CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

Presentación del tema: "CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL"— Transcripción de la presentación:

1 CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA Y LA CONSTRUCCIÓN  CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL  TEMA: USO DE DISIPADORES DE ENERGÍA PARA CONTROLAR TORSIÓN EN PLANTA Y MEJORAR LA REDUNDANCIA ESTRUCTURAL, EJEMPLO DE APLICACIÓN BLOQUES 4 Y 5 DEL CENTRO DE INVESTIGACIONES DE LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE AUTOR: JENIFFER IRINA RAMÍREZ PINO DIRECTOR: ING. PABLO CAIZA SÁNCHEZ, PH.D.    SANGOLQUÍ

2 CONTENIDO Antecedentes Justificación e Importancia Objetivos Marco Teórico Desarrollo Análisis de Resultados Conclusiones Recomendaciones

3 1. ANTECEDENTES Diseño estructural convencional
Técnicas de diseño sismorresistentes Sistemas de protección sísmica 1

4 Sistemas de protección sísmica
1. ANTECEDENTES Sistemas de protección sísmica Activos Semi-activos Pasivos Aislación de base Disipadores de energía 2

5 1.JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
Estructuras sismorresistentes Cinturón de fuego del Pacifico Modelos de calculo con sistemas de protección sísmica 3

6 1.OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Analizar el uso de disipadores de energía para controlar torsión en planta y mejorar la redundancia estructural utilizando como ejemplo de aplicación los bloques 4 y 5 del nuevo Centro de Investigaciones de la Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE, mediante un modelo estructural con el software de análisis y diseño estructural, ETABS, con el propósito de determinar la eficiencia, aplicabilidad y respuesta sísmica de esta estructura frente a eventos sísmicos. 4

7 1. OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Fundamentar teóricamente los principios en el análisis del comportamiento sísmico mediante el uso de disipadores de energía en una estructura de acero. Realizar el modelo estructural con elementos de disipación de energía que permita conocer las diferencias del comportamiento sísmico ante el uso de los disipadores Shear Link Bozzo (SLB) y TADAS. Comparar los resultados del análisis de la estructura entre: Sin disipadores. Con disipadores SLB. Con disipadores TADAS. 5

8 1. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA
Edificación: Bloques 4 y 5 del nuevo Centro de Investigaciones Científicas de la Universidad de las Fuerzas Armadas- ESPE. Ubicación: Paseo Escénico Santa Clara S/N, la parroquia Santa Clara cantón Rumiñahui de la provincia de Pichincha. Nuevo Centro de Investigaciones Científicas de la Universidad de las Fuerzas Armadas- ESPE Bloques 4 y 5 del nuevo Centro de Investigaciones Científicas de la Universidad de las Fuerzas Armadas- ESPE 6

9 2. MARCO TEÓRICO SISTEMAS ESTRUCTURAL CONVENCIONAL
𝐸 𝑘 𝑟 𝑡 + 𝐸 𝑣𝑑 𝑡 + 𝐸 𝑒𝑠 𝑡 + 𝐸 ℎ 𝑡 = 𝐸 𝑖𝑛 𝑟 (𝑡) Analogía de flujo de agua (Christopoulos & Filiatrault, 2006) de un sistema estructural convencional: a) durante el evento sísmico; b) final del evento sísmico 7

10 2. MARCO TEÓRICO INFLUENCIA DE DISIPADORES EN EL BALANCE DE ENERGÍA
𝐸 𝑘 𝑟 𝑡 + 𝐸 𝑣𝑑 𝑡 + 𝐸 𝑒𝑠 𝑡 + 𝐸 ℎ 𝑡 + 𝐸 𝑠𝑑 𝑡 = 𝐸 𝑖𝑛 𝑟 (𝑡) Analogía de flujo de agua: Sistema activado por desplazamiento 8

11 2. MARCO TEÓRICO PROPIEDADES DEL ACERO
Diagrama esfuerzo-deformación del acero Comportamiento del acero bajo cargas cíclicas 9

12 2. MARCO TEÓRICO DISIPADORES DE ENERGÍA Disipador ADAS Disipador TADAS
Disipador SLB 10

13 2. MARCO TEÓRICO TORSIÓN SÍSMICA 𝑋 𝐶𝑀 = (𝑚 𝑖 ∗ 𝑥 𝑖 ) 𝑚 𝑖
𝑋 𝐶𝑀 = (𝑚 𝑖 ∗ 𝑥 𝑖 ) 𝑚 𝑖 𝑌 𝐶𝑀 = ( 𝑚 𝑖 ∗ 𝑦 𝑖 ) 𝑚 𝑖 𝑋 𝐶𝑅 = (𝐾 𝑖 ∗ 𝑥 𝑖 ) 𝐾 𝑖 𝑌 𝐶𝑅 = ( 𝐾 𝑖 ∗ 𝑦 𝑖 ) 𝐾 𝑖 11

14 2. MARCO TEÓRICO REDUNDANCIA ESTRUCTURAL Configuración en planta de:
Sistema no redundante; Estructura redundante 12

15 Geometría disipador SLB 40_5
3. DESARROLLO CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Geometría disipador SLB 40_5 Placa de acero A36 Espesor de 19 mm. 8 ventanas con 187 mm de largo y una altura de 23 mm. 13

