DISEO DE UNA EDIFICACION CON ALBAILERIA ARMADA

AILADORES Y DISIPADORES SISMICOSINTRODUCCION

Desde los principios de la civilizacin y la vida en sociedad la construccin por la mano del hombre ha enfrentado el desafo de los embates de la naturaleza, siendo siempre el fenmeno ssmico uno de los eventos que ms estragos ha causado a lo largo de la historia de la humanidad, estando este cubierto por un velo de imprevisibilidad e incertidumbre tanto en su fecha como en su lugar de ocurrencia. Hoy en da el fenmeno ssmico ha sido ampliamente estudiado y su comprensin ya no nos es esquiva, pero aun as conozcamos su origen y comportamiento, la mitigacin de sus efectos sigue siendo el gran reto a vencer en nuestros das.

El sur del Per no est exento a esta problemtica ya que esta es escenario de frecuentes eventos ssmicos de magnitudes variables; nos queda claro entonces que los sismos no se pueden evitar solo podemos lidiar con sus efectos.

Las estructuras actuales, diseadas de la forma tradicional, muestran buen desempeo frente a sismos frecuentes de bajas magnitudes pero no garantizan el mismo desempeo para sismos raros de una magnitud superior poniendo en evidencia la necesidad de incorporar nuevas tcnicas de proteccin ssmica.

Este trabajo busca exponer los beneficios del uso de aislamiento ssmico y disipadores en estructuras, adems exponer de forma clara y concisa.1.

GENERALIDADES DE DISEO ANTISSMICO EN CONCRETO ARMADO

Para dar inicio a este sub ttulo, citaremos el Articulo N 3 perteneciente a la Norma Tcnica E.030 de Diseo Sismo Resistente, perteneciente al Reglamento Nacional de Edificaciones, que indica lo siguiente:

Artculo 3 Filosofa y Principios del diseo sismorresistente

La filosofa del diseo sismorresistente consiste en:

a. Evitar prdidas de vidasb. Asegurar la continuidad de los servicios bsicosc. Minimizar los daos a la propiedad.Se reconoce que dar proteccin completa frente a todos los sismos no es tcnica ni econmicamente factible para la mayora de las estructuras. En concordancia con tal filosofa se establecen en esta Norma los siguientes principios para el diseo:

a. La estructura no debera colapsar, ni causar daos graves a las personas debido a movimientos ssmicos severos que puedan ocurrir en el sitio.b. La estructura debera soportar movimientos ssmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daos dentro de lmites aceptables.

Habiendo expuesto la filosofa del Reglamento se desprende que el mtodo tradicional de diseo estructural sismo resistente busca siempre un factor de seguridad para cumplir con las demandas de la norma, este pensamiento es totalmente compatible con el uso de aisladores y disipadores ssmicos en las estructuras ya que su aplicacin reduce la incertidumbre en el comportamiento estructural durante un evento ssmico.

CONCEPTOS

CAPACIDAD PORTANTE:

En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre l. Tcnicamente la capacidad portante es la mxima presin media de contacto entre la cimentacin y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales:Si la funcin del terreno de cimentacin es soportar una determinada tensin independientemente de la deformacin, la capacidad portante se denominar carga de hundimiento.Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensin aplicada al terreno y la deformacin sufrida por ste, deber calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible.De manera anloga, la expresin capacidad portante se utiliza en las dems ramas de la ingeniera para referir a la capacidad de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma.

CAPACIDAD DE CARGA A CORTO Y A LARGO PLAZO

Las propiedades mecnicas de un terreno suelen diferir frente a cargas que varan (casi)instantneamente y cargas cuasipermanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera ms rgida frente a cargas de variacin quasinstantnea ya que stas aumentan la presin interesticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de agua. En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presin intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de algunas zonas.En el clculo o comprobacin de la capacidad portante de un terreno sobre el que existe una construccin debe atenderse al corto plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el comportamiento a corto plazo se desprecian todo los trminos excepto la cohesin ltima, mientras que en la capacidad portante a largo plazo (caso con drenaje) es importante tambin en rozamiento interno del terreno y su peso especfico.

