DISIPADORES DE ENERGA

DISIPADORES DE ENERGA20

NDICE

Contenido Pgina ndice 1

Introduccin 2

Disipadores de Energa 3 - 19

Imgenes 19 - 20

Conclusin 21

Bibliografa 22

INTRODUCCIN

A lo largo de su historia, Chile se ha convertido en unos de los pases con ms propagaciones de energas ssmicas alrededor del mundo, podemos ver las energas liberadas (segn grado Richter), en varias ciudades del pas, como por ejemplo en Valdivia, ya que su grado de intensidad del sismo casi llega a un cataclismo (9.5 grados Richter), otra ciudad afectada, en Chilln, en el ao 1979, ya que a pesar de que su intensidad fue de 7.8 grados, fue uno de los terremotos con ms cantidad de gente fallecida y desaparecida, y prcticamente la ciudad en esta poca se vino abajo por completo.A pesar que en la actualidad hubieron una cantidad de terremotos, el ms recordado y presenciado hoy en da es el terremoto del 27 de febrero de 2010, con una magnitud de 8.8 grados Richter, en el cual lamentablemente hubieron fallecidos y an, personas desaparecidas, ya que una de las causales por el deceso de estas personas eran las construcciones que haban en ese momento, algunas edificaciones resistieron al movimiento ssmico, otros, lamentablemente se vinieron abajo, uno puede ser por error de clculo o por error constructivo, un ejemplo de ello es el edificio Alto Ro en Concepcin, ya que esta estructura se derrumb completo por este movimiento ssmico.Hoy en da, se estn realizando construcciones con un aumento de espesor de muro, ms dimetro de acero para hormign armado, pero tambin se incorporan instrumentos para poder mitigar los movimientos ssmicos, cuyo objetivo es que la construccin en s, no sufra en gran manera las ondas producidas por el sismo, ya que ste entrega mucho ms seguridad, ya que a travs de ello ayudarn a resistir ms las construcciones, y an mejor, salvarn muchas vidas.Los instrumentos que mitigan o disminuyen el movimiento ssmico para edificios se pueden dividir en Aislacin Basal, Amortiguadores Ssmicos y los disipadores de energa. En este informe, daremos a conocer los disipadores de energa, ya que tambin se puede adicionar diagonales, para una completa resistencia. El objetivo de este trabajo, es tener conocimiento de ello y poder aplicarlo en el futuro cercano o lejano en una construccin de edificios.

DISIPADORES DE ENERGIAAdicin de Diagonales con disipadores metlicos

El objetivo de este dispositivo es absorber los movimientos provocados por sismos, y brinda una gran seguridad para su construccin como para su gente, su comunidad.

Los disipadores de energa son dispositivos de proteccin ssmica desarrollados para mejorar el comportamiento de los edificios ante un terremoto y por lo tanto otorga, como haba sido mencionado, mayor seguridad a sus ocupantes y los contenidos del mismo inmueble. Los disipadores de energa funcionan de mejor manera en edificios altos (ms de 15 pisos), tanto para minimizar los efectos de terremotos (movimientos ssmicos) como el viento (huracanes). Esta tecnologa reduce las deformaciones y fuerzas que el sismo impone a las estructura mediante el aumento de la capacidad de amortiguamiento de la misma.

Los disipadores de energa en estructuras reducen la deformacin y esfuerzos producidos por sismos, vientos, huracanes mediante el aumento del amortiguamiento estructural. Como resultado los esfuerzos inducidos por el sismo en las estructuras pueden ser hasta un 50 % menor que los correspondientes a la estructura sin disipadores (daando la estructura).

Se ubican en lugares especiales de la estructura de un edificio segn el diseo desarrollado por ingenieros estructurales especializados en el desarrollo y aplicacin de estas tecnologas.

Los disipadores de energa funcionan bajo el siguiente principio: una parte de la energa del sismo es captada por los disipadores, que la acumulen en forma de calor, y luego la liberan gradualmente al ambiente. Son fusibles, es decir, son dispositivos diseados para que se daen ellos y no a la estructura; para que la energa de sismo sea disipada al suelo o al ambiente y no se acumule y afecte al edificio mismo.

La estructura sin disipadores de energa sobrevive el sismo severo disipando energa en sus elementos principales, pero estos son los que sufren el dao.

En la estructura con disipadores, la energa es absorbida por estos dispositivos reduciendo significativamente las deformaciones y el dao estructural.

Los disipadores de energa modifican la propiedad dinmica de amortiguamiento del sistema estructural de modo que las vibraciones incluidas por la excitacin son absorbidas por estos dispositivos.

