Trabajo-de-dinamica.docx

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos INDICE

INDICE ..............................................................................................................................1 1.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................2

2.

VIBRACIONES ...........................................................................................................3

3.

SISTEMAS DE CONTROL ESTRUCTURAL ..............................................................3

4.

CONTROL PASIVO ....................................................................................................4

5.

CONTROL ACTIVO ....................................................................................................6

6.

CONTROL HÍBRIDO Y SEMIACTIVO ........................................................................6

7.

ACCIONES SISMICAS ...............................................................................................7

8.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS SISMOS ...............................................8

9. SOLICITACIONES A QUE DAN ORIGEN LOS SISMOS DISTRIBUCIÓN DE LOS ESFUERZOS DE ACUERDO AL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL .........................8 9.1.

EFECTO DE LAS OSCILACIONES VERTICALES ..............................................8

9.2.

EFECTO DE LAS OSCILACIONES HORIZONTALES: .......................................9

10.

MAGNITUD DE LOS ESFUERZOS SISMICOS ......................................................9

11.

PUNTO DE APLICACIÓN DE LA ACCION SISMICA ............................................10

12.

COMPORTAMIENTO SISMICO DE LAS ESTRUCTURAS ELEMENTALES ........11

13. PILAR AISLADO, EMPOTRADO EN SU BASE Y LIBRE EN SU EXTREMO SUPERIOR: .....................................................................................................................11 14.

TIPOLOGIAS ESTRUCTURALES.........................................................................12

15.

POSIBLES CAUSAS DE LOS DAÑOS: ................................................................13

16. NUEVAS TECNOLOGÍAS AISLADORES DE BASE Y DISIPADORES DE ENERGÍA ........................................................................................................................14 17. EL DISEÑO Y LA TECNOLOGÍA APLICADOS A LA RESOLUCIÓN DE EDIFICIOS ANTISÍSMICOS ...............................................................................................................17 17.1.

EL DISEÑO: TRANS AMERICAN PYRAMID .................................................17

17.2.

LA TECNOLOGÍA: TORRE TAIPEI 101 .........................................................18

18.

CONCLUSIONES .................................................................................................21

19.

BIBLIOGRAFÍA .....................................................................................................22

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INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos

1. INTRODUCCIÓN Esta investigación pretende brindar en una forma rápida y sencilla los conceptos básicos de la dinámica de estructuras aplicada a las construcciones civiles, enfocada desde un punto de vista numérico. Su organización en capítulos se basa en la secuencia de unidades temáticas del programa de la asignatura homónima que se dicta en la carrera de Ingeniería Civil de la universidad Privada de Tacna Todos los temas se desarrollan como síntesis de libros y publicaciones de otros autores (ver Bibliografía) solo que organizados según la conveniencia que mejor se ajusta al curso impartido. Hace una muy breve reseña a conceptos sobre sismología y su relación con la ingeniería estructural, caracterización, registros, etc. Brinda una aproximación a los conceptos básicos de la dinámica estructural, la importancia de la masa, la relación entre velocidad de carga y de reacción de una estructura. Avanza sobre los modelos estructurales dinámicos, grados de libertad y la discretización espacial y temporal. Está dedicado a la caracterización y cálculo de osciladores de un grado de libertad dinámico. Son tratadas las vibraciones libres y forzadas, éstas últimas con cargas armónicas y arbitrarias. Se presenta la resolución numérica mediante integración directa. está dedicado a las estructuras con múltiples grados de libertad dinámicos. Se estudian las vibraciones libres y el cálculo de modos y frecuencias propias, también se presenta la resolución de los sistemas dinámicos mediante diversos métodos como son: descomposición y superposición modal, integración directa y respuesta máxima mediante espectros de respuesta.

