Amortiguador De Masas.docx

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA INGENIERÍA CIVIL INVESTIGACIÓN

TEMA: AMORTIGUADOR DE MASAS

(PROTOTIPO DE UNA CASA ANTISÍSMICA)

NOMBRE: ÁLVAREZ REA JONATHAN FABRICIO

CURSO: S2P2 01-08-2016 1

1. Programa de proyecto de Vinculación. 1.1.Programas

Contenido 1. Programa de proyecto de Vinculación. ................................................................................. 2 1.1.

Programas ...................................................................................................................... 2

1.2.

Proyecto............................................................................................................................. 3

1.1.

Descripción del Programa ................................................................................................. 3

1.2.

Carrera ............................................................................................................................... 4

1.3.

Tipo de Proyecto ............................................................................................................... 4

1.4.

Título del Proyecto ............................................................................................................ 4

1.5.

Localización ...................................................................................................................... 5

1.6.

Equipo de Trabajo ............................................................................................................. 5

1.7.

Tiempo de Ejecución......................................................................................................... 6

1.8.

Presupuesto ....................................................................................................................... 6

2.

3.

Fundamentos del proyecto .................................................................................................... 6 2.1.

Antecedentes ................................................................................................................ 6

2.2.

Justificación................................................................................................................... 7

Descripción de la Situación Actual ....................................................................................... 8 3.1.

4.

5.

6.

7.

Diagnóstico ................................................................................................................... 8

Objetivos e indicadores del Proyecto. ................................................................................... 9 4.1.

Objetivos Generales. ..................................................................................................... 9

4.2.

Objetivos Específicos. ................................................................................................... 9

4.3.

Indicadores de resultados .............................................................................................. 9

4.4.

Indicadores de monitoreo .............................................................................................. 9

Presupuesto y Cronograma.................................................................................................. 10 5.1.

Desglose del presupuesto. ........................................................................................... 10

5.2.

Cronograma valorado por rubro. ................................................................................. 10

5.3.

Cronograma general de actividades............................................................................ 11

Organización para la ejecución. .......................................................................................... 11 6.1.

Cargos y Funciones ..................................................................................................... 11

6.2.

Procedimiento o Registro de Asistencia ...................................................................... 12

6.3.

Horarios de Trabajo..................................................................................................... 12

Anexos................................................................................................................................. 13

2

1.2. Proyecto El siguiente proyecto está basado en mejorar los problemas estructurales que tenemos hoy en día, en muchas ocasiones hemos visto construcciones que con el paso del tiempo se ven trizados, cuarteados e incluso inclinados hacia un lado. Debido a la necesidad de la población a verse impotentes ante sucesos naturales y en su seguridad se ha propuesto dicho proyecto ya que en si competir con la fuerza de la naturaleza es imposible pero se puede preparar construcciones resistentes que protejan a la ciudadanía. El proceso de subducción de la placa de Nazca, genera una alta sismicidad en su recorrido, buzamiento, hacia el Este. Por este proceso en la costa ecuatoriana, tienen un hipocentro superficial Por lo general los sismos superficiales son los que causan mayor daño.

Por

este motivo, se puede indicar que la Costa Ecuatoriana es la de mayor peligrosidad sísmica, seguida por la Sierra y finalmente el Oriente. Por lo tanto, desde el punto de vista sísmico no es lo mismo construir en la ciudad de Esmeraldas, donde la peligrosidad sísmica es muy grande que en el Tena que tiene una menor amenaza. Y por ende este proyecto va dirigido a la zona costera del Ecuador para salvaguardar la vida de las personas y reducir en una gran parte la fuerza de la naturaleza.

1.1. Descripción del Programa

El proyecto se lo realizara en un prototipo a escala 1: 200 que especifique el funcionamiento que tiene los amortiguadores ante cualquier vibración que venga desde el suelo. Los amortiguadores ayudan a disipar la energía y mantener la construcción casi en su forma normal. Para su fabricación utilizaremos ángulos de metal, madera, un motor de 60 hz que ayude con la vibración, y una plataforma que ayude a mantener el prototipo oscilante. En nuestro proyecto contamos con la asesoría de un físico docente de la Universidad Central y con la colaboración de estudiantes. El fin de este trabajo es 3

demostrar que se puede construir edificaciones antisísmicas que cumplan con el objetivo de la ciudadanía que es proteger a los inquilinos de estas edificaciones ante un sismo. El proyecto en modo real se lo puede realizar en cualquier tipo de suelo, utilizando materiales adecuados y de primera clase, para así brindar resistencia a la estructura y para evitar desplomes inadecuados.

