proveniente de los sensores, y calculan las fuerzas de necesarias externas y la respuesta dinámica de la estructura. basándose en un algoritmo de control.

SISTEMAS HÍBRIDOS Sensores

Controlador

Sensores

Actuadores

SP

Excitación

Estructura

Respuesta

SISTEMAS ACTIVOS E HIBRIDOS

SISTEMAS ACTIVOS

Masa Activa

Arriostres y Tendones Activos

MASA SINTONIZADA ACTIVA

KYOBASHI SEIWA BLDG

Masas Activas: Princ. 4Ton, Sec. 1Ton

OSCILADOR HÍBRIDO

Landmark Tower, Yokohama, Japón

OSCILADOR HÍBRIDO

Shinjuku Park Tower, Tokyo, Japón

DISIPADOR MAGNETO-REOLOGICO

SISTEMAS PASIVOS

SISTEMAS PASIVOS

Aisladores de Base

Masas Sintonizadas

Disipadores de Energía.

AISLADORES DE BASE

AISLADORES ELASTOMÉRICOS Caucho natural Caucho con núcleo de plomo Caucho de alto amortiguamiento

LRB

AISLADORES DESLIZANTES Electricitè de France, EERC Combinado, TASS Elástico Friccionante, Pendular Friccionante (FPS)

Friction Pendulum System FPS

DISIPADORES DE ENERGÍA

DISIPADORES HISTERÉTICOS  

Metálicos (Flexión, Torsión, Corte, Extrusión) Friccionantes

DISIPADORES VISCOELASTICOS  

Sólidos Viscoelásticos Fluidos Viscoelásticos

CURVAS DE HISTÉRESIS

DISIPADORES DE ENERGÍA

Disipadores de Fluido Viscoso

Disipador Nippon Steel

AISLADOR + DISIPADOR

Base Teórica del Aislamiento de Base

Sistema aislado de 2 gdl

mus  c(us  ub )  k s (us  ub )

mus  mbub  cb (ub  ug )  kb (ub  ug )

Ecuación del movimiento (Desp. Relativos)

vb  ub  u g Despl. de la base c/r al suelo v s  u s  ub

Despl. de la estructura c/r a la base

ms ms  vs  c s 0  vs  k s m M      0 c      0 b  vb    s  vb   donde M  ms  mb En forma matricial: Mv  Cv  Kv  Mr u  g

0  v s  ms      k b  vb  ms

ms  0  ug  M  1 

Ordenes de magnitud y parámetros estructurales

• mb < ms • s = ( ks/ms )1/2 >> b = ( kb /M )1/2 •  = ( b/s )2

= O(10-2)

•  = ms/M < 1 • s = cs/(2mss) = O( ) •  b = cb/(2Mb) = O( )

Modos y frecuencias de vibración

  φ1    1

φ2

1  b (1   )

1/ 2

*  b

 1  1                 1  

 2   s /(1   )

1/ 2

*  s

Ecuación del movimiento (Coordenadas modales)

Cambio de coordenadas: v s (t )  v (t )     φ1q1(t)  φ 2 q 2(t) vb (t ) Asumiendo amortiguamiento clásico: T φ * * 1 mr q1  2 b b q1   b q1   T ug  1ug φ1 mφ1 T φ * * 2 mr q2  2 s  s q 2   s q 2   T ug  2 ug φ 2 mφ 2

Factores de participación

φ 1T mr 1  T  1   φ 1 mφ 1 φ T2 mr 2  T   φ 2 mφ 2 Si las frecuencias  b y  s están bien separadas, entonces

 es muy pequeño. Por tanto 1  1 y 2 es muy pequeño. La participac ión del modo 1 (def. aislamient o) es completa. La participac ión del modo 2 (def. estructural) es ínfima.

Modo estructural y excitación sísmica

La excitación sísmica está caracterizada por el vector 0 r ug   ug 1  El primer modo (aislamien to) es   0 φ1        r 1  1  Entonces, como φ T2 mφ1  0 (ortogonalidad de los modos) se tiene que φ T2 mr  0, lo que significa que el modo estructural es prácticamente ortogonal a la excitación sísmica.

Factores de amortiguamiento

Modo 1 (aisladore s)  b

 3    b 1      b  2 

Modo 2 (estructura) 1/ 2   s  b  s     s 1/ 2 1/ 2  (1   )   (1   )

Respuesta máx. de desplazamientos relativos

Estructura con Base Fija v s bf

max

 S d  s ,  s 

Estructura con Base Aislada v s ba

max

vb ba

max

 SV  b ,  b     S d  b ,  b  b SV  b ,  b    S d  b ,  b  b

Aislada (base)

Base Fija Aislada (estr.)