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2. VIBRACIONES Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y tensiones sobre un medio continuo (o posición de equilibrio). En su forma más sencilla, una vibración se puede considerar como un movimiento repetitivo alrededor de una posición de equilibrio. La posición de "equilibrio" es a la que llegará cuando la fuerza que actúa sobre él sea cero. Este tipo de movimiento no involucra necesariamente deformaciones internas del cuerpo entero, a diferencia de una vibración. Conviene separar el concepto de vibración del de oscilación, ya que las oscilaciones son de una amplitud mucho mayor; así por ejemplo, al caminar, nuestras piernas oscilan, al contrario de cuando temblamos —de frío o de miedo—. Como las vibraciones generan movimientos de menor magnitud que las oscilaciones en torno a un punto de equilibrio, el movimiento vibratorio puede ser linearizado con facilidad. En las oscilaciones, en general, hay conversión de energías cinética en potencial gravitatoria y viceversa, mientras que en las vibraciones hay intercambio entre energía cinética y energía potencial elástica. Además las vibraciones al ser de movimientos periódicos de mayor frecuencia que las oscilaciones suelen generar ondas sonoras lo cual constituye un proceso disipativo que consume energía

   

Magnitud Frecuencia Dirección Duración

3. SISTEMAS DE CONTROL ESTRUCTURAL Las vibraciones estructurales producidas por sismos o viento pueden ser controladas mediante sistemas de control estructural. Estos sistemas son métodos alternos para disminuir las solicitaciones (fuerzas internas) de una estructura, mejorando sus

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INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos propiedades dinámicas con base en esquemas de control pasivo, activo semiactivo e híbrido 

Control pasivo: Un sistema de control pasivo no requiere una fuente externa de potencia. Los dispositivos de control pasivo producen fuerzas en respuesta al movimiento de la estructura. La energía total en un sistema estructural controlado pasivamente, incluyendo los dispositivos pasivos, no aumenta por dichos dispositivos.



Control activo: Un sistema de control activo requiere de una fuente externa de potencia para alimentar los actuadores que aplican fuerzas a la estructura. Estas fuerzas pueden ser usadas tanto para suministrar como para disipar energía en la estructura. En un sistema de control activo con retroalimentación, las señales enviadas a los actuadores de control son función de las respuestas (normalmente movimientos) de la estructura, medidas con sensores físicos.



Control semiactivo: Los sistemas de control semiactivo son una clase de sistemas de control activo para los que la energía externa requerida es de menor orden de magnitud que para los sistemas convencionales. Normalmente los dispositivos de control semiactivo no suministran energía mecánica al sistema estructural (incluyendo estructura y actuadores) y, por lo tanto, se garantiza la estabilidad tipo entrada-acotada salida-acotada (BIBO). Estos dispositivos frecuentemente son considerados como dispositivos pasivos controlables.

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Control híbrido: Los sistemas de control híbrido son sistemas que emplean una combinación de sistemas pasivos y activos. Por ejemplo, una estructura acondicionada con amortiguadores viscoelásticos y un amortiguador activo de masa en la parte superior del edificio; o una estructura aislada en la base con actuadores controlados activamente para mejorar su comportamiento.

4. CONTROL PASIVO Los sistemas pasivos de control estructural (Figura 3) emplean dispositivos pasivos que responden al movimiento de la estructura y disipan la energía vibratoria del sistema estructural. Estos sistemas, que incluyen aisladores de base, amortiguadores viscoelásticos y amortiguadores de masas, han sido empleados en la construcción sismo resistente de más de 720 estructuras en países como Estados Unidos, Japón, Nueva Zelanda, Italia, Canadá, China y Colombia 

Aislamiento de la base

En Estados Unidos y Nueva Zelanda, los sistemas pasivos de aislamiento de la base se han convertido en una estrategia aceptada de diseño y reforzamiento sísmico para puentes y edificios bajos y de mediana altura. El aislamiento de la base se logra al colocar algún tipo de capa flexible entre la estructura y la cimentación, lo que aumenta el período fundamental de la estructura y lo aleja de los períodos predominantes del suelo. Los cojinetes elastómeros son el sistema más comúnmente utilizado para el aislamiento, y en países como Italia, Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda, esta técnica es aceptada como una estrategia de diseño y reforzamiento sismo resistente para edificios bajos y de mediana altura

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Disipadores pasivos de energía