1.2. Carrera

El proyecto tiene como bases fundamentales el conocimiento que brinda la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Central del Ecuador

ya que dicho

proyecto cuenta con ideas innovadoras y con procesos estructurales propias de dicha carrera.

1.3. Tipo de Proyecto

Es un proyecto de aula para desarrollar y buscar una solución eficiente ante cualquier clase de sismo, brindar protección y rigidez a la estructura para que no se vea afectada. Ayudar a la población de la costa los cuales son los que viven replicas y desastres naturales. El proyecto tiene el apoyo de un docente y colaboración de estudiantes quienes son los encargados de realizar el prototipo.

1.4. Título del Proyecto

Prototipo de una estructura antisísmica. Los beneficios tras realizar el prototipo son concientizar a las personas en construir estructuras con materiales de primera clase.

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Si la construcción es para alojar personas es necesario utilizar la ayuda de amortiguadores para que el impacto del sismo sea disipado por los mismos y mantener intacta la estructura. Concientizar a los constructores a utilizar varios métodos para disipar la energía causada por un sismo y plasmarlos en las diferentes construcciones.

1.5. Localización

Previos estudios clasifican a la zona costera del Ecuador la más propensa a tener sismos, ya que la placa de Nazca está por debajo de todo el perfil costero y por ende existe un mayor impacto sísmico. El proyecto va dirigido especialmente a las construcciones de la zona costera del Ecuador. Cabe destacar que el Ecuador es una zona del cinturón de fuego del Pacífico y por ende también valdría proponer el proyecto en todo el territorio ecuatoriano.

1.6. Equipo de Trabajo

Para realizar dicho prototipo requerimos de los siguientes materiales: 

8 vigas de madera c/u (2x2x44) cm



6 tablas de madera (17x20) cm con espesor de 0.5 mm



4 Lijas



1 martillo



Clavos



Cola blanca



Objeto de hierro de 850g. (Péndulo)



Motor de 60 hz



Una base formada por ángulos de metal.



Un disco de carbón.

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1.7. Tiempo de Ejecución

El tiempo para fabricar el prototipo duro aproximadamente 5 días ya que el mayor tiempo se ocupó para fabricar la base con un tiempo de 3 días. La maqueta tomo un tiempo de 1 día. Y en unir todo el prototipo otro día.

1.8. Presupuesto

El presupuesto que tiene dicho prototipo está aproximadamente entre 50 $ a 70$ según los materiales que se vayan a utilizar. 2. Fundamentos del proyecto 2.1. Antecedentes

Un amortiguador es un dispositivo que se utiliza para suavizar las sacudidas o golpes y dispersar la energía cinética. Es un sistema de absorción de vibraciones mediante el balanceo de un contrapeso colgante.

En 1898, el ciclista francés JMM Truffault introdujo el primer amortiguador en su bicicleta que consistía en una suspensión con tenedor frontal con muelles y un dispositivo que minimizaba las vibraciones. El próximo año, Truffault y el americano Edward Harford colaboraron en el primer amortiguador ajustable. En 1901, MA Yeakley basa en sus esfuerzos con un diseño de suspensión independiente a principios de que cada rueda se apoya de forma independiente.

En 1908, Ford lanzó el Modelo T, con un sistema de suspensión híbrido que se compone de suspensión de ballestas tradicional combinado con dos muelles montados sobre los ejes. Más tarde ese mismo año, el francés M. Houdaille creó el primer amortiguador hidráulico que tenía alguna fiabilidad real.

Durante los próximos 50 años, aparecieron nuevos sistemas, como amortiguadores hidráulicos de Monroe, suspensión del puntal de Earl S. MacPherson y un sistema de bobina independiente utilizado por General Motors, Hudson Motors y Chrysler. Poco a poco, la mayoría de los fabricantes de automóviles comenzaron a 6

confiar en los sistemas hidráulicos y amortiguadores telescópicos. En 1982, se patentó el sistema de suspensión activa, y en 1985, Nissan lanzó amortiguadores ajustables electrónicamente que respondieron de forma automática a la velocidad, estilo y condiciones de la carretera de conducción.

Los edificios modernos y las torres tienden a ser muy livianos y delgados, por lo tanto poseen un amortiguamiento natural muy pequeño, lo que las hace más propensos a las oscilaciones del viento y los sismos. Dichas oscilaciones pueden causar daño a la estructura, afectar su funcionalidad y/o causar incomodidad. Estos amortiguadores se usan tanto en grandes construcciones como torres, edificios y rascacielos para reducir las vibraciones de los mismos, usualmente en las zonas con mayor peligro de movimientos telúricos.

