Trabajo Final de Grado Diseño de un dispositivo de aislamiento de tabiques sometidos a acciones sísmicas Autor: Carlos Alberto Piera Moreno Tutor: Ignacio Ferrer Ballester Titulación: Grado en Ingeniería Mecánica Fecha: Enero 2017

Índice Objetivo del proyecto Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Modelización en elementos finitos de marcos a escala real Resultados Dispositivo de aislamiento sísmico Conclusiones Presupuesto Futuras líneas de investigación

1. Objetivo del proyecto Diseño y cálculo de un dispositivo de aislamiento sísmico que sea capaz de aislar la tabiquería del resto de la estructura frente a acciones sísmicas, asegurando los requerimientos de servicio de un tabique.

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Marco de hormigón en vacío Diseño de rótulas plásticas: FH1: Cabezas de los pilares y viga FH3: Bases de los pilares

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Marco de hormigón con relleno Rótulas plásticas (FH1,FH3) Ladrillo Mortero Barras ficticias

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Ladrillo Ladrillo 33x16x7 cm Elemento Shell o placa Cama (canto) Cabeza (testa)

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Mortero Mortero M5 6 elementos de unión (Links) 1-2-3 dirección normal 4-5-6 dirección transversal 3 tipos de Links: Interiores Bordes Esquinas

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Mortero 3 elementos unión (Links) 2 Tipos de rigideces: Rigidez 𝑘 𝑛 (dirección normal) 𝑘 𝑛 = 𝐸 𝑚 · 𝐸 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ℎ 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ·( 𝐸 𝑚 − 𝐸 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ) ·𝐴 Rigidez 𝑘 𝑠 (dirección transversal) 𝑘 𝑠 = 𝐺 𝑚 · 𝐺 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ℎ 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ·( 𝐺 𝑚 − 𝐺 𝑚𝑜𝑟𝑡𝑒𝑟𝑜 ) ·𝐴 Ladrillo Ladrillo Ladrillo Ladrillo

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Barras ficticias Elementos tipo barra 2 tipos de restricciones: Rod (zonas de unión pilar-viga) Body (pilares y viga)

2. Modelización en elementos finitos de marcos a escala reducida Modelo de elementos finitos Deformada del marco de hormigón con relleno mediante la técnica de empuje progresivo o Push-over Despegue en la zona superior derecha e inferior izquierda.

3. Modelización en elementos finitos de marcos a escala real Marco de hormigón en vacío Diseño de rótulas plásticas (FH1,FH3)

3. Modelización en elementos finitos de marcos a escala real Modelo de elementos finitos Deformada del marco de hormigón con relleno mediante la técnica de empuje progresivo o Push-over Despegue en la zona superior derecha y inferior izquierda.

Marcos de hormigón a escala reducida 4. Resultados Marcos de hormigón a escala reducida Aumento de rigidez en marco con relleno Aumento de momento ultimo en marco con relleno

Marcos de hormigón a escala real 4. Resultados Marcos de hormigón a escala real Aumento de rigidez y momento ultimo en marco con relleno Disminución de momento ultimo y rigidez en marco con dispositivo aislante sísmico

5. Dispositivo de aislamiento sísmico Dimensiones: 330x160x70 mm Materiales de mayor elasticidad: Conjunto de resinas Barras corrugadas 𝐸=80∼200 𝑀𝑃𝑎

5. Dispositivo de aislamiento sísmico Acciones horizontales Formación de bielas de compresión diagonales Formación de zonas de tracción

5. Dispositivo de aislamiento sísmico Localización del dispositivo de aislamiento sísmico Dispositivo aislante Ladrillo cerámico

5. Dispositivo de aislamiento sísmico Ejemplo de periodo propio en distintos marcos 𝐾=1, C=1 𝑇 𝐴 =𝐾· 𝐶 10 =0.1 𝑠𝑒𝑔. 𝑇 𝐵 =𝐾· 𝐶 2,5 =0.15 𝑠𝑒𝑔. 𝑇 𝑉 =0.3 𝑠𝑒𝑔. 𝑇 𝑅 = 𝑇 𝑉 % 𝑅 = 0.3 6.487 =0.12 𝑠𝑒𝑔 𝑇 𝐷 = 𝑇 𝑉 % 𝐷 = 0.3 3.66 =0.16 𝑠𝑒𝑔

