Presentación_Disipadores con fluido viscoso

7/23/2019 Presentacin_Disipadores con fluido viscoso

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ISR

Anlisis comparativo de una

estructura con disipadores de

fluido viscoso

Alumnos:

Roberto Chacn

Saulo Lpez

Cristhian Saucedo

Eduardo Ramirez

Mijail Montesinos

Saul Retamozo

julio - 2015


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Ingeniera Sismorresitente Phd. Victor Fernndez Dvila

2|Maestra en Ingeniera Civil Grupo 3

La inclusin de disipadores de fluido viscoso en una

estructura puede disminuir el dao durante un evento

ssmico

2


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Los disipadores de fluido viscoso se usaron a partir de la

dcada de los 80 con fines civiles

World Trade Center USA

Torre de Control Aeropuerto

Jorge Chavez Per

Elemento de disipacinSegunda Guerra Mundial


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Los dispositivos de disipacin ssmica permite disminuir

el dao estructural y de elementos contenidos en la

estructura

Museo de la Nacin

Per

Clnica San Bor ja


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()+ ()+ ()+ ()= ()

Los sistemas estructurales sin proteccin pueden sufrir grandes

deformaciones debido a los sismos.

Ingreso de

energa al

sistema

Sismo

Sistema

estructural sin

proteccin

Estructura con

aisladores en

la base

Estructura con

disipadores

La energa es

disipada por la

estructura

Los aisladores

limitan el

ingreso de

energa

Los

amortiguadore

s disipan la

energa

5


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Los sistemas de proteccin ssmica pueden ser activos,

pasivos e hbridos

Sistemas de Disipacin Ssmica

Sistemas de Disipacin

Pasivos

Disipadores y

Aisladores


Activos

AMD (Active Mass

Damper)


Hbridos

HMD(Hibrid Mass

Damper)


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Un disipador de fluido viscoso es un dispositivo que

disipa energa aplicando una fuerza resistiva a undesplazamiento finito


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Existen diversos criter ios sobre el desempeo que las edif icaciones deben

alcanzar para diferentes tipos de eventos ssmicos

Nivel de demanda ssmica

F

A

CB

Totalmente

OperacionalOperacional Resguardo de la

vidaCerca al

ColapsoColapso

p: Capacidad de Desplazamiento Inelstico

0.30p 0.20p0.30p 0.20p

Lmite de

EstabilidadCurva de Capacidad

Resistente

Punto de Fluencia

Efectiva

y

Sismos

frecuentes

Sismos

ocasionales

Sismos

raros

Sismos

muy raros


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La metodologa de diseo que se ha empleado, ha sido

propuesta por el ASCE 7-10 Captulo 18

Anlisis de la

Estructura sin

disipadores

Eleccin de

Desempeo

Objetivo deDiseo

Propiedades y

disposicin del

Amort iguador

Anl isis de la

Estructura con

disipadores

Evaluacin de la

estructura

(Amortiguamient

o Efectivo)

Diseo de los

elementos de

Concreto Armado

Derivas

Objetivos

Hazus


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El caso de estudio se realiz en una estructural ideal

destinada a fines comerciales y localizada en ciudad de Lima

Elementos Estructurales

Columnas 45cm x 45cm

Vigas 30cm x 70cm

Losa 20cm


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El anlisis Tiempo Historia genera la mxima deriva en

el sismo del 66 en el segundo entrepiso

Derivas (0/00) obtenidas del Anlisis Tiempo Historia del modelo sin disipadores

Registro de aceleraciones analizado

Sismo 66 Sismo 70 Sismo 74

Entrepiso 4 4.91 5.99 4.65

Entrepiso 3 4.64 5.37 5.91

Entrepiso 2 6.32 5.77 5.25

Entrepiso 1 5.32 6.00 4.74

*Mxima deriva obtenida


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La deriva objetivo para nuestro sistema estructural

ser de 0.0045 tomando en cuenta las consideracionesdel Hazus.

Datos para el clculo del amortiguamiento efectivo necesario

Caracterstica Valor

Deriva mxima 0.0063

Deriva objetivo 0.0045

Factor de respuesta (B) 1.4

Amortiguamiento efectivo necesario (eff) 16.43%

Amortiguamiento inherente (inh) 5.00%

Amortiguamiento de los disipadores (visc) 11.43%


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Se util iza la ecuacin planteada por el FEMA 273 para

hallar el coeficiente de amortiguamiento de los

disipadores lineales =+

4

Parmetros para el clculo de C

i rj Masa cos N disp./ piso 2 cos2 2

Nivel 1 0.28 0.28 65.74 0.8 4 0.29 5.31

Nivel 2 0.62 0.34 65.74 0.8 4 0.41 25.40

Nivel 3 0.87 0.25 65.74 0.8 4 0.23 50.05

Nivel 4 1.00 0.13 51.20 0.8 4 0.06 51.20

Suma 0.98 131.96

Donde:

4 = 1658.2

= 0.98

= 4

=. /


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El amortiguamiento empleado es el adecuado para

lograr una deriva menor a la planteada (4.5 por mil).

