viernes, 2 de noviembre de 2012

Dispositivos de control activo de la Resistencia Sísmica

Después del desarrollo de dispositivos pasivos tales como el aislamiento de base y TMD. Los pasos lógico siguiente es para controlar la acción de estos dispositivos de una manera óptima por una fuente de energía externa se conoce el sistema resultante como sistema activo de control de dispositivo. Control activo ha sido ampliamente utilizado en estructuras aeroespaciales. En los últimos años se han logrado importantes hechos en la parte analítica de control activo de estructuras de ingeniería civil. También algunos modelos explica como se muestra que hay una gran promesa en la tecnología y que uno puede esperar ver en el futuro inmediato varias dinámicas "Edificios Inteligentes" Dinámicas el término en sí parece haber sido acompañado por la Corporación Kajima de Japón. En uno de su folleto el concepto de control activo se había explicado de todas las maneras simples y vale la pena citar aquí.

La gente que estaba balanceándose en tren o autobús tratar de mantener el equilibrio por querer preparando sus piernas o su reinstalación en los mejillones de su columna vertebral y el estómago. Al proporcionar una función similar a un edificio que puede amortiguar las vibraciones inmensamente cuando se enfrenta a un terremoto. Este es el concepto de laConstrucción Dinámica Inteligente (DIB).

Active Mass Driver System

La filosofía del pasado convencional de una estructura sísmica es responder pasivamente a un terremoto. Por el contrario, en el DIB que se propone la construcción en sí funciona activamente contra los terremotos y los intentos de controlar las vibraciones. El sensor distribuido dentro y fuera del edificio transmite información al ordenador instalado en el edificio que se puede hacer análisis y juicios, y como si los edificios poseen inteligencia relacionada con el terremoto modifica sus propias características estructurales minuto por minuto.

 

Sistema de Control Activo

La configuración básica de un sistema de control activo se muestra esquemáticamente en la figura. El sistema consta de tres elementos básicos:

  1. Sensores para medir la excitación externa y / o la respuesta estructural.
  2. Hardware y software para calcular las fuerzas de control sobre la base de la excitación observada y / o la respuesta estructural.
  3. Los actuadores para proporcionar las fuerzas de control necesarias.

Así, en el sistema activo tiene que tener necesariamente una entrada de energía externa para accionar los actuadores. Por otro lado los sistemas pasivos no requieren de energía externa y su eficacia depende de afinaciones de sistema a la excitación de espera y comportamiento estructural. Como resultado, los sistemas pasivos son efectivos sólo para los modos de las vibraciones para la que éstos están sintonizados. Así, la ventaja de un sistema activo se encuentra en su rango mucho más amplio de aplicabilidad ya que las fuerzas de control se elaboran sobre la base de la excitación real y el comportamiento estructural. En el sistema activo cuando sólo excitación externa se mide sistema se dice que está en forma de bucle abierto. Sin embargo, cuando la respuesta estructural se utiliza como entrada, el sistema está en control de bucle cerrado. En ciertos casos, la excitación y la respuesta de ambos se utilizan y que se denomina como control de bucle abierto-cerrado.

Dispositivos de control de fuerza

Muchas formas han sido propuestos para aplicar fuerzas de control a una estructura. Algunos de estos han sido ensayados en laboratorio en modelos escalados hacia abajo. Algunas de las ideas se han presentado para aplicaciones de fuerzas activas se describen brevemente en la siguiente:

Active-amortiguadores de masa sintonizados (TMD)

estos son en modo pasivo se han utilizado en un umber de estructuras como se mencionó anteriormente. TMD ahí activo es una extensión natural. En este sistema 1% de la masa total del edificio está directamente excitados por un actuador sin muelle y la olla tablero. El sistema ha sido denominado como conductor de masa activa (AMD). Los experimentos indicaron que las vibraciones de construcción se reducen aproximadamente un 25% mediante el uso de AMD.

Control de Tendon

Varios estudios analíticos han sido realizados usando los tendones para el control activo. En excitaciones bajas, incluso con el sistema de control activo fuera el tendón actuar en modos pasivos mediante la resistencia a las deformaciones en las estructuras aunque resultante tensión en el tendón. A mayores excitaciones se puede cambiar al modo Activo cuando el actuador se aplica la tensión requerida en los tendones.

Otros métodos

El chapoteo líquido durante los terremotos ha cobrado una gran importancia en vista de la importancia sobre el flujo de productos petrolíferos de un tanque de almacenamiento en los terremotos de correos.Una de las consideración importante con oleaje es que se asocia con una amortiguación muy bajos. La altura de la ola se controla a través de la fuerza aplicada a la pared lateral por un accionador hidráulico. El control activo reducido con éxito altura de las olas al nivel de 6% de los que no tienen control, por excitaciones armónicas a chapotear frecuencia. Por tipo de excitación terremoto las alturas de ola se redujeron a un 19% de nivel.

