Disipadores de energía mecánica

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Los disipadores de energía permiten construir estructuras en altura más económicas y con altos niveles de seguridad durante sismos severos.

CONCEPTO:

La disipación de energía se logra mediante la introducción de dispositivos especiales en una estructura, con el fin de reducir las deformaciones y esfuerzos sobre ella.

Estos dispositivos reducen la demanda de deformación y esfuerzos producidos por el sismo mediante el aumento del amortiguamiento estructural.

Como resultado los esfuerzos inducidos por el sismo en la estructura pueden ser hasta un 50% menores que los correspondientes a la estructura sin disipadores, reduciendo sustancialmente las incursiones inelásticas (daño) de la estructura.

La estructura sin disipadores de energía sobrevive el sismo severo disipando energía en sus elementos principales, los que sufren daño.

En la estructura con disipadores, la energía es absorbida por estos dispositivos reduciendo significativamente las deformaciones y el daño estructural.

VENTAJAS

La seguridad estructural es entre un 50 y un 100% mayor que un edificio convencional

Se protegen los contenidos

Se evita la paralización post-sismo

Se puede utilizar tanto en edificios como en equipos industriales para el control de vibraciones

Teoría

Los disipadores de energía modifican la propiedad dinámica de amortiguamiento del sistema estructural de modo que las vibraciones inducidas por la excitación son absorbidas por estos dispositivos.

 Su utilización es especialmente adecuada en edificios flexibles fundados sobre cualquier tipo de suelo.

La disipación de energía se realiza a través del comportamiento plástico de metales dúctiles, la extrusión del plomo, la deformación de corte de polímeros viscoelásticos, la pérdida de energía en fluidos viscosos circulando a través de orificios, la fricción seca entre superficies en contacto bajo presión, etc.

SISTEMAS PASIVOS

De aislamiento sísmico

Estos dispositivos son colocados en la base o cimentación de la estructura. Se distinguen los siguientes:

·         Soportes con elastómeros.

·         Soportes de plomo y caucho.

·         Soportes con elastómeros con dispositivos disipadores de energía.

·      Péndulo de fricción deslizante.

· Soportes deslizantes planos con dispositivos de restauración de fuerzas.

·  Soportes deslizantes. Lubricados con dispositivos de disipación de energía

DISPOSITIVO

Disipadores Metálicos

Los dispositivos metálicos se caracterizan por tener un comportamiento histerético dúctil que es, en gran medida, independiente de la velocidad de deformación .

Disipador ADAS

Este sistema consiste en un conjunto de placas paralelas de forma ahusada de modo que la fluencia sea uniforme en la altura.

Disipador Honey-Comb

Este dispositivo consiste también en placas ahusadas como el ADAS, pero trabajando en su plano.

"Unbonded Braces“

Consiste en una diagonal de acero que fluye dentro de una sección de hormigón que la confina. Su principio básico de funcionamiento es prevenir el pandeo de Euler cuando el elemento de acero fluye en compresión.

Disipadores Friccionales

Los dispositivos metálicos se caracterizan por tener un comportamiento histérético que se logra a través de la fricción seca entre dos metales.

El principio básico de los disipadores friccionales consiste en utilizar la deformación relativa entre dos puntos de una estructura para disipar energía a través de fricción.

Estos dispositivos van desde las más simples conexiones con orificios ovalados (SBC) hasta complejos dispositivos como el EDR.

Conexión SBC (Slotted Bolted Connection)

Este dispositivo es el más simple de todos.

Consiste en una uníón de dos placas paralelas (de acero) interconectadas entre si a través de láminas (p.E. De bronce) y pernos de alta resistencia. El deslizamiento entre las placas se produce a través de orificios ovalados.

SEMI ACTIVOS: Aisladores de base (Elastomericos con alma de plomo)

Sistema PALL

Utiliza la deformación relativa de entrepiso y la deformación angular del paralelógramo central (ver figura) como medio de disipación.

Sistema EDR (Energy Dissipating Restraint)

Este disipador pertenece a una gran familia de dispositivos friccionales similares.

 El sistema utiliza resortes pretensados y topes para obtener un comportamiento de gran capacidad de disipación.

Dispositivo de fricción por golillas

En este caso la disipación se logra por la fricción producto del giro relativo entre placas metálicas.