TIPOS DE CIMENTACIONES:

Las cimentaciones se clasifican en: Cimentaciones Superficiales y Cimentaciones Profundas.

A) CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Cimientos Corridos Zapatas Vigas de Cimentacin Losa de Cimentacin

B) CIMENTACIONES PROFUNDAS: Pilotes

Cimientos Corridos:

Son excavaciones superficiales para obras que no requieren refuerzos en el suelo. Proceso constructivo de un Cimiento Corridoa).- Trazado y replanteob).- Excavacinc).- Perfilado y limpieza de la zanjad).- Colocacin de fierros para las columnase).- Colocacin de la primera capa de concreto previo mojado de la zanjaf).- Colocar las piedras dejando espacios para que el concreto los cubrag).- Colocar otra capa de concreto, hasta el nivel requerido, dejando en la parte superior piedras que sobresalgan en los lugares donde se va ubicar el sobrecimiento.

Zapatas:

Zapatas Aisladas:Son tpicas en cimentaciones de edificios o estructuras sustentadas por pilares. Las riostras que unen las distintas unidades no suelen reducir notablemente las cargas verticales que actan en cada zapata y por lo tanto, a efectos de hundimiento y de asientos, stas pueden considerarse individualmente.Su principal objetivo es la de evitar desplazamientos laterales.

Zapatas Combinadas:Soportan las descargas de dos o ms columnas. Necesarias cuando se debe colocar una columna en la colindancia de un edificio y la losa de la zapata no se puede proyectar fuera de la colindancia.Se logra una distribucin relativamente uniforme de esfuerzos, la zapata de la columna exterior se puede combinar con la de la zapata interior ms cercana.

Zapatas Corrida:Es una franja continua de losa a lo largo del muro y de un ancho mayor que el espesor del mismo. La proyeccin de la zapata se trata como un voladizo cargado con la presin distribuida del suelo.

Vigas de Cimentacin:Se las emplea en suelos poco resistentes, para integrar linealmente la cimentacin de varias columnas. Cuando se integran las columnas superficialmente mediante vigas de cimentacin en dos direcciones, se forma una malla de cimentacin.

Losa de Cimentacin:Se emplean en suelos poco resistentes, para integrar superficialmente la cimentacin de varias columnas. Cuando al disear la cimentacin mediante zapatas aisladas, la superficie de cimentacin supera el 25% del rea total, es recomendable utilizar losas de cimentacin.

Pilotes:Se los emplea cuando los estratos resistentes de suelo son muy profundos. El hincado de pilotes permite que se alcancen esos estratos resistentes.Pueden ir acoplados a zapatas o losas de cimentacin. Se utilizan varios pilotes para sustentar a cada unidad de cimentacin. SISTEMAS DE PROTECCION SISMICA

Los sistemas de proteccin ssmica de estructuras utilizados en la actualidad incluyen desde diseos relativamente simples hasta avanzados sistemas totalmente automatizados. Los sistemas de proteccin ssmica se pueden clasificar en tres categoras: sistemas activos, sistemas semi-activos y sistemas pasivos.

a) Sistemas activos

Los sistemas activos de proteccin ssmica son sistemas complejos que incluyen sensores de movimiento, sistemas de control y procesamiento de datos, y actuadores dinmicos.

Estos sistemas monitorean la respuesta ssmica de la estructura en tiempo real, detectando movimientos y aplicando las fuerzas necesarias para contrarrestar los efectos ssmicos. El actuar de los sistemas activos se resume de la siguiente forma: las excitaciones externas y la respuesta de la estructura son medidas mediante sensores, principalmente acelermetros, instalados en puntos estratgicos de la estructura. Un algoritmo de control procesa, tambin en tiempo real, la informacin obtenida por los instrumentos, y determina las fuerzas necesarias que deben aplicar los actuadores para estabilizar la estructura.

Las fuerzas que estos sistemas utilizan son, generalmente, aplicadas por actuadores que actan sobre masas, elementos de arriostre o tendones activos. Una de las principales desventajas de los sistemas activos de proteccin ssmica, adems de su costo, es que necesitan de una fuente de alimentacin externa continua para su funcionamiento durante un sismo. No obstante, constituyen la mejor alternativa de proteccin ssmica de estructuras, ya que permiten ir modificando la respuesta de los dispositivos en tiempo real, lo que implica un mejor comportamiento de la estructura durante el sismo.