Conclusión

Enfoque convencional para el diseño de edificios resistentes a los terremotos depende de proporcionar el edificio con resistencia, rigidez y capacidad de deformación inelástica. Pero las nuevas técnicas como la disipación de energía y dispositivos activos de control son mucho más eficientes y mejor.

Base técnica de aislamiento sísmico para Construcción Sismo Resistente

Es más fácil ver el principio en el trabajo haciendo referencia directa a la más utilizada de estas técnicas avanzadas, conocidas como aislamiento de base. Una estructura de base aislada es apoyado por una serie de almohadillas de cojinete, que se colocan entre los edificios y los cimientos del edificio.

Base Isolation Technique

Base técnica de aislamiento

El concepto de aislamiento de la base se explica por ejemplo un edificio que descansa sobre rodillos de fricción. Cuando la tierra tiembla, los rodillos de rodar libremente, pero el edificio anterior no se mueve. Por lo tanto, ninguna fuerza se transfiere al edificio debido a los temblores de la tierra, simplemente, el edificio no experimenta el terremoto.

Ahora, si el mismo edificio se apoya sobre las almohadillas flexibles que ofrecen resistencia contra los movimientos laterales (fig. 1B), a continuación, un cierto efecto de la vibración de la tierra será transferido a la construcción anteriormente. Si las almohadillas flexibles están correctamente elegido, las fuerzas inducidas por el sacudimiento del terreno puede ser varias veces menor que el experimentado por el edificio construido directamente en la tierra, es decir, un edificio de base fija (Fig. 1c). Las almohadillas flexibles se denomina base-aisladores, mientras que las estructuras protegidas por medio de estos dispositivos se denomina base-aisladas edificios. La característica principal de la tecnología de aislamiento de la base es que introduce flexibilidad en la estructura.

Como resultado, un sólido de altura media mampostería o edificio de hormigón armado se vuelve extremadamente flexible. Los aisladores se diseñan a menudo, para absorber la energía y por lo tanto añadir amortiguación al sistema. Esto ayuda a reducir aún más la respuesta sísmica de la construcción. Muchos de la base de aisladores se parecen a las almohadillas de goma grandes, aunque hay otros tipos que se basan en deslizamiento de una parte del edificio en relación con otros.Además, el aislamiento de base no es adecuado para todos los edificios. Muy bajo los edificios de mediana altura se apoyaba en el suelo duro debajo, edificios de gran altura o edificios descansaba en el suelo blando no son adecuados para el aislamiento de base.

Concept of Base Isolation

Concepto de Aislamiento de la Base

Goma de entrega de los rodamientos son los tipos de uso más frecuente de los cojinetes de aislamiento de base. Un cojinete de caucho de plomo está hecho de capas de caucho intercaladas junto con capas de acero. En el centro de la pista sólida "tapón". En la parte superior e inferior, el cojinete está equipada con placas de acero que se utilizan para unir el cojinete para el edificio y los cimientos. El cojinete es muy rígido y fuerte en la dirección vertical, pero flexible en la dirección horizontal.

¿Cómo funciona?

Para tener una idea básica de cómo funciona el aislamiento de base, en primer lugar examinar el diagrama anterior. Esto demuestra un terremoto actuando en la construcción de bases aisladas y una convencional, de base fija edificio. Como resultado de un terremoto, el suelo debajo de cada edificio comienza a moverse. . Cada edificio responde con movimiento que tiende hacia la derecha. El desplazamiento edificios en la dirección opuesta al movimiento del suelo es en realidad debido a la inercia. Las fuerzas de inercia que actúan sobre un edificio son la más importante de todas las generadas durante un terremoto.

Además de un desplazamiento hacia la derecha, el edificio de la ONU-aislado se muestra también estar cambiando su forma a partir de un rectángulo a un paralelogramo. Decimos que el edificio se deforma. La causa principal de daño del terremoto a los edificios es la deformación que sufre el edificio, como resultado de las fuerzas de inercia sobre ella.

Respuesta de los Edificios Base Aislada

La construcción de edificios aislados conserva su forma original, rectangular. La construcción de la base aislada en sí escapa a la deformación y el daño que-implica que las fuerzas de inercia que actúan sobre la construcción de la base aislada se han reducido. Experimentos y observaciones de base-aisladas edificios durante los terremotos hasta un mínimo de ¼ de la aceleración de comparables de base fija edificios.