Los sistemas de disipación pasiva de energía incluyen una amplia gama de materiales y dispositivos para aumentar el amortiguamiento, rigidez y capacidad estructural, y pueden ser usados tanto en el diseño de estructuras nuevas como en la rehabilitación sísmica de estructuras existentes. En general, todos estos sistemas están caracterizados por su capacidad de aumentar la disipación de energía en el sistema estructural mediante la conversión de energía cinética a calor o por la transferencia de energía entre modos de vibración. El primer método incluye dispositivos de rozamiento, fluencia de metales, transformación de fases en metales y deformación de sólidos o fluidos viscoelásticos; mientras que el segundo método incluye osciladores suplementarios. A continuación se presentan algunos de los principales sistemas: Amortiguadores metálicos de fluencia: Uno de los mecanismos efectivos para la disipación Amortiguadores metálicos de fluencia de energía introducida a una estructura por un sismo es mediante la deformación inelástica de metales. Muchos de estos dispositivos usan placas de acero blando, pero otros materiales, como plomo y materiales con memoria de forma, también han sido evaluados por investigadores con resultados prometedores Amortiguadores de rozamiento: El rozamiento o fricción es otro excelente mecanismo para la disipación de energía, y ha sido usado durante muchos años en frenos de automotores para disipar energía cinética de movimiento. En la Ingeniería Estructural, una amplia gama de dispositivos ha sido desarrollada, incluyendo los dispositivos Pall y los amortiguadores Sumitomo Amortiguadores viscoelásticos: Los amortiguadores metálicos y de rozamiento son utilizados principalmente en aplicaciones sísmicas, sin embargo, existe una clase de materiales sólidos viscoelásticos que disipan energía para cualquier nivel de deformación y, por lo tanto, se usan tanto en aplicaciones sísmicas como eólicas. Su aplicación en la ingeniería civil comenzó en 1969 cuando aproximadamente diez mil amortiguadores viscoelásticos fueron instalados en las torres gemelas del World Trade Center en New York para reducir las vibraciones inducidas por viento. Amortiguadores de fluido viscoso: Los fluidos también pueden ser usados para disipar energía, y numerosas configuraciones y dispositivos han sido desarrollados. Un amortiguador de fluido viscoso normalmente consiste en un pistón dentro de un cilindro lleno de un compuesto de silicona o aceite, en el que la energía es disipada mediante el movimiento del fluido viscoso dentro del cilindro. En la última década, los amortiguadores de fluido viscoso han sido incorporados en un gran número de estructuras civiles. Amortiguadores de masa sintonizados: Estos amortiguadores consisten en una masa secundaria conectada a la estructura mediante un resorte y un amortiguador. El TMD se 5 DINAMICA

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos diseña como un sistema de un grado de libertad con frecuencia natural de vibración aproximadamente igual a la frecuencia fundamental de la estructura (sintonizado). La vibración de la estructura induce a la masa a entrar en resonancia, obteniéndose la disipación de energía mediante el amortiguador de masa. Amortiguadores de líquido sintonizados: Similar en concepto al TMD, el amortiguador de líquido sintonizado (tuned liquid damper -TLD-) y el amortiguador de columna de líquido sintonizado (tuned liquid column damper -TLCD-) indirectamente suministran amortiguamiento a la estructura. Un TLD absorbe energía estructural mediante el movimiento viscoso del fluido y su oleaje, mientras que en un TLCD la energía es disipada mediante el paso del líquido por un orificio. 5. CONTROL ACTIVO Los sistemas de control activo son usados para atenuar la respuesta de estructuras sometidas a excitaciones internas o externas, tales como maquinaria o tráfico, vientos y sismos, para aumentar la seguridad o nivel de comodidad de sus ocupantes. Estos sistemas normalmente consisten en actuadores que imparten una fuerza o movimiento a la estructura, en dirección opuesta a la vibración (Figura 12). La acción apropiada de control se determina mediante la medición de la respuesta dinámica de la estructura. Actuadores tales como tendones activos, tirantes activos, y sistemas de amortiguadores de masa activos, que pueden emplear acción hidráulica, neumática, o electromagnética, son empleados para el control estructural activo Una característica esencial de los sistemas de control activo es que requieren una fuente externa de energía para su funcionamiento y, por lo tanto, son vulnerables a cortes en el flujo eléctrico, lo que es altamente probable durante sismos. Estos sistemas pueden mejorar la respuesta dinámica de una estructura pero una de sus grandes desventajas es que también lo pueden empeorar en el sentido de que se pueden volver inestables e introducir energía cinética adicional al sistema. Otras limitaciones del control activo es la dificultad de obtener un modelo adecuado de la estructura para el diseño del controlador y la dificultad en la medición de desplazamientos y velocidades de la estructura. Debido a lo anterior, la extensión del diseño estructural para incorporar conceptos de control con retroalimentación debe estar acompañada por un compromiso con la investigación y el desarrollo tecnológico.