Coeficiente de cortante basal

V C  ms Estructura con Base Fija Cbf  S pa  s ,  s  Estructura con Base Aislada Cba

    S pa  b ,  b 1    1    

1/ 2

 S pa  b ,  b 

Base Fija

Aislada (estr.)

Aplicaciones de Aislamiento Sísmico

Fire Command and Control Facility, California 32 HDR, costo 6% menos

University of Southern California Teaching Hospital 68 LRB, 81 NRB. Funcional luego de Northridge

San Francisco City Hall, California 530 LRB

Oakland City Hall California 110 LRB

Hearst Mining Building UC Berkeley California

U.S. Court of Appeals San Francisco, California 256 FPS

Puente Benicia-Martinez, California FPS

Terminal Internacional SFO, California FPS

Proyecto UNIDO Indonesia



Chile

Chile

Chile

DISEÑO PRELIMINAR DE UN EDIFICIO PERUANO CON AISLAMIENTO SÍSMICO

Tesis de Javier Zevallos Noviembre 2001

MODELO ESTRUCTURAL

AISLADORES

25 mm

16.7 mm 272 mm

2 mm

25 mm 590 mm 600 mm

ANÁLISIS ESPECTRAL 1.6

Pseudo-Aceleración Espectral (g)

1.4

1.2

Edificio con Base Fija

1.0

0.8

0.6

Edificio con Aislamiento Sísmico

0.4 0.2

0.0 0.0

0.5 Sismo X-X Sismo Y-Y

1.0

1.5 Periodo (seg)

2.0

2.5

3.0

ANÁLISIS ESPECTRAL X-X

141.88 17.33 124.55 20.13 104.42 22.79 81.63 24.55 57.08 24.39 32.69 20.66 12.03 12.03

Desplazamientos relativos a la Base (mm) Desplazamientos de Entrepiso (mm)

58.04 5.85 52.19 7.01 45.18 8.27 36.91 9.37 27.54 9.90 17.64 9.40 8.24

8.24

Desplazamiento de la Base = 178.95 mm

ANÁLISIS ESPECTRAL Y-Y

87.06

14.11 72.95 14.79 58.16 14.82 43.34 14.12 29.22 12.55 16.67 10.06 6.61 6.61 Desplazamientos relativos a la Base (mm) Desplazamientos de Entrepiso (mm)

29.98 3.92 26.06 4.18 21.88 4.39 17.49 4.53 12.96 4.51 8.45 4.28

4.17 4.17

Desplazamiento de la Base = 187.01 mm

ANALISIS DE RESPUESTA EN EL TIEMPO

Sismo X-X

Sismo Y-Y

ESTUDIO TEORICO DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE CONSTRUCCIONES DE VIVIENDA CON AISLAMIENTO DE BASE

Tesis de Claudia Guardia y César Sotelo Diciembre 2001

Módulo de Albañilería

Espectro de Pseudoaceleración Norma E-030

Señal sintética de aceleración (E-030) Señal de aceleración generada (Norma)

1.5

1

Aceleración (g)

0.5

0

-0.5

-1

-1.5 0

5

10

15

20

25

Tiempo (segundos)

30

35

40

45

Análisis no lineal - deformaciones

Módulo sin aislar

Módulo aislado

Análisis no lineal Muro Módulo aislado 15.0

Muro módulo sin aislar

10.0

Fuerza cortante (kN)

80

60

0.0

-5.0

20 -10.0

0

-15.0 -0.0002

-20

-0.0002

-0.0001

-0.0001

0.0000

0.0001

0.0001

0.0002

0.0002

Distorsión angular

-40 8.0

-60 6.0

-80 -0.006

-0.004

-0.002

0.000

0.002

0.004

0.006

4.0

Distorsión angular

Aislador



40

5.0

2.0

0.0

-2.0

-4.0

-6.0

-8.0 -0.10

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

Distorsión angular

0.04

0.06

0.08

0.10

Resumen ELEMENTO

PARAMETRO MEDIDO

VALORES MÁXIMOS

BASE FIJA

BASE AISLADA

Muro

Fuerza cortante resistente(kN)

60

60

9.3

Viga

Momento resistente (kN.m)

2.5

2.5

0.7

Columna

Momento resistente (kN.m)

1.9

1.9

0.2

Aislador

Desplazamiento máximo (mm)

150

--

90

Sistemas Modernos de Proteccion Sismica

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