La disipacin de energa se realiza a travs del comportamiento plstico de metales dctiles, la extrusin del plomo, la deformacin de corte de polmeros visco elsticos, la perdida de energa en fluidos viscosos circulando a travs de orificios, la friccin seca entre superficies en contacto bajo presin, etc.

Figura 1: Muelle en La ciudad de Coronel, Chile.

Este disipador es capaz de absorber la energa generada por terremotos de grado 8, cuando se producen sismos de gran intensidad los disipadores se activan absorbiendo la energa en puntos especficos protegiendo as al resto de elementos del edificio.La carga de fluencia vara en el orden de 20 Ton inicindose la plastificacin con desplazamientos relativos del orden de 0.5 a 1 mm.

VENTAJAS: La seguridad estructural es entre un 50 y un 100% mayor que un edificio convencional Se protegen los contenidos. Se evita la paralizacin 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, Japn (1995) se pudo comprobar con xito las ventajas que poseen las estructuras provistas de sistemas de disipacin de energa, al observar el excelente comportamiento de este tipo de edificios frente a los convencionales.TIPOS DE DISIPADORES: Disipadores Metlicos: Los dispositivos metlicos se caracterizan por tener un comportamiento dctil que es, en gran medida independiente de la velocidad de deformacin.

Disipadores Friccionales: Los dispositivos metlicos se caracterizan por tener un comportamiento que se logra a travs de la friccin seca entre dos metales. El principio bsico de los disipadores friccionantes consiste en utilizar la deformacin relativa entre dos puntos de una estructura para disipar energa a travs de friccin.

Disipadores Viscosos: El principio bsico de funcionamiento consiste en movilizar un elemento a travs de un fluido viscoso. Esto genera fuerzas que se oponen al movimiento del elemento, de magnitud proporcional a la velocidad.

Disipadores Viscoelsticos: Estos mecanismos disipan energa a travs de deformacin dinmica de materiales viscosos. Su comportamiento depende de la velocidad con la que se genera la deformacin durante los ciclos de carga.

Figura 2: Grfico que muestra el espectro de desplazamiento para el registro de Llolleo (ao 1985), con amortiguamientos de 5, 10, hasta 15%

1- DISIPADORES METLICOS:

Dentro de los disipadores metlicos, que ante un sismo se comporta de una manera dctil, podemos clasificar en cuatro dispositivos, cuales son: Disipador ADAS: Este sistema consiste en un conjunto de placas paralelas de forma ahusada de modo que la fluencia sea uniforme en la altura. Y todo tipo de esfuerzo, sean de torsin, cizalle o axial puede dar como resultado la plastificacin de metales. Por lo tanto, los desplazamientos relativos que se generan en una estructura, producto de estos esfuerzos, indiquen deformaciones plsticas en las placas metlicas, lo que se traduce en disipacin de energa a travs de procesos de histresis.

Figura 3: Disipador ADAS

Figura 4: Edificio Core Pacific Shopping Center, Taiwan

Disipador TADAS: Conjunto de placas triangulares a flexin fuera de su plano. Es muy similar al disipador ADAS.

Figura 5: Disipador TADAS

Disipador Honey Comb: Este dispositivo tambin en placas como el ADAS, pero trabajando en su plano.

Figura 6: Disipador Honey Comb

Disipador Unbouded Braces: Consiste en un diagonal de acero que fluye dentro de una seccin de hormign que la confina. Su principio bsico de funcionamiento es prevenir el pandeo del elemento cuando el acero fluye a compresin y se puede usar en marcos estructurales.

Figura 7: Disipador Unbounded Braces

Figura 8: Imagen que muestra la instalacin del disipador de energa, tipo Unbounded Braces

Figura 9: Sistemas de conexin entre disipadores y la estructura porticada

2- DISIPADORES FRICCIONALES:Estos dispositivos van desde las ms simples conexiones con orificios ovalados hasta dispositivos complejos. stos sistemas de friccin disipan energa, basndose en el rose (friccin seca) que ocurre entre dos superficies en contacto bajo presin y en su deslizamiento relativo. Los desplazamientos relativos que tienen lugar en una estructura durante un sismo desarrollan a su vez desplazamientos relativos en las placas del disipador, lo que se traduce en disipacin de energa a travs de calor y generando curvas histresis rectangulares.

Figura 10 B:Imagen que muestra la respuesta histertica de un disipador friccionalFigura 10 A:Disipador Friccional (Pall y Marsh, ao 1982)

FABRICACIN DE UN DISIPADOR FRICCIONALGeneralmente en la fabricacin de los disipadores friccionales de energa, los materiales ms utilizados son el acero y el bronce, ya que los SBC son conexiones modificadas.

