Aisladores SísmicosPéndulo de Fricción

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02 Aisladores Sísmicos Péndulo de Fricción

Los Apoyos de Péndulo de Fricción son aisladores sísmi-cos que se encuentran instalados entre una estructura y sus cimientos para proteger la estructura soportada de los movimientos sísmicos. Usando la tecnología de Péndulo de Fricción, es rentable construir estructuras que resistan elás-ticamente los movimientos sísmicos sin daño estructural.

Los Apoyos de Péndulo de Fricción usan las características del péndulo para alargar el periodo natural de la estructu-ra aislada para así evitar las fuerzas telúricas más fuertes. Durante un sismo, la estructura soportada se mueve en pe-queñas oscilaciones pendulares. Ya que los desplazamientos

inducidos por terremotos se producen principalmente en

los Apoyos, las cargas laterales transmitidas a la estructura

se reducen significativamente.

El Apoyo de Péndulo Simple es el aislador de Péndulo de

Fricción original. Este aislador mantiene el apoyo de la

carga vertical en el centro del elemento estructural. Esto

ofrece ventajas en los costos de construcción si el sistema

estructural es débil, ya sea encima o debajo del Apoyo. El

Apoyo también tiene una altura pequeña, lo cual puede ser

ventajoso en algunas instalaciones.

1«1. Aisladores sísmicos para la protección de edificios, puentes y facilidades industriales

Apoyo de Péndulo Triple

03 Aisladores Sísmicos Péndulo de Fricción

El Apoyo de Triple Péndulo incorpora tres péndulos en un solo Apoyo, cada uno con propiedades seleccionadas para optimizar la respuesta de la estructura a diferentes fuerzas sísmicas y frecuencias.

En ambos casos, al producirse el desplazamiento sobre un pla-no horizontal en cualquier dirección, el deslizador se desplaza horizontalmente sobre la superficie esférica cóncava causando adicionalmente un desplazamiento vertical de toda la estruc-tura (es la elevación de todo su peso), lo cual consume una gran cantidad de energía. El deslizador regresa a su centro por

efectos de la gravedad produciendo calor en las superficies en contacto. La consecuencia de lo anterior es la disipación de la energía sísmica en trabajo y calor.

También existen los Apoyos a Tensión que puede acomodar cargas estructurales verticales que varían de compresión a tensión durante los movimientos sísmicos. Este Apoyo pue-de reducir sustancialmente costos estructurales mediante la prevención del levantamiento de un elemento estructural principal, y puede eliminar problemas de vuelcos potencia-les o largos movimientos sísmicos verticales.

Apoyo de Péndulo Simple

Apoyo con capacidad a Tensión

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2«2. El Apoyo de Triple Péndulo

El Apoyo de Triple Péndulo ofrece mejor desempeño sísmico, reduce los costos a comparación de las tecnologías convencio-nales de asilamiento sísmico. Las propiedades de cada uno de los tres péndulos que conforman el Apoyo de Triple Péndulo son elegidas para tornarse secuencialmente activas a diferen-tes fuerzas. A medida que el sismo incrementa su fuerza los desplazamientos del Apoyo se incrementan. A mayores des-plazamientos, la longitud efectiva del péndulo y el amortigua-miento efectivo aumentan, lo que resulta en fuerzas sísmicas y desplazamientos del Apoyo más bajos.

El aislador Interno del Triple Péndulo está compuesto por un deslizador interno que se desliza a lo largo de dos su-perficies esféricas cóncavas. Las propiedades del péndulo interno se escogen generalmente para reducir los picos de aceleración que actúan en la estructura aislada y sus conte-nidos, para minimizar la participación de modos superiores y reducir las fuerzas de cortante que se producen durante sismos de nivel de servicio.

Los dos deslizadores cóncavos, que se deslizan sobre las dos superficies cóncavas principales conforman dos aisladores de péndulo independientes. Las propiedades del segundo péndulo son escogidas para minimizar las fuerzas de cor-tante que ocurren durante los sismos de diseño. Esto reduce los costos de construcción de la estructura. Las propiedades del tercer péndulo son escogidas para minimizar los des-plazamientos del Apoyo que ocurren durante el máximo sismo creíble. Esto reduce el tamaño y costo de los Apoyos, y reduce los desplazamientos requeridos para mantener una adecuada separación entre estructuras vecinas.

El Apoyo de Péndulo Único mantiene la fricción constante, la rigidez lateral, y el periodo constante para todos los nive-les de movimientos sísmicos y desplazamientos. En el Apo-yo de Triple Péndulo, los tres mecanismos de péndulo se activan secuencialmente a medida que los movimientos del sismo se tornan más fuertes. Los sismos de desplazamien-tos bajos y altas frecuencias son absorbidos por el péndulo

Sección transversal del Apoyo de Triple Péndulo.

Concavidades y montaje de deslizadores.

Concavidades y componentes deslizantes.

Concavidad Principal

Deslizador Cóncavo

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interno de baja fricción y de periodo corto. Para los sismos más fuertes de Nivel de Diseño, tanto la fricción como el periodo aumentan, lo que resulta en menores desplazamien-tos del apoyo y menor cortante basal en la estructura. Para el sismo más fuerte de los sismos Máximos Creíbles, tanto la fricción del apoyo como la rigidez lateral aumentan, re-duciendo el desplazamiento del apoyo. Cuando se diseñan para el Máximo sismo Creíble, las dimensiones en planta del apoyo de Triple Péndulo son aproximadamente el 60% del de las de un Apoyo de Péndulo Simple equivalente.

Sección transversal del Apoyo de Péndulo Simple.

Apoyo de Péndulo Simple en el Máximo sismo Creíble.

Posición central del Apoyo de Péndulo Triple.

Movimiento del péndulo interno en sismo de Nivel de Servicio.

Movimiento del péndulo inferior en sismo de Diseño.

Movimiento del péndulo superior en el Maximo sismo Creible.

H2>H1

H3>H2

H4>H3

H1

H2

H3

H4

Comparación de los tamaños y respuestas de los Apoyos de Péndulo Triple y de Péndulo Simple a los movimientos sísmicos.

Ciclo Histeretico Fuerza-Desplazamiento del Péndulo Simple

Ciclo Histeretico Fuerza-Desplazamiento del Péndulo Triple

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3«3. Principios de péndulo de fricción: Aislamiento Sísmico

El periodo del Apoyo de Péndulo de Fricción es seleccionado simplemente escogiendo el radio de curvatura de la superficie cóncava. Es independiente de la masa de la estructura soporta-da. El amortiguamiento se selecciona escogiendo el coeficiente de fricción. Los movimientos de torsión de la estructura son minimizados porque el centro de rigidez de los Apoyos coin-cide automáticamente con el centro de masa de la estructura soportada. El periodo del Apoyo, capacidad de carga vertical, amortiguamiento, capacidad de desplazamiento y capacidad de tensión pueden ser escogidas independientemente. Para el Apoyo de Triple Péndulo, tres radios efectivos y tres coeficien-tes de fricción son seleccionados para optimizar el desempeño para diferentes fuerzas y frecuencias de sismos. Esto permite máxima flexibilidad en el diseño para acomodarse a movi-mientos tanto moderados como extremos. Incluyendo pulsos de fuente cercana.

Concavidad, deslizador y alojamiento para Apoyos de Péndulo Simple

Concavidad y deslizador de 20 millones de libras de capacidad de carga vertical

Periodo T=2∏√R/g Rigidez K=W/R

Movimiento del Péndulo

Movimiento de deslizamiento del Péndulo

Funcionamiento del Péndulo Simple

Funcionamiento del Péndulo Triple