16 Espectro de Respuesta elástico Periodo de vibración fundamental
3. DESARROLLO ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES NEC 15 𝑅= 𝑅 𝜇 𝑅 𝛺 𝑅 ξ 𝑅 𝑅 Espectro de Respuesta elástico n= 2,48 Relación espectral Sa y el PGA z= 0,40 Valor del factor de zona Z Fa= 1,20 Factor de amplificación Fd= 1,11 Factor del sitio Fs= Factor del comportamiento r= 1,00 Factor de suelo Tc= 0,56 Periodo límite de vibración nzFa= 1,19 Espectro de repuesta elástico de aceleraciones 0<T<Tc Periodo de vibración fundamental Ct= 0,07 Coeficiente h= 19,72 Altura máxima del edificio α= 0,80 Tf= 0,78 Cortante Vasal Sa= 0,85 Espectro de repuesta elástico de aceleraciones T>Tc I= 1,30 Factor de importancia φp= 0,90 Factor de irregularidad en planta φe= Factor de irregularidad en elevación R= 5,00 Factor de reducción de resistencia sísmica Vmin= 0,272 Valor del cortante basal mínimo 0≤T≤Tc 𝑆𝑎=𝑛𝑍𝐹𝑎 T>Tc 𝑆𝑎=𝑛𝑍𝐹𝑎 𝑇𝑐 𝑇 𝑟 𝑇 𝐶 =0.55 𝐹𝑠 𝐹 𝑑 𝐹 𝑎 𝑉= 𝐼 𝑆 𝑎 𝑇 𝑎 𝑅 𝜙 𝑃 𝜙 𝐸 𝑊 14

17 3. DESARROLLO ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA 16 Estación Latitud Longitud
Altitud [m] PGA E [m/s2] PGA N [m/s2] PGA Z Pedernales 0,068 -80,057 15 13,80 8,31 7,27 Quito -0,212 -78,492 2813 0,24 0,23 0,13 Manta -0,941 -80,735 38 3,97 5,14 1,62 1.41 0.02 0.52 16

18 3. DESARROLLO ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA : SIN DISIPADORES
CON DISIPADORES SLB CON DISIPADORES TADAS 15

19 Comportamiento Histerético disipador SLB, modelo plástico Wen
3. DESARROLLO DISIPADORES SLB Dispositivo e Kdde Fy Δy (KN/cm) (kN) (mm) SL40_5 5 10777,40 614,29 0,57 kdde: rigidez elástica del disipador, Fy: fuerza de plastificación, Δy : desplazamiento de fluencia Comportamiento Histerético disipador SLB, modelo plástico Wen 17

20 Comportamiento Histerético disipador TADAS, modelo Bilineal
3. DESARROLLO DISIPADORES TADAS Device N Δy (mm) Fy (kN) Kdee (Kn/cm) 1B1 8 1,20 357,00 2975,00 1B1* 30 1338,75 11156,25 Δy : desplazamiento de fluencia, Fy Momento de fluencia, Kdee: Rigidez elástica del disipador Comportamiento Histerético disipador TADAS, modelo Bilineal 18

21 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Parámetros considerados: Derivas de piso Periodos de vibración Torsión en planta Respuesta energética Redundancia estructural 19

22 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
DERIVAS DE PISO Altura [m] S/D SLB40-5 TADAS 1B1 19,76 1,35% 1,08% 1,00% 14,82 1,25% 1,09% 1,02% 9,88 0,89% 0,84% 4,94 0,23% 0,21% 0,17% Altura [m] S/D SLB40-5 TADAS 1B1 19,76 1,55% 1,27% 1,41% 14,82 1,42% 1,13% 1,31% 9,88 1,06% 0,82% 0,98% 4,94 0,23% 0,18% 0,21% 20

23 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
PERIODOS DE VIBRACIÓN 21

24 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
TORSIÓN EN PLANTA 22

25 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
RESPUESTA ENERGÉTICA Sistema sin disipadores Balance energético del sistema Sistema con disipadores SLB Balance energético del sistema 23

26 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
RESPUESTA ENERGÉTICA 24

27 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
REDUNDANCIA ESTRUCTURAL C1:Columna que pertenece al pórtico con disipadores C2:Columna que pertenece al pórtico sin disipadores C1 C2 Axial 31.44% 27.33% Cortante 21.80% 17.26% Momento 23.11% 20.09% 25

28 5.CONCLUSIONES La incorporación de los disipadores de energía tipo TADAS y SLB mejoran el comportamiento sísmico de estructuras. El uso de disipadores de energía histeréticos rigidiza el sistema estructural, influye la disminución de los desplazamientos, derivas y redistribuye las cargas actuantes sobre los elementos. El principal objetivo de los disipadores de energía es absorber un porcentaje de la energía de entrada y así disminuir la demanda sísmica en elementos estructurales y no estructurales, evitando la formación de deformaciones plásticas en elementos principales. Los dispositivos SLB son relativamente nuevos en el mercado, sus resultados experimentales brindan excelentes características de rigidez y disipación de energía. Los disipadores histeréticos TADAS se adaptan a las necesidades de diseño, pues sus parámetros elásticos se pueden manipular con facilidad, no se requiere alta tecnología para fabricarlos. 27

29 5. RECOMENDACIONES Un análisis costo beneficio es indispensable para difundir el uso de disipadores de energía. El beneficio económico es más notorio a largo plazo después de los costos de rehabilitación que se puedan evitar después de un evento severo. La implementación de estos dispositivos permite disminuir las fuerzas actuantes sobre los elementos estructurales, debido a una distribución de cargas por ello se puede disminuir las secciones de los elementos estructurales tras su correcta aplicación. Los disipadores de energía deberían ser usados en estructuras esenciales, ya que necesitan mantenerse operativas durante y después de un sismo severo. 29