Figura 11: Dispositivo Friccional utilizado por Tremblay y Steiner

Dentro de los dispositivos friccionales, tambin se pueden clasificar en 4 tipos, que van desde su utilizacin ms simple, hasta el ms complejo de realizar, estas son: Disipacin de Conexin SBC (Slotted Bolted Connection): Este dispositivo es el ms simple de todos. Consiste en una unin de dos placas paralelas (de acero) Interconectadas entre s a travs de lminas de bronce y pernos de alta resistencia. El deslizamiento Entre placas se produce a travs de orificios ovalados. Consiste de una placa principal apernada entre dos placas exteriores.

Figura 12: Conexin SBC

Figura 13: Disipador Friccional SBC

Disipadores con Sistema PALL: Utiliza la deformacin relativa de entrepiso y la deformacin angular del paralelogramo central, como medio de disipacin.

Figura 14: Edificio Utilizado con Sistema PALL

Disipadores con Sistema EDR (energy dissipating restranint): Este disipador pertenece a una gran familia de dispositivos friccionantes similares. El sistema utiliza resortes pretensados y topes para obtener un comportamiento de gran capacidad de disipacin.

Figura 15: Disipador friccional tipo EDR

Dispositivo de friccin por Golillas: En este caso lo disipacin se logra por la friccin del producto del giro relativo entre placas metlicas.

Figura 16: Disipador friccional por golillas.

3- DISIPADORES VISCOSOS:

Los fluidos viscosos, tales como siliconas, aceites, etc. Han sido utilizados con eficiencia en la generacin de dispositivos disipadores de energa hace ya varias dcadas en la industria militar y aeroespacial.

Figura 17 A:Disipadores ViscososFigura 17 B:Amortiguador Viscoso instalado en la estructura

Consiste bsicamente en un cilindro de acero inoxidable de alta resistencia, el cual contiene un fluido de alta viscosidad, resistente al fuego, estable a los cambios de temperatura, el cilindro en su interior posee un pistn, que se compone de: Vlvula de Control, Cabeza del Pistn, Fluido en compresin y su pistn correspondiente, acompaado de varias cmaras que van integradas en el disipador.

Figura 18: Composicin del Disipador viscoso4- DISIPADORES VISCOELSTICOS

Los dispositivos Viscoelsticos pueden separarse bsicamente en tres grupos:

1.-solidos viscoelsticos2.-fluidos conducidos a travs de orificios3.-fluidos viscoelsticos

Las propiedades de rigidez y amortiguamiento de los dispositivos dependen fundamentalmente de la temperatura que se genera durante la disipacin y la frecuencia de carga.

Figura 19 B:Respuesta histertica (disipador viscoelstico)Figura 19 A:Disipador Viscoelstico

DISIPADORES PASIVOS DE ENERGA

Sistemas de aislamiento base:

Es una herramienta de diseo que se fundamenta en desacoplar la estructura del movimiento del suelo con el objeto de protegerla de los efectos del sismo.Para tal efecto se utilizan dispositivos flexibles a los movimientos horizontales y rgidos al desplazamiento vertical.

Figura 20 A: Aislador de base, eslatomtrico

Figura 20 B: Aislador de base tipo pndulo friccional

DISIPADOR DE TITANIUM

Uno de los 45 disipadores metlicos diseados por SIRVE para la torre Titanium, con el detalle de todos sus componentes visto desde varios ngulos. Se ven las placas UFP (con forma de U), un componente clave porque son las piezas que absorben la energa de deformacin y luego la disipan a travs de calor. Cada disipador contiene 84 placas UFP, las cuales van agrupadas en mdulos simtricos de seis unidades. La geometra de estas placas, con su respectivo espesor, curvatura y largo, se obtuvo a partir de sofisticados anlisis no lineales que entregaron las curvas de diseo para el desempeo requerido. Luego, el conjunto de placas ms los atiezadores forman una pieza que le otorga la rigidez necesaria al sistema.

DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS DE LOS DISIPADORES

Normalmente los disipadores se colocan cuando la estructura principal ya soporta la mayor parte de la carga vertical, de forma que el sistema disipativo, se limita a resistir las acciones horizontales.

Figura 21: Sistemas estructurales de una estructura sismorresistente con disipadores de energa

BENEFICIOS Y LIMITACIONES DE SU 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 de disipacin 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.

Disipacin de la energa inducida por un sismo:En una estructura sometida a movimientos ssmicos, la ley de conservacin de energa convierte la energa de entrada en energa elstica y en energa disipada Medeot R. (2000), como se observa en la Ecuacin

Donde:

E1: Energa de entrada.