Los códigos, normalmente presentan los estudios de peligrosidad sísmica para el Sismo Severo. Esto ha sucedido en el Código Ecuatoriano de la Construcción CEC2000, en que se indica las zonificaciones sísmicas para una vida útil de 50 años y con una probabilidad de excedencia del 10%. Para poder verificar el comportamiento que tendrá una estructura ante los sismos denominados menor y moderado, es necesario definir la aceleración de estos eventos, de una manera similar a la efectuada para el sismo severo.

No basta indicar que el sismo menor o sismo pequeño se va a presentar durante la vida útil de la estructura o que es probable que el sismo moderado se registre alguna vez en el tiempo de vida medio de la edificación. Tampoco se deben establecer valores generales, como indicar que la aceleración máxima del suelo en roca, para el sismo pequeño es menor a 0.06 g (6% de la aceleración de la gravedad) y que la aceleración para el sismo moderado es menor que 0.12 g. Estos valores pueden ser adecuados para un determinado lugar pero en términos generales no lo son, puesto que en el mundo existen zonas con diferente peligrosidad sísmica. 2.2. Justificación

Para el diseño sísmico de estructuras, fundamentalmente se necesita conocer cuál es la aceleración máxima del suelo que se espera en la zona que se va a 7

implantar el proyecto durante la vida útil de la estructura. Por ende la utilización de amortiguadores de cualquier tipo ayuda a que la estructura soporte ciertas magnitudes de sismos y permitan dar mayor seguridad a las personas que habitan dichas edificaciones. Un claro ejemplo tenemos el sismo registrado el 16 de Abril del presente año en el perfil costero, el cual provoco un centenal de muertes debido a la mala construcción de edificaciones y miles de personas evacuadas por fallas en sus domicilios. Por ende se pretende concientizar en utilizar materiales de primera clase y utilizar amortiguadores de masa en sus construcciones para evitar pérdidas humanas cuando exista un sismo.

3. Descripción de la Situación Actual

3.1. Diagnóstico

F

O

D

A

•Permite disipar la energia de un sismo. •Mantiene la estructura firme. •Seguridad en los inquilinos.

•La utilizacion de amortiguadores es una oportunidad para salir al mercado mundial ya que es un método muy practico y muy eficaz para evitar desplomes de estructuras ante un sismo.

•El tiempo de vida de algunos amortiguadores es de 50 años por lo cual sera necesario demoler la estructura. •La utilizacion de un péndulo en una edificacion pierde espacio útil y puede representar una pérdida.

• Ante la fuerza de la naturaleza es imposible competir, por ende la utilización de amortiguadores no es muy útil en terremotos mayores a 9 grados en escala de richert. • Los amortiguadores deben estar en ciertos puntos críticos de la edificación. Si existe una alta sismicidad estos pueden moverse y desequilibrar la estructura.

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4. Objetivos e indicadores del Proyecto.

4.1. Objetivos Generales. 

Imitar un movimiento sísmico y utilizar amortiguadores de masa para disminuir los daños que este fenómeno puede ocasionar en la estructura.

4.2. Objetivos Específicos. 

Realizar una maqueta en la que se compare la estructura con amortiguador y sin amortiguador



Realizar un estudio numérico de la eficiencia del sistema amortiguado en la respuesta sísmica de un edificio



Investigar las utilidades que tienen los amortiguadores de masa dentro del campo de la construcción y estimar los costos reales que implica realizar este tipo de estructura.

4.3. Indicadores de resultados

El coeficiente de amortiguamiento sin el amortiguamiento es de 0.773 kg/s Mientras que con el péndulo se disminuye a: 1.456 kg/s Lo que nos da la idea que mayor la masa del péndulo y mayor sea el amortiguamiento sin embargo debe ser proporcional a la resistencia de los materiales de construcción