6. Conclusiones La modelización en elementos finitos mayor parte del trabajo Aumento de momento ultimo en marcos con relleno Aumento de rigidez en marcos con relleno Disminución de rigidez y momento ultimo en marco con dispositivo Correcta localización del dispositivo de aislamiento

7. Presupuesto Descripción Rendimiento Precio unitario Importe Separador homologado para pilares. 12 0,06 0,72 barras corrugadas 120 0,81 97,2 Alambre galvanizado para atar 0,6 1,1 0,66 Chapa metálica de 50x50 cm, para encofrado 0,32 48 15,36 Puntal metálico telescópico 0,099 13,37 1,32 Agente desmoldeante 0,4 1,98 0,79 Hormigón HA-35/B/20/IIa 1,05 76,88 80,72   Subtotal materiales: 196,77 Mano de obra Oficial 1ª encofrador. 5,61 18,1 101,54 Ayudante encofrador. 6,411 16,94 108,6 Oficial 1ª ferrallista. 0,808 14,62 Ayudante ferrallista. 13,69 Oficial 1ª estructurista 0,433 7,84 Ayudante estructurista 1,743 29,53 Subtotal mano de obra: 275,82 Nº de pilares 2 472,59 945,18 Coste Total (€): Descripción Rendimiento Precio unitario Importe Ladrillo cerámico hueco 33x16x7 cm, según UNE-EN 771-1. 238 0,2 47,6 Agua. 0,005 1,5 0,01 Mortero industrial para albañilería,categoría M-5 0,151 29,5 4,45   Subtotal materiales: 52,06 Equipo y maquinaria Mezclador continuo con silo 0,566 1,73 0,98 Subtotal maquinaria: Mano de obra Oficial 1ª construcción en trabajos de albañilería. 4 17,24 68,96 Peón ordinario construcción en trabajos de albañilería. 2,15 15,92 34,23 Subtotal mano de obra: 103,19 Coste Total (€): 156,23 Descripción Rendimiento Precio unitario Importe Tablero de madera tratada 0,153 37,5 5,74 Estructura soporte para encofrado 0,026 85 2,21 Puntal metálico telescópico 0,089 13,37 1,19 Agente desmoldeante 0,1 1,98 0,2 barras corrugadas 150 0,81 121,5 Alambre galvanizado para atar 1,35 1,1 1,49 Hormigón HA-35/F/20/IIa 1,05 76,88 80,72   Subtotal materiales: 214,3 Mano de obra Oficial 1ª encofrador. 2,003 18,1 36,25 Ayudante encofrador. 16,94 33,93 Oficial 1ª ferrallista. 1,442 26,1 Ayudante ferrallista. 24,43 Oficial 1ª estructurista 0,409 7,4 Ayudante estructurista 1,647 27,9 Subtotal mano de obra: 156,01 Coste Total (€): 370,31

7. Presupuesto Descripción Importe Pilar de sección rectangular o cuadrada de hormigón armado, de 30x30 cm de sección media, realizado con hormigón HA-35/F/20/IIa 945,18 Viga descolgada, recta, de hormigón armado, de 30x30 cm, realizada con hormigón HA-35/F/20/IIa 370,31 Hoja interior de cerramiento de fachada de 7 cm de espesor, de fábrica de ladrillo cerámico hueco 33x16x7 cm, recibida con mortero de cemento industrial M-5. 103,19 Coste Total (€): 1418,68

8. Futuras líneas de investigación Realizar ensayos y comprobar resultados en laboratorio ICITECH Solicitar patente, fabricación y distribución del dispositivo Realizar ensayo y modelo dinámico (cíclico, efecto de la degradación, duración del sismo) Realizar modelo no lineal de los ladrillos y añadir mayor numero de Links

Gracias por su atención Diseño de un dispositivo de aislamiento de tabiques sometidos a acciones sísmicas