Ep: Energa potencial.

EK: Energa cintica.

E: Energa por amortiguamiento viscoso equivalente.

EH: Energa por deformacin histertica.

ESTUDIO EDIFICIO TORRE TITANIUM (Chile)

Uso de suelo y Fundaciones

Al edificio en su primer nivel deja un porcentaje de un 30% para la construccin del edificio, el 70 % fue utilizado para reas verdes y esparcimiento.Las fundaciones constan con 7 subterrneos, logrando una profundidad de 25 metros. El edificio consta en fundaciones, de muros de hormign armado. La tcnica utilizada en las fundaciones, es de forma descendente, en las superficies laterales del terreno, tcnica aplicada a todo el permetro excepto en el lado norte, la que colinda con los vecinos, la que se fundara en forma tradicional.

Hormigones, H40 y H60 Fierro, A63 y H42

Instalaciones

Uno de los puntos relevantes a la hora de hablar de las instalaciones en el edificio es la climatizacin, que cuenta con la diferencia de no estar conectada a un sistema central sino que funciona de forma autnoma en cada piso.

La climatizacin esta complementada con el uso de una fachada, muro cortina, formada por dos vidrios de 5mm.

Sistema sismo-resistente

El edificio consta con elementos sismo/resistentes. Los cuales no son puestos a prueba con los movimientos de la tierra, sino que se ve afectado a los efectos del viento. El centro de gravedad del esfuerzo ssmico se encuentra a un 15% de la altura del edificio, 30 metros. Y el viento acta a un 60% lo que condiciona el diseo de los elementos estructurales en la base de los primeros pisos.

Centro de Rigidez y Centro de Masa

El centro de rigidez se encuentra al centro de la planta, junta a las circulaciones verticales. Este centro rene 3 ncleos de ascensores.

DEMANDA POR ESTOS SISTEMAS

Despus del terremoto del 27/F, la demanda por la incorporacin de estas tecnologas sismo resistentes ha crecido explosivamente en el mbito hospitalario, industrial, de oficinas y residencial. En el rea habitacional, se ha observado un fuerte aumento de estos proyectos vendidos en verde debido a que los clientes han valorado muy positivamente esta caracterstica de seguridad adicional de los edificios.Esta misma tendencia, en cuanto a generar saltos tecnolgicos e incorporar sistemas que mejoren el comportamiento de las edificaciones, se ha observado en otros pases que han sufrido terremotos de gran envergadura. En Chile hemos visto el mismo efecto que se dio luego del terremoto de Kobe (Japn), en 1995, en que se modific el uso de sistemas de proteccin ssmica debido al excelente comportamiento que tuvieron las estructuras que estaban protegidas. En la actualidad, en ese pas de alta vulnerabilidad ssmica como Chile, es un estndar construir con este tipo de tecnologas.

IMGENES DE DISIPADORES DE ENERGA Y SU APLICACIN

CONCLUSIN

En resumen, podemos ver que los disipadores de energa ssmica ayudan en demasa ante un eventual terremoto, asegurando su calidad, esttica y confianza hacia los usuarios en la cual van a habitar.Dentro de toda su historia, la construccin se ha caracterizado por tener nuevas tecnologas o mtodos mejorados para hacer de manera ms simple y de calidad las edificaciones.En este informe, aprendimos de muchas cosas, entre ellas: que los disipadores de energa ssmica absorbe la onda ssmica y lo saca al ambiente, es decir, el disipador absorbe todo el movimiento telrico y se provoca su ruptura, por lo cual no daa la estructura en s; tambin los disipadores de energa tienen una variedad de ellos que van desde los ms simples a los ms complejos de realizar; y por sobretodo, para tener una correcta instalacin se deber hacer un clculo, dado por el ingeniero civil o estructural correspondiente.Se agradece al docente de la asignatura por su atencin en este informe.

BIBLIOGRAFA

Apunte PDF Proteccin Ssmica de Estructuras, Cmara Chilena de la Construccin

Imgenes extradas de www.google.cl

Archivo Sistema de proteccin ssmica, revista construccin, Pginas 1,2 y 3. Archivo PDF

Archivo de diapositiva Disipador de energa ssmica, Gerb Bosso, Per. Archivo PDF

Presentacin Disipadores de Energa, formato Prezi

Artculo Sistemas de Aislacin Ssmica y Disipacin de Energa, http://www.emb.cl/construccion/articulo.mvc?xid=2495

VALENZUELA|INSTITUTO SANTO TOMS 2015