6. CONTROL HÍBRIDO Y SEMIACTIVO Las estrategias de control híbrido han sido estudiadas por varios investigadores debido a su potencial de aumentar la fiabilidad y eficiencia de la estructura controlada .Un sistema de control híbrido consiste en dos o más dispositivos pasivos, activos o semiactivos. Debido a la implicación de múltiples dispositivos de control funcionando simultáneamente, los sistemas de control híbrido pueden aliviar algunas de las restricciones y limitaciones que existen cuando sólo uno de los sistemas es utilizado. Además, el sistema de control híbrido 6 DINAMICA

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos puede ser más fiable que un sistema totalmente activo, aunque muchas veces resulta siendo más complejo. La investigación en el área de sistemas de control híbrido ha sido enfocada principalmente hacia los sistemas híbridos con amortiguadores de masa (HMD) y sistemas con aislamiento de base activo 7. ACCIONES SISMICAS La acción de los sismos sobre los edificios y el comportamiento de éstos frente a una solicitación de tal naturaleza son compleja. Aunque se ha adelantado mucho al respecto, especialmente en algunos países, aún queda mucho por estudiar y experimentar. Además existen diferencias en los recursos tecnológicos, económicos y naturales entre las diferentes naciones, y aún entre distintas regiones de un mismo estado. En los últimos 10 años en ciudades importantes a nivel mundial se han dado sismos catastróficos que han provocado la muerte de más de 100,000 personas. En la mayoría de los casos las fallas se han debido a problemas de mala calidad de los materiales utilizados en la construcción, ausencia o deficiencias en el diseño estructural o composición arquitectónica inadecuada. Gran parte de las construcciones existentes en zonas sísmicas no se ciñen a un criterio de diseño adecuado que las haga razonablemente seguras en caso de terremotos. Contando sólo con conocimientos rudimentarios y el deseo de aumentar la seguridad sísmica, muchas veces las obras se han encarecido exageradamente y hasta se han sobredimensionado elementos que con su excesivo peso contribuyen al derrumbe de la estructura.- O bien a la inversa, haciendo caso omiso se construyen edificios incapaces de mantenerse en pie aún ante la presencia de sismos débiles. Del efecto sísmico,

Por lo tanto, para evitar que los terremotos devengan en catástrofes, es necesario disminuir la vulnerabilidad de las construcciones, lo que se logra mediante el desarrollo, actualización permanente y aplicación efectiva de reglamentos para construcciones sismo resistentes. Es por esto que en 1972 se crea el Instituto Nacional de Prevención Sísmica (INPRES), que en 1983 crea el Reglamento Argentino para Construcciones Sismo resistentes (CIRSOC 103).Interesa fundamentalmente el aspecto preventivo de esta norma, que tiene los siguientes objetivos:  Evitar pérdidas de vidas humanas y accidentes, que pudieran originarse por la ocurrencia de cualquier evento sísmico, protegiendo los servicios y bienes de la población durante el sismo.  Evitar daños en la estructura y en los componentes de la construcción en sismos de frecuente ocurrencia, o reducirlos al mínimo en los de mediana intensidad.  Evitar que en las construcciones se originen daños y colapsos que pongan en peligro a las vidas de las personas o que inutilicen a esas construcciones en el caso de sismos severos o extraordinarios.  Lograr que las construcciones esenciales de servicios de emergencia sigan funcionando, aún en sismos destructivos.

Por todo lo expuesto, en el presente apunte se tratarán, en forma simplificada los siguientes temas: 7 DINAMICA

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos I. II.

III.

Características Generales de los Fenómenos Sísmicos El efecto que estos provocan en los edificios, en particular sobre su comportamiento estructural, que incluye la determinación de las características de magnitud y distribución de las cargas sísmicas y el dimensionamiento o las verificaciones pertinentes. Recomendaciones sobre el diseño (arquitectónico, estructural, etc.) y las prevenciones constructivas, de ejecución y de control a tener en cuenta para este tipo de solicitación.

8. CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS SISMOS Los sismos son fenómenos geológicos. Los instrumentos de medición han permitido detectar dos tipos de sismos: I. II.

Microsismos: movimientos sísmicos no perceptibles por el hombre y detectado solamente por instrumentos. Macrosismos: se refiere al conjunto de temblores y terremotos.

9. SOLICITACIONES A QUE DAN ORIGEN LOS SISMOS DISTRIBUCIÓN DE LOS ESFUERZOS DE ACUERDO AL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL El fenómeno sísmico es un movimiento oscilatorio, pudiendo ser esas oscilaciones a) Oscilación Vertical b) Oscilación horizontal: 1. Esfuerzo global sobre el edificio 2. efecto individual en los elementos estructurales. Los edificios son deformables en menor o mayor medida de acuerdo a las solicitaciones que los afectan y las características de rigidez de las estructuras que los constituyen. En el caso de los sismos estas solicitaciones están determinadas por las oscilaciones que ellos provocan en el terreno sobre el cual se encuentra fundado el edificio, teniendo en cuenta las condiciones elásticas del mismo incluyendo particularmente las de esa fundación. De acuerdo a lo anterior cabe distinguir entre: 1. Efecto de las oscilaciones Verticales 2. Efecto de las oscilaciones Horizontales 9.1. EFECTO DE LAS OSCILACIONES VERTICALES En este caso el sismo tenderá, alternativamente a levantar el edificio y luego a hacerlo descender. Por el principio de acción y reacción (ver fig.) en el primer ejemplo producirá un efecto de compresión vertical, y en el segundo de tracción. El edificio es en general pesado y es calculado para importantes cargas verticales, por lo tanto las solicitaciones debidas los sismos, son resistidas sin dificultad debido a los coeficientes de seguridad adoptados para las cargas estáticas verticales.

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9.2. EFECTO DE LAS OSCILACIONES HORIZONTALES: En el mismo edificio sometido al efecto de oscilaciones horizontales, las fuerzas derivadas de la inercia actuarán también en uno y otro sentido. Un temblor que produzca movimientos horizontales del suelo puede provocar, en las diferentes partes de la estructura y en su conjunto, esfuerzos que no alcancen a ser absorbidos y sobrepasen los coeficientes de seguridad que se consideraron al suponer la existencia de cargas verticales solamente.

Puesto que los edificios resisten relativamente bien la variación de cargas verticales según se dijo anteriormente, el máximo peligro lo presentan las fuerzas horizontales producidas por el sismo. Por este motivo y a los fines de cálculo se ha asimilado a la fuerza sísmica a un empuje horizontal que en un sentido y en otro actúa sobre la estructura alternativamente

10. MAGNITUD DE LOS ESFUERZOS SISMICOS La magnitud de la fuerza sísmica global actuante sobre un edificio depende de 2 factores: 1. La masa de la estructura: un edificio pesado al tender a quedar en reposo desarrollará fuerzas de inercia mayores que un edificio liviano, debido a su masa más grande 2. Grado de violencia del sismo: La fuerza sísmica será proporcional a la intensidad de la acción sísmica, representada por la aceleración correspondiente. 9 DINAMICA

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos Es decir: F= M. a

Siendo: F: fuerza sísmica M: masa del edificio (M = p/g) a: aceleración.

De esos dos factores sólo es posible modificar el primero (masa de la estructura) ya que el 2º no es susceptible de ser controlado por el hombre en general. Alivianando la estructura es más fácil resistir el esfuerzo horizontal 11. PUNTO DE APLICACIÓN DE LA ACCION SISMICA La acción sísmica global, a los fines de aplicación práctica, se reduce a un empuje horizontal aplicado en el centro de gravedad del edificio, por donde pasará la resultante de los esfuerzos horizontales parciales originados en las masas de los distintos elementos de la construcción. NOTA: es conveniente hacer notar la diferencia entre centro de gravedad centro de masas) y centro geométrico de la estructura

Este empuje tiende a producir 2 efectos:

