DISIPACION DE ENERGIA Los disipadores de energía permiten construir estructuras en altura más económicas y con altos niveles de seguridad durante sismos severos. Concepto Ventajas Teoría Dispositivo - Disipadores metálicos - Disipadores friccionales - Disipadores viscosos - Disipadores viscoelásticos Ejemplos de uso ................................................................................... ................................................................................... ............. CONCEPTO 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 de Energía Edificio con Disipadores de Energía
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DISIPACION DE ENERGIA
Los 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 de Energía Edificio con Disipadores de Energía
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.
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.
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 disipación de energía se realiza a través del comportamiento plástico de metales dúctiles, la extrusión del plomo, la deformación de corte de polímeros viscoelásticos, la pérdida de energía en fluidos viscosos circulando a través de orificios, la fricción seca entre superficies en contacto bajo presión, etc.
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 Pacific Shopping center, Taiwan
Disipador TADAS
Conjunto de placas triangulares dispuestas a flexión fuera de su plano. Es muy similar al ADAS.
Este dispositivo consiste también en placas ahusadas como el ADAS, pero trabajando en su plano.
Disipador Honey - Comb
"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.
"Unbonded braces" Instalación del dispositivo tipo "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 (Slotted Bolted Connection)
Este dispositivo es el más simple de todos. Consiste en una unión de dos placas paralelas (de acero) interconectadas entre si a través de láminas (p.e. de bronce) y pernos de alta resistencia. El deslizamiento entre las placas se produce a través de orificios ovalados.
Conexión SBC
Sistema PALL
Utiliza la deformación relativa de entrepiso y la deformación angular del paralelógramo central (ver figura) como medio de disipación.
Sistema PALL
Sistema EDR (Energy Dissipating Restraint)
Este disipador pertenece a una gran familia de dispositivos friccionales similares. El sistema utiliza resortes pretensados y topes para obtener un comportamiento de gran capacidad de disipación.
Dispositivo EDR (Fluor-Daniel)
Dispositivo de fricción por golillas
En este caso la disipación se logra por la fricción producto del giro relativo entre placas metálicas.
Fricción por golillas
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 amortiguador viscoso
Disipadores viscosos Amortiguador viscoso instalado en la estructura.
Curva de Histéresis típica de un amortiguador viscoso
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
Los Angeles City Hall, Los Angeles, USA. 450 aisladores elastoméricos, 70 apoyos deslizantes y 70 amortiguadores viscosos
Retrofit con SBC al Edificio I. Magnin (1930), Oakland, USA.
Aislación Sísmica
Como forma de disminuir los efectos de los sismos en las estructuras o edificios, en Chile se esta introduciendo la aislación sismica de base y la disipación de energía. Ambas metodología han demostrado a nivel mundial que son capaces de disminuir notoriamente los daños que producen los terremotos en las estructuras o edificios.
Aislación sísmica de base – Esta 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 mediante deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los mas conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con nucleo de plomo, neoprenicos o fricionales. Al utilizar estos elementos, la estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante un sismos y una reducción importante de las fuerzas que actuan sobre ella durante un sismo.
Efecto de un sismo en un edificio
Efecto de un sismo en un edificio con aislacion de base
En Chile los mas usados son los de goma de alto amortiguamiento y los neoprenicos. Una aplicacion de esta tecnologia lo contituye el Edificio Andalucía que fue el primer edificio habitacional en Chile con aislacion sismica de base. Actualmente tambien se utiliza esta tecnologia en obras civiles como el Viaducto Marga-Marga que fue el primer puente carretero construido con aislacion sismica de base.
Disipación de energía – Esta 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 energia de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van ha experimentar fuertes deformaciones con los movimentos 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 mas conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con un elementos metalico que logra la fluencia facilmente.
Ensayo de Disipador Viscoso de Energía
Disipadores Viscosos de
Energía
En Chile, son de uso reciente en estructruras. El caso mas conocido es el Puente Amolanas que tiene 4 amortiguadores sismicos.
La división estructuras-construcción del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile investiga la forma de desarrollar este tipo de
tecnología y aplicarla en Chile. Fruto de estos trabajos son aplicaciones pioneras de la aislación sísmica de base en Chile, tales como el edificio Andalucía que es el primer edificio habitacional antisísmico del país, el Viaductos Marga-Marga que introdujo en el país la aplicación de aislacion sísmica en obras viales y el Puente Amolanas que introdujo la aplicación de disipación de energía en obras viales.