Los sistemas de proteccin ssmica activos han sido desarrollados en Estados Unidos y en Japn. Estos sistemas han sido aplicados principalmente en Japn, donde las restricciones de espacio de las grandes urbes, han detonado la construccin de estructuras de gran esbeltez.

b) Sistemas semi-activos

Los sistemas semi-activos de proteccin ssmica, al igual que los activos, cuentan con un mecanismo de monitoreo en tiempo real de la respuesta estructural. Sin embargo, a diferencia de los sistemas activos no aplican fuerzas de control directamente sobre la estructura. Los sistemas semi-activos actan modificando, en tiempo real, las propiedades mecnicas de los dispositivos de disipacin de energa. Ejemplos de estos sistemas son los amortiguadores de masa semiactivos, los dispositivos de friccin con friccin controlable, y los disipadores con fluidos electro- o magneto-reolgicos.

c) Sistemas pasivos

Los sistemas pasivos son los dispositivos de proteccin ssmica ms comnmente utilizados en la actualidad. A esta categora corresponden los sistemas de aislacin ssmica de base y los disipadores de energa. Los sistemas pasivos permiten reducir la respuesta dinmica de las estructuras a travs de sistemas mecnicos especialmente diseados para disipar energa por medio de calor.

Disipacin de energaLos disipadores de energa, a diferencia de los aisladores ssmicos, no evitan que las fuerzas y movimientos ssmicos se transfieran desde el suelo a la estructura.Estos dispositivos son diseados para disipar la energa entregada por sismos, fenmenos de viento fuerte u otras solicitaciones de origen dinmico, protegiendo y reduciendo los daos en elementos estructurales y no estructurales.Estos dispositivos permiten aumentar el nivel de amortiguamiento de la estructura. Un caso particular de dispositivo de disipacin de energa, que ha comenzado recientemente a ser utilizado en Chile para la proteccin ssmica de estructuras, corresponde a los amortiguadores de masa sintonizada. Estos dispositivos, ubicados en puntos estratgicos de las estructuras, permiten reducir la respuesta estructural. Al igual que los sistemas de aislacin ssmica de base, los dispositivos de disipacin de energa, han sido ampliamente utilizados a nivel mundial en el diseo de estructuras nuevas y en el refuerzo de estructuras existentes.

Beneficios y limitaciones de uso

Beneficios: Los dispositivos de disipacin de energa aumentan el nivel de amortiguamiento de las estructuras, reduciendo los esfuerzos y deformaciones en ellas y sus contenidos. Los esfuerzos, aceleraciones y deformaciones inducidos por un sismo en una estructura con sistemas dedisipacin de energa, pueden ser entre un 15 a 40% menores que los correspondientes a una estructura sin disipadores, logrando reducir el dao producido a elementos estructurales y no estructurales.Limitaciones de uso: Algunos tipos de disipadores pueden requerir ser reemplazados parcial o totalmente luego de sismos excepcionalmente severos. Del mismo modo, algunos tipos de disipadores, que si bien reducen las demandas en la estructura, pueden incrementar la probabilidad de que se produzcan deformaciones residuales permanentes en las estructuras.

Aislacin ssmica

El diseo de estructuras con aislacin ssmica se fundamenta en el principio de separar la superestructura (componentes del edificio ubicados por sobre la interfaz de aislacin) de los movimientos del suelo o de la subestructura,a travs de elementos flexibles en la direccin horizontal, generalmente ubicados entre la estructura y su fundacin o a nivel del cielo del subterrneo (subestructura).Sin embargo, existen casos donde se han colocado aisladores en pisos superiores.

La incorporacin de aisladores ssmicos permite reducir la rigidez del sistema estructural logrando que el perodo de vibracin de la estructura aislada sea, aproximadamente, tres veces mayor al perodo de la estructura sin sistema de aislacin.