Tendencia a deslizarse la parte superior del edificio separándose de la base fija al terreno (corte). En general los edificios entran en colapso por este esfuerzo. Tendencia del conjunto de la estructura a volcarse. Este efecto aumenta cuanto más alto se encuentra el centro de gravedad o de masas. Es el caso de los llamados edificios de péndulo invertido, o sea aquellas estructuras donde por lo menos la mitad de la carga gravitacional está en el tercio superior de su altura total y tienen un solo elemento de soporte en la dirección que se analiza. Al estar más arriba aumentará el peligro de volcamiento

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12. COMPORTAMIENTO SISMICO DE LAS ESTRUCTURAS ELEMENTALES Es necesario hacer un breve análisis de la acción del sismo sobre las estructuras (y sus partes) y del efecto que dicha acción produce en los distintos elementos estructurales y en el edificio en su conjunto, llamando efecto a los daños producidos por causa directa del sismo y que son proporcionales a su magnitud. Esta acción y efecto deben ser diferenciados de las fallas que son daños que se originan en defectos o errores de diseño o construcción, que se ponen en evidencia durante el sismo. Los esfuerzos producidos por un movimiento sísmico son siempre oscilantes debido al cambio alternado del sentido de la solicitación (vibración) y por lo general provocan esfuerzos alternados de tracción y compresión y cambios de sentido en los esfuerzos de corte y flexión en los distintos elementos de la estructura. Estos cambios de las cargas son muy peligrosos para la estabilidad de un edificio, ya que las acciones debidas al peso propio y la sobrecarga (que son las básicas del cálculo) son siempre cargas estáticas y de sentido fijo. Los elementos estructurales simples combinados en conjunto constituyen la estructura del edificio, su esqueleto resistente, indispensable para resistir las solicitaciones a que estará sometido. 13. PILAR AISLADO, EMPOTRADO EN SU BASE Y LIBRE EN SU EXTREMO SUPERIOR: Ejemplo; pilar de un puente, poste de luz, etc. Al producirse el sismo el pilar queda sometido a 2 tipos de fuerzas: a) un sistema vertical proveniente de las cargas gravitatorias (peso propio de la construcción y sobrecarga aplicadas), que como simplificación se lo supone aplicado en el extremo superior (N) y que producirá un esfuerzo de compresión. b) un sistema de fuerzas horizontales de inercia proporcionales a las anteriores y aplicadas en los respectivos centros de masa (F). Estas van a producir esfuerzos de flexión. Es decir que habrá una solicitación de flexión compuesta. Además F, de acuerdo a lo analizado anteriormente, puede actuar en cualquier dirección del plano horizontal. Del lado que actúa F habrá tracción, que debe restarse de la compresión uniforme producida por N, y en el lado opuesto habrá compresión.

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La magnitud de la tensión de tracción suele alcanzar valores considerables y son pocos los materiales que resisten adecuadamente estos esfuerzos.. También la tensión de compresión aumenta y por esto debe dimensionarse el pilar teniendo en cuenta estos 2 últimos esfuerzos. 14. TIPOLOGIAS ESTRUCTURALES En lo que respecta a construcciones sismos resistentes se ordenan 3 tipologías a) Pórticos: constituidos por vigas y columnas donde la acción sísmica es soportada mediante su resistencia a flexión y corte. El reglamento detalla espesores, alturas mínimas y luces libres para vigas, así como también establece espesores mínimos de columnas en función de la forma de su sección y de la zona sísmica.Las zonas de intersección entre vigas y columnas (nudos) deben diseñarse y construirse de acuerdo con los siguientes criterios para evitar posibles desplazamientos inelásticos del pórtico a que pertenecen:   

La resistencia del nudo no puede ser menor que la máxima resistencia del elemento estructural más débil que a él concurre. Se tendrá especial precaución para asegurar un correcto hormigonado.En caso de terremotos moderados, lo deseable es que su reparación no sea necesaria.

b) Tabiques: La acción sísmica es totalmente soportadas por planos verticales constituidos por tabiques sismo resistentes de Hº Aº, que son aquellos cuya sección transversal horizontal cumple la siguiente condición

lw >4 bw Siendo. Lw: longitud del tabique (lado mayor de la sección horizontal) bw: espesor del tabique (lado menor de la sección horizontal)

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INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos Estos pueden ser: Simples: en toda su altura no tienen aberturas regularmente distribuidas ni conexiones significativas con otros tabiques.- Se clasifican en