Tabla 1

Derivas (0/00) obtenidas del Anlisis Tiempo Historia del Modelo con disipadores C=200, =1



Entrepiso 4 1.51 1.78 1.86

Entrepiso 3 2.40 3.10 3.23

Entrepiso 2 2.97 3.86

3.79

Entrepiso 1 2.53 3.74 3.32

*Deriva mxima obtenida


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Para comprobar el amortiguamiento del sistema se

puede usar el decremento logartmico como un mtodo

aproximado

-5

-3

-1

1

3

5

0 2 4 6 8 10

Desplazamiento(mm)

Tiempo (seg)

+ =21

ln0.00469

0.00156 =

21

= 17.2%. Decremento del desplazamiento de la estructura

en funcin del tiempo. (t vs m)


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El porcentaje de energa disipada por los disposit ivos de

disipacin ssmica es alrededor de 75% de la energa

total en el sistemaPorcentaje de disipacin de energa logrado en cada evento ssmico

Sismo del 66 Sismo del 70 Sismo del 74

Energa ingresada en el

sistema (KJ)415 932 846

Energa disipada por los

amortiguadores (KJ)308 694 634

Porcentaje de energa disipada 74% 74% 75%

0

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100

0

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100 0

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100

Energa ingresada en el sistema Energa disipada por el amortiguamiento inherente Energa potencial Energa cintica

Energa disipada por el amortiguamiento aadido

Energa [KJ] Vs Tiempo [s]



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La curva de Histresis muestra un comportamiento elptico

como la curva Terica de los disipadores Lineales

-300

0

300

-12 0 12

Fuerza(K

N)

Desplazamiento (mm)

Modelo numrico

Comportamiento terico

Curva de histresis correspondiente a un disipador

no lineal del primer nivel del anlisis del sismo del

66


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Se util iza la ecuacin planteada por el FEMA 273 para hallar

el coeficiente de amortiguamiento de los disipadores no

lineales

=0+ 1+1+21

Parmetros para el diseo con amortiguadores no lineales

Parmetro Valor

T 1.4

A 0.087

0.5

3.5

Parmetros para el clculo de C con amortiguadores no lineales

i rj Masa cos N disp./ piso 1+cos1+ 2

Nivel 1 0.28 0.28 65.74 0.8 4 1.52 5.31

Nivel 2 0.62 0.34 65.74 0.8 4 1.96 25.40

Nivel 3 0.87 0.25 65.74 0.8 4 1.26 50.05

Nivel 4 1.00 0.13 51.20 0.8 4 0.46 51.20

Suma 1.48 131.96

C=51.3 ton-s/m


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El amortiguamiento empleado es el adecuado para

lograr una deriva menor a la planteada (4.5 por mil).

Tabla 1

Derivas (0/00) del Anlisis Tiempo Historia del Modelo con disipadores C=50, =0.5


Sismo 66 Sismo 70 Sismo 74Entrepiso 4 1.47 1.60 1.67

Entrepiso 3 2.53 2.99 3.06

Entrepiso 2 2.77 3.81*

3.77

Entrepiso 1 2.49 3.65 3.27

* Deriva mxima obtenida


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El porcentaje de energa disipada por los disposit ivos de

disipacin ssmica es alrededor de 80% de la energa

total en el sistema

Porcentaje de disipacin de energa logrado en cada evento ssmico

Sismo del 66 Sismo del 70 Sismo del 74

Energa ingresada en el

sistema (KJ)419 980 900

Energa disipada por los

amortiguadores (KJ)340 771 731

Porcentaje de energa disipada 81% 79% 81%

0

200

400

600

800

1000

0 50 1000

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100 0

200

400

600

800

1000

0 20 40 60 80 100

Energa ingresada en el sistema Energa disipada por el amortiguamiento inherente Energa potencial Energa cintica

Energa disipada por el amortiguamiento aadido

Energa [KJ] Vs Tiempo [s]



21/25



La curva de Histresis muestra un comportamiento casi

rectangular como la curva Terica de los disipadores noLineales

Curva de histresis correspondiente a un disipador

no lineal del primer nivel del anlisis del sismo del

66


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El anlisis hace evidente que los disipadores tienen una

importante influencia en el comportamiento de la estructura

ante un sismo

1

2

3

4

0 0.03 0.06 0.09

1

2

3

4

0 0.03 0.06 0.09

1

2

3

4

0 0.03 0.06 0.09

Niv

el

Desplazamiento mximo del diafragma (m)

Estructura sin

disipadores

Estructura con

disipadores lineales

Estructura con

disipadores no lineales


1

2

3

4

0 0.004 0.0081

2

3

4

0 0.004 0.0081

2

3

4

0 0.004 0.008

Niv

el

Deriva de entrepiso


23/25



0 100 200 300

1

2

3

4

Fuerza promedio (KN)

Nivel

Disipadores no lineales Disipadores lineales -300

0

300

-12 0 12

Fuerza

(KN)

Desplazamiento (mm)

Modelo numrico

Comportamiento terico

Disipador no lineal

Disipador lineal

En el presente caso de anl is isse observa que los disipadores

lineales desarrollaron una

mayor fuerza durante el

anlisis


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Conclusiones

Los disipadores no lineales son ms eficientes que los disipadores

lineales

Los dis ipadores no lineales pueden cumpl ir los mismos objetivos de

diseo con valores menores del coeficiente de amortiguamiento.

Los disipadores lineales tienen una curva histeretica casi elptica,

mientras que los disipadores no lineales tiene una tendencia

rectangular, disminuyendo la fuerza desarrollada pero aumentando su

capacidad de deformacin.

Se pudo reducir los desplazamientos de la estructura hasta en 52.67%

haciendo uso de disipadores lineales y 59.73% haciendo uso dedisipadores no lineales.


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Se pudo reducir las derivas de entrepiso en 70.23% haciendo uso dedisipadores Lineales y 73% haciendo uso de disipadores no lineales.

Los disipadores lineales desarrollan una fuerza axial mayor en

comparacin de los disipadores no lineales.

Los sistemas de disipacin con amortiguadores lineales presentanuna mayor dispersin en la fuerza axial del disipador en comparacin

a los dis ipadores no lineales.

Se escogieron 16 disipadores de fluido v iscoso con un coeficiente de

amortiguamiento C=100 Ton-Seg/mm y una fuerza axial de 25 Ton con

un exponente no lineal =0.5.

GRACIAS

Conclusiones

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