1. UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ALUMNO: JARA CHOQUEPOMA, MARIO BEREMIZ
CURSO: CONSTRUCCION II
TEMA: DISIPADORES DE ENERGIA
DOCENTE: ING. GERARDO CANCHO ZUÑIGA
CICLO: VII
SECCION: A
FECHA: 08/07/2015
2. El Perú es un país altamente sísmico. Cerca de 18 millones de peruanos viven en
zonas sísmicas y están expuestos a las constantes amenazas de ocurrencias de
sismos. Cabe indicar, que en investigaciones sísmicas, aún están lejos de poder
resolver el peligro sísmico, el cual se incrementa y al que están expuestos
cotidianamente.
Las construcciones en zonas sísmicas se incrementan a diario en nuestro país. En
consecuencia, la seguridad estructural tiene un valor importante en el desarrollo
nacional. La reducción de los costos, con la consecuente seguridad de las obras en
zonas sísmicas es el problema central de la construcción en nuestro país. La razón
fundamental en la solución de este problema es la elaboración de metodologías de
cálculo sísmico de edificaciones con dispositivos pasivos de disipación de energía.
3. DISIPADORES 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.
5. 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.
VENTAJAS
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.
6. 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.
TEORIA
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.
8. La función básica de los dispositivos pasivos de disipación de energía cuando
son incorporados a la superestructura de un edificio es la de absorber una parte
de la energía de entrada, para de esta manera reducir la demanda de disipación
de energía en los miembros primarios estructurales y minimizar el posible daño
estructural. Estos dispositivos pueden ser muy efectivos contra los movimientos
inducidos por los vientos, así como también aquellos inducidos por los sismos.
Contrariamente a los sistemas activos, los sistemas pasivos no requieren de
suministro externo de energía eléctrica.
9. Los disipadores de energía se pueden clasificar en disipadores histeréticos y
viscoelásticos.
Los dispositivos histeréticos dependen básicamente del desplazamiento y
se basan en:
- La plastificación de metales por flexión, cortante o extrusión.
- Fricción entre superficies.
Los disipadores viscoelásticos dependen fundamentalmente de la velocidad y
se basan en:
- Sólidos viscoelásticos.
- Fluidos conducidos a través de orificios.
- Fluidos viscoelásticos.
10. Disipadores Metálicos
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
11. Disipador TADAS
Conjunto de placas triangulares dispuestas a flexión fuera de su plano. Es muy
similar al ADAS.
Disipador Honey-Comb
Este dispositivo consiste también en placas ahusadas como el ADAS, pero
trabajando en su plano.
12. "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.
Instalación del dispositivotipo "unbonded braces"
13. 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
14. Sistema PALL
Utiliza la deformación relativa de entrepiso y la deformación angular del
paralelógramo central (ver figura) como medio de disipación.
15. 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.
16. 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
19. COSTO DE ESTRUCTURA CON DISIPADORES vs. COSTO DE
ESTRUCTURA TRADICIONAL
La incorporación de disipadores de energía en la estructura involucra un
costo, siendo este muy importante en la toma de decisiones del uso de los
disipadores y que tipo de disipadores podrían ser utilizados en un
determinado proyecto.
El análisis, diseño, selección, fabricación e instalación de los disipadores en
una estructura depende de varios e importantes aspectos que incluyen:
- Aceleración sísmica
- Condiciones del terreno de fundación
- Tipo de estructura
- Período de vida útil de la estructura
- Objetivos de desempeño
20. - Cantidad de disipadores
- Ciclo de vida de los disipadores
- Capacidad requerida de los disipadores
- Reforzamiento requerido de los elementos estructurales
- Instalación y detalles constructivos
- Interrupción de la ocupación y puesta en servicio durante la construcción
- Mantenimiento requerido, inspección y costos de reemplazo
21. La estructura con disipadores de energía tendría un ahorro debido a que no es
necesario un aumento de la sección de las columnas como alternativa de
solución para rigidizar la estructura nueva. En cambio, si se rigidiza la estructura,
se tendría un incremento en el costo, incluyendo concreto, acero y encofrado. La
estructura con la inclusión de disipadores de energía, un disipador por nivel,
tendría un costo solo de los disipadores. Esta comparación se dio en el supuesto
caso de una estructura nueva, en cambio, si fuera una estructura existente y se
reforzaría con la alternativa tradicional, los costos se incrementarían, pudiendo
variar según las características propias de la estructura y considerando el tiempo
de construcción.
22. Al evaluar los costos de las estructuras con disipadores de energía, se deben
de tener en consideración los siguientes aspectos:
- Ahorro en elementos y placas
- Ahorro en cimentación
- Tiempo de reparación y puesta en servicio de la estructura
- Costo de reparación en elementos estructurales y acabados
- Daño en instalaciones eléctricas, sanitarias, gas natural, etc.
- Mayor seguridad por incendios post-sismo
- Estructura nueva o existente
23. Los disipadores de energía actúan de manera similar a los aisladores de base,
pero que reducen el costo de manera considerable. Un disipador cuesta entre
$ 100 y $ 150 mientras que un aislador de base te puede costar $ 6000.
Como máximo, se usan unos ocho disipadores por piso en un edificio. En el
caso de los aisladores de base, se necesitan unos 40 para estructuras de poca
altura (hasta 5 pisos).