A) Esbeltos lw >2 bw Siendo Hw: altura total del tabique B) Bajos lw <2 bw Acoplados: sistema estructural formado por un conjunto de 2 ó más tabiques simples conectados por elementos de significativa rigidez y resistencia en forma regular en toda su altura. El reglamento especifica las limitaciones dimensionales de los tabiques, también en función de la zona sísmica. c) Sistemas mixtos, pórticos y tabiques: la acción sísmica es soportada por una combinación estructural de ambos. Merecen especial análisis los puntos de conexión entre los 2 tipos. Diafragmas: Están constituidos por losas de entrepisos y/o techos solicitadas en su plano por acciones sísmicas. Para su dimensionamiento se considerarán las solicitaciones normales y de corte.

15. POSIBLES CAUSAS DE LOS DAÑOS: Inmediatamente después de ocurrir el sismo surge la necesidad de evaluar la magnitud de los daños y reunir todos los antecedentes necesarios para decidir las medidas de emergencia a tomar y las tareas de investigación posteriores. Por lo tanto se analiza la estructura según los factores que pueden explicar el daño: Estos factores pueden ser: Errores de concepción: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Tipo estructural inadecuado con respecto al tipo de suelo de fundación. Materiales mal elegidos Mala disposición de elementos resistentes. Mala disposición de elementos no resistentes (cornisas) Protección insuficiente de los elementos resistentes. Equivocaciones o errores en la evaluación de las solicitaciones. Idem en el proceso de calculo Mala transmisión de la idea de proyecto (errores de dibujo, etc.)

Defectos de materiales de construcción. 13 DINAMICA

INGENIERIA CIVIL vibraciones sísmicos 1. Propiedades y características (resistencia mecánicas) 2. Defectos del material Defectos de ejecución: 1. Calidad geométrica 2. Equipos, Herramientas, y maquinarias 3. Errores de operación Uso de la estructura 1. Alteraciones de la estructura: eliminación o agregados de elementos, alteración de secciones, cambios de destino, falta de mantenimiento, etc. 2. Alteraciones de contornos, excavaciones, nuevas construcciones.

16. NUEVAS TECNOLOGÍAS AISLADORES DE BASE Y DISIPADORES DE ENERGÍA Aislación sísmica de base: Está basada en la idea de aislar una estructura del suelo mediante elementos estructurales que reducen el efecto de los sismos sobre la estructura. Estos elementos estructurales se denominan aisladores sísmicos y son dispositivos que absorben medite deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los más conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con núcleo de plomo, neoprenos o friccionales. Al utilizar estos elementos, la estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante unos sismos y una reducción importante de las fuerzas que actúan sobre ella durante un sismo.

Los más usados son los de goma de alto amortiguamiento y los neoprénicos.

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Aisladores de base

Disipación de energía: Está basada en la idea de colocar en la estructura dispositivos destinados a aumentar la capacidad de perder energía de una estructura durante un terremoto. Toda estructura disipa o elimina la energía de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van a experimentar fuertes deformaciones con los movimientos de la estructura durante un sismo. Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente la capacidad de disipar energía de la estructura con una reducción de las deformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen como disipadores de energía o amortiguadores sísmicos y pueden ser de diversas formas y principios de operación. Los más conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con elementos metálicos que logra la fluencia fácilmente.

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Esquema del Disipador Viscoso de Energía

Disipador Viscoso de Energía

Esquema del Disipador Viscoso de Energía

Los Disipadores Histeréticos incluyen los disipadores metálicos y los disipadores friccionantes, y dependen esencialmente de los desplazamientos de la estructura. Los disipadores metálicos están basados en la fluencia de los metales debido a flexión, corte, torsión o extrusión. Uno de los dispositivos metálicos más reconocidos es el ADAS, que está compuesto por placas de acero con sección transversal en forma de X instaladas en paralelo sobre los arriostres. Los disipadores friccionantes son dispositivos que disipan la energía mediante fuerzas de fricción que se presentan por el desplazamiento relativo entre dos placas en contacto. Son diseñados para deslizar una carga predeterminada, y permanecen inactivos mientras no exista una demanda sísmica importante sobre el edificio.