Disipadores Viscosos

El principio básico de funcionamiento consiste en movilizar un elemento a través de un fluido viscoso.

Esto genera fuerzas que se oponen al movimiento del elemento, de magnitud proporcional a la velocidad.

Los fluidos viscosos (FV), tales como siliconas, aceites, etc. Han sido utilizados con eficiencia en la generación de dispositivos disipadores de energía hace ya varias décadas en la industria militar y aeroespacial.

Estudio y desarrollo de ensayos dinámicos a escala natural de aisladores sísmicos y disipadores de energía para esto se cuenta con un marco de carga de 100 toneladas

Disipadores Viscoelásticos

El principio básico de funcionamiento consiste en movilizar un elemento a través de un fluido viscoso.

 Esto genera fuerzas que se oponen al movimiento del elemento, de magnitud proporcional a la velocidad.

Los fluidos viscosos (FV), tales como siliconas, aceites, etc. Han sido utilizados con eficiencia en la generación de dispositivos disipadores de energía hace ya varias décadas en la industria militar y aeroespacial

Construcción Sismoresitente Aplicaciones en Chile

Análisis Sísmico

Torre Titanium

Los modelos estructurales se desarrollaron en
ETABS 8 de CSI.

Los esfuerzos sísmicos quedan controlados por el corte basal mínimo impuesto en la norma NCh433

Se decidíó incorporar disipación sísmica
para controlar las deformaciones asociadas a eventos sísmicos y a la acción del viento.

El estudio y diseño de la disipación sísmica fue desarrollado por SIRVE S.A.

Para la dirección transversal se propusieron disipadores metálicos.

Para la dirección transversal se propusieron disipadores metálicos.

Se escogieron dispositivos UFP por su buen comportamiento en ensayos.

Tienen adecuada capacidad de transferencia de corte.

Sistema antisísmico

Cada tres pisos el edificio cuenta con disipadores de energía que le permiten disminuir la oscilación del edificio por efecto de un sismo y/o un viento hasta en un 40% aproximadamente.

Estos disipadores en forma de X, absorben la energía del movimiento y la disipan a través de amortiguadores

Otros Proyectos de Aislación Sísmica

Ventajas de la aislación sísmica

Aumenta la seguridad estructural entre 6 y 8 veces respecto a edificios convencionales.

Al disminuir las aceleraciones se protegen daños a individuos y contenidos.

Se produce mucho menos daño en la estructura del edificio, permitiendo mantener su operación ante un sismo severo.

Se ha verificado en sismos reales el buen comportamiento de las estructuras aisladas (Northridge ‘94, Kobe ’95).

Existe la norma NCh2745 oficial desde el 2003.

El proceso de transferencia tecnológica ha permitido considerar aislación sísmica en edificios importantes.

Edificio Parque Araucano desarrollado por VMB y SIRVE, Es el primero en Sudamérica en tener un AMS (amortiguador de masa sintonizada)

Taipei 101, Masa sintonizada.

Altura del edificio: 508 metros

Peso esfera: 740 Toneladas

Diámetro esfera: 5.4 metros

Costo aproximado AMS: USD $4 millones

Reducción de drift: 30% a 40%

Hospital Militar de La Reina

Se usaron 164 aisladores en edificio de 50.000m² (50 núcleo de plomo)

En la IX Región

Edificio Marina Paihue, ubicado en Pucón

DISEÑO ESTRUCTURAL

2.1 NORMATIVA UTILIZADA Para el desarrollo del proyecto se han utilizado principalmente las siguientes normas:

•NCh433.Of96 Diseño sísmico de edificios

• NCh2745.Of2003 Análisis y diseño de edificios con aislación sísmica

•ACI318 Building Code Requirements for Structural Concrete

•PCI Design Handbook. Precast and Prestressed Concrete

CRITERIOS DE DISEÑO

Detallamiento: Para el diseño estructural del edificio se buscó cumplir con todos los requisitos que establece el código ACI318 para “marcos especiales resistentes a momento”.

Corte mínimo: De acuerdo a los requisitos estipulados por la norma NCh433 y el período del sistema aislado, la estructura ha sido diseñada con el corte mínimo, es decir, 5%.

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