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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ALUMNO: JARA CHOQUEPOMA, MARIO BEREMIZCURSO: CONSTRUCCION II
TEMA: DISIPADORES DE ENERGIADOCENTE: ING. GERARDO CANCHO ZUÑIGA
CICLO: VIISECCION: A
FECHA: 08/07/2015
El Perú es un país altamente sísmico. Cerca de 18 millones de peruanos viven en zonas sísmicas y están expuestos a las constantes amenazas de ocurrencias de sismos. Cabe indicar, que en investigaciones sísmicas, aún están lejos de poder resolver el peligro sísmico, el cual se incrementa y al que están expuestos cotidianamente.
Las construcciones en zonas sísmicas se incrementan a diario en nuestro país. En consecuencia, la seguridad estructural tiene un valor importante en el desarrollo nacional. La reducción de los costos, con la consecuente seguridad de las obras en zonas sísmicas es el problema central de la construcción en nuestro país. La razón fundamental en la solución de este problema es la elaboración de metodologías de cálculo sísmico de edificaciones con dispositivos pasivos de disipación de energía.
DISIPADORES DE ENERGIALos disipadores de energía permiten construir estructuras en altura más económicas y con altos niveles de seguridad durante sismos severos.
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.
Edificio sin Disipadores deEnergía
Edificio con Disipadores deEnergía
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.
A modo de ejemplo, en los terremotos de Northridge, USA (1994) y Kobe, Japón (1995) se pudo comprobar con éxito las ventajas que poseen las estructuras provistas de sistemas de disipación de energía, al observar el excelente comportamiento de este tipo de edificios frente a los convencionales.
TEORIA
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.
Espectro de desplazamiento para el registro de Lllolleo (1985) con amortiguamientos de 5, 10 y 15%
La función básica de los dispositivos pasivos de disipación de energía cuando son incorporados a la superestructura de un edificio es la de absorber una parte de la energía de entrada, para de esta manera reducir la demanda de disipación de energía en los miembros primarios estructurales y minimizar el posible daño estructural. Estos dispositivos pueden ser muy efectivos contra los movimientos inducidos por los vientos, así como también aquellos inducidos por los sismos.
Contrariamente a los sistemas activos, los sistemas pasivos no requieren de suministro externo de energía eléctrica.
Los disipadores de energía se pueden clasificar en disipadores histeréticos y viscoelásticos.
Los dispositivos histeréticos dependen básicamente del desplazamiento y
se basan en:
- La plastificación de metales por flexión, cortante o extrusión.
- Fricción entre superficies.
Los disipadores viscoelásticos dependen fundamentalmente de la velocidad y se basan en:
- Sólidos viscoelásticos.
- Fluidos conducidos a través de orificios.
- Fluidos viscoelásticos.
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 ADAS
Core PacificShopping center,Taiwan
Disipador TADAS
Conjunto de placas triangulares dispuestas a flexión fuera de su plano. Es muy similar al ADAS.
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.
Instalación del dispositivotipo "unbonded braces"
Disipadores Friccionales
Los dispositivos metálicos se caracterizan por tener un comportamiento histéretico 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. A continuación se muestran algunos de ellos.
Conexión SBC
Sistema PALL
Utiliza la deformación relativa de entrepiso y la deformación angular del paralelógramo central (ver figura) como medio de disipación.
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.
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.
Esquema típico de un amortiguadorviscoso
Disipadores viscososAmortiguador viscosoinstalado en la estructura.
VIDEOhttps://www.youtube.com/watch?v=EfrtwdRygRA
COSTO DE ESTRUCTURA CON DISIPADORES vs. COSTO DE ESTRUCTURA TRADICIONAL
La incorporación de disipadores de energía en la estructura involucra un costo, siendo este muy importante en la toma de decisiones del uso de los disipadores y que tipo de disipadores podrían ser utilizados en un determinado proyecto.
El análisis, diseño, selección, fabricación e instalación de los disipadores en una estructura depende de varios e importantes aspectos que incluyen:
- Aceleración sísmica
- Condiciones del terreno de fundación
- Tipo de estructura
- Período de vida útil de la estructura
- Objetivos de desempeño
- Cantidad de disipadores
- Ciclo de vida de los disipadores
- Capacidad requerida de los disipadores
- Reforzamiento requerido de los elementos estructurales
- Instalación y detalles constructivos
- Interrupción de la ocupación y puesta en servicio durante la construcción
- Mantenimiento requerido, inspección y costos de reemplazo
La estructura con disipadores de energía tendría un ahorro debido a que no es necesario un aumento de la sección de las columnas como alternativa de solución para rigidizar la estructura nueva. En cambio, si se rigidiza la estructura, se tendría un incremento en el costo, incluyendo concreto, acero y encofrado. La estructura con la inclusión de disipadores de energía, un disipador por nivel, tendría un costo solo de los disipadores. Esta comparación se dio en el supuesto caso de una estructura nueva, en cambio, si fuera una estructura existente y se reforzaría con la alternativa tradicional, los costos se incrementarían, pudiendo variar según las características propias de la estructura y considerando el tiempo de construcción.
Al evaluar los costos de las estructuras con disipadores de energía, se deben de tener en consideración los siguientes aspectos:
- Ahorro en elementos y placas
- Ahorro en cimentación
- Tiempo de reparación y puesta en servicio de la estructura
- Costo de reparación en elementos estructurales y acabados
- Daño en instalaciones eléctricas, sanitarias, gas natural, etc.
- Mayor seguridad por incendios post-sismo
- Estructura nueva o existente
Los disipadores de energía actúan de manera similar a los aisladores de base, pero que reducen el costo de manera considerable. Un disipador cuesta entre $ 100 y $ 150 mientras que un aislador de base te puede costar $ 6000.
Como máximo, se usan unos ocho disipadores por piso en un edificio. En el caso de los aisladores de base, se necesitan unos 40 para estructuras de poca altura (hasta 5 pisos).
Modelo tridimensional de la edificación
GRACIAS