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Disipador Histerético

17. EL DISEÑO Y LA TECNOLOGÍA APLICADOS A LA RESOLUCIÓN DE EDIFICIOS ANTISÍSMICOS Hasta aquí hemos establecido la problemática de los sismos y los efectos que ellos generan en los edificios altos, y brevemente el cálculo necesario para su estabilización. Para asegurar la estabilidad de los edificios, hemos visto que la tecnología avanza cada vez más en la resolución de los problemas planteados y el diseño propone soluciones de alta creatividad a los problemas constructivos poniendo en juego los nuevos desarrollos tecnológicos.

Por eso es oportuno analizar estos ejemplos en los que la tríada -diseño- tecnologíaconstrucción han resuelto en forma eficaz los problemas que se fueron planteando:

17.1.

EL DISEÑO: TRANS AMERICAN PYRAMID

El primer ejemplo es el edificio Trans American Pyramid un ícono de La ciudad de Chicago. Vale la pena observar detenidamente sus características: aquí se ha optado por un diseño piramidal, utilizando en sus fachadas el triángulo que geométricamente es la figura más indeformable, y además utilizando la forma triangular, por lo tanto su centro de masas va a estar ubicado en su tercio inferior, lo que disminuye considerablemente su momento volcador y hace un edificio muy efectivo para resistir cargas como el viento o el sismo. En este ejemplo queda claro la importancia del conocimiento y la elección de la geometría adecuada en el diseño de los edificios para llegar a optimizar su resistencia frente a las cargas dinámicas, que es la problemática de los edificios en altura

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• • • •

1972 William L Pereira 48 Niveles 260 m de altura

Centro de masas

17.2.

LA TECNOLOGÍA: TORRE TAIPEI 101

El Taipei 101 de Taiwán es conocido como el edificio más grande del mundo, pero su atractivo va más allá de la altura. Su diseño estructural y la seguridad que ofrece ante posibles riegos de sismos o atentados terroristas, lo convierten en un ejemplo de la ingeniería. Su construcción, iniciada en 1997

La forma de diseño del Taipei 101 representa el cubo de arroz que se comercializa en esa ciudad, con la base más pequeña hacía abajo, logrando una simetría escalonada. En total, el edificio está formado por once cubos. Cada cubo es un módulo de ocho pisos, donde el primero se reserva a los equipos y maquinarias de mantenimiento de cada módulo.

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La resistencia de la estructura del edificio se basa en 8 columnas laterales, y 16 columnas centrales. Estas últimas forman una mega estructura por donde pasa el ascensor. Las columnas son un híbrido de metal y hormigón. Algunos edificios altos, como el Citicorp de Nueva York del que hablamos cuando nos referíamos al estudio de la acción del viento, el Taipei 101, disponen en los pisos superiores de un amortiguador de masa. Se trata de un mecanismo simple en términos relativos, ya que consiste básicamente en un enorme bloque de acero u hormigón colgando como un péndulo o colocado sobre raíles o una plataforma deslizable. Su misión es contrarrestar los vaivenes y movimientos laterales habituales en este tipo de edificios, desplazándose en el sentido contrario a estos.

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En el caso del contrapeso del Taipei 101 se trata de una masa con forma esférica de entre 600 y 700 toneladas de peso. Está suspendido por cables entre los pisos 87 y 91 y se calcula que puede contrarrestar movimientos producidos por terremotos de hasta 7 en la escala de Richter y vientos de hasta 450 Km/h.

Regulador de Masa Taipei 101

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18. CONCLUSIONES La era postmoderna de la Ingeniería Estructural involucrará especificaciones de la respuesta dinámica de estructuras que en muchos casos serán tan exigentes que sólo podrán ser cumplidos mediante la incorporación de control por retroalimentación o, como mínimo, mediante métodos integrados para el diseño tanto de la estructura como de los dispositivos de control. Lo anterior requiere de investigación multidisciplinaria para lograr los objetivos de proteger la infraestructura civil y la integridad de las personas que la utilizan, de los efectos de excitaciones extraordinarias de viento y sismos.

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19. BIBLIOGRAFÍA •

Reglamento Cirsoc 103/83

•

Aislación Sísmica.www.cec.uchile.cl

•

Estudio comparativo de edificios con aislamiento sísmico en la base. Universidad

•

de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería en obras Civiles.

•

Amortiguador de Masa del Taipei 101. Tania Molina.www.arqhys.com

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