La aceleración se reduce debido a que el sistema de aislamiento de base se alarga un período de edificios de la vibración, el tiempo que le toma a un edificio a balancearse hacia adelante y hacia atrás y luego de vuelta otra vez. Y, en general, las estructuras con períodos más largos de vibración tienden a reducir la aceleración, mientras que aquellos con períodos más cortos tienden a aumentar o amplificar la aceleración.

Esférica base deslizante Aislamiento

Spherical Sliding Base Isolation

Esférica base deslizante Aislamiento

Esféricos correderas sistemas de aislamiento son otro tipo de aislamiento de la base. El edificio se apoya en teniendo almohadillas que tienen una superficie curva y de baja fricción. Durante un terremoto el edificio es libre de deslizarse sobre los cojinetes. Dado que los cojinetes tienen una superficie curva, el edificio se desliza horizontalmente y verticalmente. Las fuerzas necesarias para mover el edificio hacia arriba limita las fuerzas horizontales o laterales que de otro modo podrían causar deformaciones de construcción. También mediante el ajuste de la radio de los cojinetes de superficie curva, esta propiedad se puede utilizar para el diseño de los cojinetes que también alargar el período de edificios de vibración

Aisladores Sismicos

Como forma de disminuir los efectos de los sismos en las estructuras o edificios, en Chile se esta utilizando la aislación sísmica 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 núcleo de plomo, neoprenicos o fricciónales. 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 actúan 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 aplicación de esta tecnología lo constituye elEdificio Andalucía que fue el primer edificio habitacional en Chile con aislación sísmica de base. Actualmente también se utiliza esta tecnología en obras civiles como el Viaducto Marga-Marga que fue el primer puente carretero construido con aislacion sísmica de base.


Aislador Edificio Andalucía
Aislador Viaducto Marga-Marga

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 energía de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van ha 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 mas conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con un elementos metálico que logra la fluencia fácilmente.


Ensayo de Disipador Viscoso de Energía

Disipadores Viscosos de Energía

En Chile, son de uso reciente en estructuras. El caso mas conocido es el Puente Amolanas que tiene 4 amortiguadores sísmicos.

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 aislación sísmica en obras viales y el Puente Amolanas que introdujo la aplicación de disipación de energía en obras viales.

Edificio Andalucía

Viaducto Marga-Marga

Puente Amolanas

Construcción con Materiales Sismorresistentes

En la India, la mayoría no urbanas edificios están hechos de mampostería. En las llanuras, la masonería es generalmente hecha de ladrillos de arcilla cocida y mortero de cemento. Sin embargo, en las zonas montañosas, la mampostería de piedra con mortero de barro es más frecuente. Pero hoy día estamos muy familiarizados con los edificios de la CRC, y una variedad de nuevos materiales de construcciones compuestas.

Brittle and Ductile Building Materials

Frágiles y dúctil Materiales de Construcción

Materiales de construcción

I. Albañilería

Masonería se compone de ladrillos de arcilla cocida y cemento o mortero de barro. Masonería pueden llevar cargas de compresión que causa (es decir, presionando juntos), pero difícilmente puede tomar la carga que causa tensión (es decir, separando). La masonería es un material frágil, estas paredes se agrietan vez su capacidad para llevar carga horizontal se supera. Así muros de relleno actúan como fusibles de sacrificio en los edificios: se desarrollan grietas bajo tierra severo temblor pero comparten la carga de las vigas y columnas hasta el agrietamiento.

II. Hormigón

El hormigón es otro material que ha sido popularmente utilizado en la construcción de edificios sobre todo en las últimas cuatro décadas. Hormigón de cemento está hecha de pedazos de piedra triturados (llamados agregados), arena, cemento y agua mezclados en proporciones adecuadas. El hormigón es mucho más fuerte que la albañilería bajo cargas de compresión, pero de nuevo su comportamiento en tensión es pobre. Las propiedades del hormigón dependen fundamentalmente de la cantidad de agua utilizada en la fabricación de hormigón, demasiado y demasiado poco de agua tanto puede causar estragos.

III. Acero

El acero se utiliza en edificios de concreto y mampostería en forma de barras de refuerzo de diámetro que van desde 6 mm a 40 mm. acero de refuerzo puede llevar tanto a la tracción y cargas de compresión. Además acero es un material dúctil. Esta importante propiedad de ductilidad permite barras de acero para someterse a gran alargamiento antes de descomponerse. El hormigón se utiliza con barras de refuerzo de acero. Este material compuesto se denomina como hormigón de cemento reforzado. La cantidad y la ubicación de acero en un miembro debe ser tal que el fallo del elemento de acero está por alcanzar su fuerza en tensión antes de hormigón alcanza su resistencia a la compresión. Este tipo de fallo es falla dúctil, y se prefiere sobre un fallo donde el concreto falla primero en compresión. Por lo tanto, proveer más acero en edificios RC puede ser incluso perjudicial!