4.4. Indicadores de monitoreo O SC .

T

STOP

PENDUL O

STOP

𝒘𝟏 = 𝟐𝝅/𝑻

𝒘𝟐 = 𝟐𝝅/𝑻

𝑲 = 𝒘𝟐 ∗ 𝒎

𝑲 = 𝒘𝟐 ∗ 𝒎

𝒃𝟏 = 𝟐√𝒌𝟏𝒎

𝒃𝟐 = 𝟐√𝒌𝟐𝒎

n 10 10 10 10 10

s 5.30 4.84 6.31 5.51 5.05

s 1.11 0.98 1.00 .94 1.02

s 5.30 5.91 6.25 5.57 6.37

s 0.82 0.77 0.72 0.92 0.81

1/s 1.18 1.30 0.996 1.14 1.24

1/s 1.18 1.06 1.005 1.128 0.986

m/s2 0.457 0.55 0.32 0.426 0.504

m/s2 1.013 0.818 0.735 0.946 1.119

Kg/s 0.773 0.773 0.773 0.773 0.773

Kg/s 1.456 1.456 1.456 1.456 1.456

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5. Presupuesto y Cronograma 5.1. Desglose del presupuesto. Material

Costo por Unidad.

8 vigas de madera c/u (2x2x44) cm

0.125 $

6 tablas de madera (17x20) cm con espesor de 0.5

0.20 $

mm 4 Lijas

0.50 $

1 martillo

6.75 $

Clavos

1.80 $ c/libra

Cola blanca

1.50 $

Objeto de hierro de 850g. (Péndulo)

3.00 $

Motor de 60 hz

20.00 $

Una base formada por ángulos de metal.

18 .00 $

Un disco de carbón.

7.50 $

4 Rieles

4.00 $

6 Ruedas de 2 r

2.50 $

5.2. Cronograma valorado por rubro.

Rubros

Costos

Mano de obra

3 $ /m2

Lijar

3 $ /m2

Soldadura de la base

4 $ /Pnt. de soldada

Pintura

6 $ / Lt

Clavado y unión del material Corte de los ángulos para formar una plataforma Arreglos extras

2$ 1.5 $ / Corte

Mejoras en el sistema de fuerza

15 $

4$

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5.3. Cronograma general de actividades.

Día (agosto)

Actividad

Lunes 18 Martes 19 Miércoles 20

Tema a elegir Lijado Clavado y unión del material Corte de los ángulos para formar una plataforma

  

Viernes 22

Soldadura de los ángulos



Sábado 23 Lunes 25 Martes 26 Miércoles 27

Arreglos extras Intentos realizados Mejoras en el sistema de fuerza Experimentación terminada

   

Jueves 21

Asistencia



6. Organización para la ejecución.

6.1. Cargos y Funciones

Cargos Integrante de Proyecto Integrante de Proyecto Integrante de Proyecto Carpintero

Actividad Tema a elegir Lijado Clavado y unión del material Corte de los ángulos para formar una plataforma Soldadura de los ángulos

Integrante de Proyecto Integrante de Proyecto Mecánico Integrante de Proyecto

Arreglos extras Intentos realizados Mejoras en el sistema de fuerza Experimentación terminada

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6.2. Procedimiento o Registro de Asistencia

Día (agosto)

Asistencia

Lunes 18 Martes 19 Miércoles 20

  

Jueves 21



Viernes 22



Sábado 23 Lunes 25 Martes 26 Miércoles 27

   

6.3. Horarios de Trabajo

ACTIVIDAD CORTE DEL MATERIAL LIJADO CLAVADO Y UNION DEL MATERIAL CORTE DE LOS ANGULOS PARA FORMAR UNA PLATAFORMA SOLDADURA DE LOS ANGULOS ARREGLOS EXTRAS

TIEMPO DE EJECUCION DIARIO

TIEMPO ESTIMADO

TIEMPO EMPLEADO PARA REALIZAR CADA ACTIVIDAD

60 Mn

120 Mn

1 DÍA

240 Mn

90 Mn

1 DÍA

30 Mn

60 Mn

180 Mn

120 Mn

60 Mn

30 Mn

60 Mn

60 Mn

4 DÍAS

2 DÍAS

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7. Anexos

Fig.1. Recorte del material para la elaboración de la maqueta

Fig.2 Construcción de la maqueta

Fig.3. Recorte de las vigas

Fig.4. Prototipo terminado

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http://www.espe.edu.ec/portal/files/libros/ANALISISSISMICODEEDIFICIOS.pdf

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/amortiguadas/amortiguadas.htm http://www.monografias.com/trabajos14/vibraciones/vibraciones.shtml

http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/ejemplos/ejemplos103_contabique.pdf http://www.espe.edu.ec/portal/files/libros/ANALISISSISMICODEEDIFICIOS.pdf

http://fis.ucv.cl/docs/Fis231/textos/Fisica-Universitaria-Sears-Zemansky-12va-EdicionVol1.pdf

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