El aislamiento ssmico es utilizado para la proteccin ssmica de diversos tipos de estructuras, tanto nuevas como estructuras existentes que requieren de refuerzo o rehabilitacin. A diferencia de las tcnicas convencionales de reforzamiento de estructuras, el aislamiento ssmico busca reducir los esfuerzos a niveles que puedan ser resistidos por la estructura existente. Debido a esto ltimo, la aislacin ssmica de base es especialmente til para la proteccin y refuerzo de edificios histricos y patrimoniales.

Beneficios y limitaciones de uso

Beneficios: Los dispositivos de aislacin ssmica actan como filtro del movimiento ssmico, evitando que gran parte de la energa ssmica se traspase a la estructura aislada, reduciendo los esfuerzos y por lo tanto, el dao producido a elementos estructurales, no estructurales y contenidos de los edificios.

Limitaciones de uso: Algunos tipos de aisladores, como el caso de los aisladores deslizantes, requieren ser revisados luego de sismos excepcionalmente severos. Debido al desplazamiento relativo entre la estructura aislada y el suelo u otras estructuras no aisladas, todas las especialidades involucradas en un proyecto, y que se puedan ver afectadas por el desplazamiento de la estructura aislada, deben realizar diseos especiales de sus sistemas a fin de acomodar los desplazamientos esperados para el sistema de aislacin.

PROYECTO

OBJETIVO Determinar el comportamiento de una estructura frente a suelos blandos y suelos rgidos. Promover el uso de disipadores y aisladores ssmicos.

MATERIALES Carrizo Suelo blando Suelo rgido Cartn prensado Silicona Depsitos pequeos

DESARROLLO Se idealizaron dos prticos a base de carrizo. Con el cartn prensado formamos una base para nuestra estructura. Colocamos los prticos en dos tipos de suelos: suelo blando y suelo Rgido.

RESULTADOS Al colocar cada prtico en un tipo de suelo distinto, se pudo observar que la estructura tena comportamientos diferentes. En ambos casos ocurri asentamientos y/ desplazamientos, sin embargo el prtico que se encontraba sobre suelo blando, sufri ms asentamiento.

CONCLUSIONES

Generalmente todas las estructuras sufren daos debido a asentamientos y/o desplazamientos provocados por las fuerzas ssmicas o por su mismo peso propio, es necesario que ante este problema se opte por soluciones para evitar los daos que pueden ocasionar la muerte de las personas.

Realizar un buen diseo estructural, teniendo en cuenta siempre el tipo de suelo en el que se encuentra la edificacin.

Evitar la resonancia el efecto de resonancia en las edificaciones.

SUGERENCIAS

Investigar y promover el uso de sistemas de proteccin ssmica como disipadores y aisladores ssmicos.

Realizar diseos teniendo en cuenta la microzonificacin ssmica del lugar donde se construir.

Realizar un adecuado estudio de suelos.

Realizar capacitaciones continuas por parte de las universidades acerca de sistemas de proteccin antissmica moderna.

BIBLIOGRAFIA Reglamento Nacional de Edificaciones http://www.emb.cl/construccion/articulo.mvc?xid=2495

INDICETabla de contenidoINTRODUCCION1GENERALIDADES DE DISEO ANTISSMICO EN CONCRETO ARMADO2CONCEPTOS2CAPACIDAD PORTANTE:2CAPACIDAD DE CARGA A CORTO Y A LARGO PLAZO3TIPOS DE CIMENTACIONES:3A)CIMENTACIONES SUPERFICIALES:3B)CIMENTACIONES PROFUNDAS:4SISTEMAS DE PROTECCION SISMICA7Los sistemas de proteccin ssmica de estructuras utilizados en la actualidad incluyen desde diseos relativamente simples hasta avanzados sistemas totalmente automatizados. Los sistemas de proteccin ssmica se pueden clasificar en tres categoras: sistemas activos, sistemas semi-activos y sistemas pasivos.7a)Sistemas activos7b)Sistemas semi-activos8c)Sistemas pasivos8PROYECTO11OBJETIVO11MATERIALES11DESARROLLO11RESULTADOS11CONCLUSIONES12SUGERENCIAS12BIBLIOGRAFIA13INDICE13

CARRERA PROFESIONAL: INGENIERIA CIVILPgina 1