Amortiguadores de fricción

Los amortiguadores de fricción son uno de los sistemas de control pasivo que tienen una aplicación creciente en los cuadros de momento. Estos son muchos proyectos de tales amortiguadores en todo el mundo. El amortiguador de fricción funciona según el mecanismo de fricción entre los materiales rígidos. De hecho, la fricción es un gran mecanismo de disipación de energía, utilizado en los sistemas de frenos de automóviles de forma exitosa y extensa.

Dispositivo de amortiguación por fricción

La energía es absorbida por las superficies frotando entre sí. Los dispositivos amortiguadores de fricción consisten en placas de acero que giran una contra otra en direcciones opuestas. Las placas de acero están separadas por almohadillas que producen fricción entre las placas de acero.

Mecanismo de un amortiguador por fricción

Cuando una fuerza externa excita una estructura de marco, la viga se desplaza horizontalmente debido a la fuerza. El amortiguador seguirá el movimiento de la placa central debido a las fuerzas de tracción entre los elementos de arriostramiento. Cuando las fuerzas aplicadas se invierten. Las placas rotarán en sentido contrario. El amortiguador disipa la energía por medio de la fricción entre las superficies. [1]


Referencias:

[1] Dispositivos de disipación de energía para diseño de edificios resistentes a terremotos. Arquitectura inspurada, portal web sobre cotenidos de arquitectura, ingeniería y construcción. Recuperado de: http://articles.architectjaved.com/earthquake_resistant_structures/energy-dissipation-devices-for-earthquake-resistant-building-design/. Acceso: 15 de mayo de 2018.

Amortiguadores viscosos

La energía es absorbida por el fluido a base de silicona que pasa entre la disposición del cilindro del pistón. La construcción de un amortiguador viscoso o de fluidos se parece al amortiguador común que se encuentra en los automóviles. El pistón transmite energía moviendo el fluido en el regulador, este movimiento del fluido absorbe la energía cinética convirtiéndola en calor. En automóviles, esto significa que una descarga recibida en la rueda se amortigua antes que llegue al compartimiento de pasajeros. En los edificios, esto puede significar que la estructura del edificio protegida por amortiguadores sufrirá considerablemente menos movimiento horizontal y daños durante un terremoto.

Amortiguador viscoso

La operación es simple, durante un terremoto, la fuerza generada por la aceleración impuesta se transmite al amortiguador, el cual regula el paso de fluido comprimido a través de pequeños hoyos. La energía sísmica es disipada tan rápido como el líquido fluye a través de los agujeros. [1]

Funcionamiento de un amortiguador viscoso


Referencias:

[1] Santos  M.F. (2011). Energy dissipation systems for buildings. Department of Cvil Engineering, Architecture and Georesources, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon – Portugal. Recuperado de: https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/395143135967/Extended%20Abstract_Mauro%20Monteiro.pdf. Acceso: 1 de junio de 2018.

Dispositivos de amortiguación

En los últimos años, ha habido un constante desarrollo de tecnología de protección sísmica, como es el caso de los sistemas de disipación de energía, resultando de la necesidad del diseño incremental de edificios de gran altura localizados en áreas altamente sísmicas, con la principal meta de mejorar el desempeño sísmico. [1]

El uso de amortiguadores o dispositivos de disipación de energía es uno de los métodos de control de la vibración de las estructuras bajo cargas sísmicas. Las aplicaciones de estos dispositivos en el diseño de los edificios nuevos y la modernización de la existencia de edificios son posibles

Uno de los enfoques para controlar el daño sísmico en los edificios y mejorar su desempeño sísmico es mediante la instalación de amortiguadores sísmicos en lugar de elementos estructurales, como los apoyos diagonales. Estos amortiguadores actúan como los amortiguadores hidráulicos en los automóviles: gran parte de los tirones repentinos se absorben en los fluidos hidráulicos y, solo un poco se transmite al chasís del automóvil. Cuando la energía sísmica se transmite a través de ellos, los amortiguadores absorben parte de ella y, por lo tanto, amortiguan el movimiento del edificio. [2]

Dispositivos de disipación de energía

Por lo tanto, al equipar un edificio con dispositivos adicionales que tienen una gran capacidad de amortiguación, podemos reducir en gran medida la energía sísmica que ingresa al edificio. Los amortiguadores funcionan así para absorber los choques de terremoto, asegurando que los miembros estructurales, es decir, la viga y las columnas permanecen ilesas.

Hay cuatro tipos de amortiguadores, es decir, Viscoelástico, Fricción, Rendimiento Metálico y Fluido Viscoso.


Referencias:

[1] Santos  M.F. (2011). Energy dissipation systems for buildings. Department of Cvil Engineering, Architecture and Georesources, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon – Portugal. Recuperado de: https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/395143135967/Extended%20Abstract_Mauro%20Monteiro.pdf. Acceso: 1 de junio de 2018.

[2] Dispositivos de disipación de energía para diseño de edificios resistentes a terremotos. Arquitectura inspurada, portal web sobre cotenidos de arquitectura, ingeniería y construcción. Recuperado de: http://articles.architectjaved.com/earthquake_resistant_structures/energy-dissipation-devices-for-earthquake-resistant-building-design/. Acceso: 15 de mayo de 2018.

Amortiguamiento en estructuras

Los edificios altos no pueden estar aislados en la base o podrían volcarse. Al ser muy flexible en comparación con edificios de poca altura, es necesario controlar su desplazamiento horizontal. Esto se puede lograr mediante el uso de amortiguadores, que absorben una buena parte de la energía que hace que el desplazamiento sea tolerable. El reacondicionamiento de edificios existentes a menudo es más fácil con amortiguadores que con aisladores de base, especialmente si la aplicación es externa o no interfiere con los ocupantes.

Se considera que las estructuras de hormigón armado poseen un 5% de amortiguamiento inherente, mientras que las estructuras de acero se cree que tienen un 2% de amortiguación. Sin embargo, las mediciones reales del sitio han demostrado que la amortiguación intrínseca de los edificios es mucho más complicada y variable que las cifras genéricas de 1.3 y 5%. La amortiguación se reduce a medida que aumenta la altura y también los niveles de amortiguación difieren mucho de un edificio a otro. Para construir hasta 50 metros de altura, la amortiguación intrínseca medida se vio que variaba de 1 a 5%, mientras que para estructuras muy altas de más de 200 metros de altura, la amortiguación intrínseca era solo de 0,5 a 1%. Lo que es más preocupante es que esta amortiguación intrínseca no se puede conocer o calcular con precisión en la etapa de diseño. [1]

La única manera de determinar la amortiguación correcta es mediante pruebas físicas y mediciones una vez que se construye el edificio. Esta incertidumbre en los niveles de amortiguación puede resultar fatal en condiciones sísmicas.

Para probar el caso en cuestión si en realidad la amortiguación es de 1%, mientras el diseñador ha diseñado el edificio suponiendo un 5% de amortiguación, entonces la estructura así diseñada no podrá funcionar a los estándares esperados en caso de un terremoto.

Esto enfatiza el proceso de pensamiento de que los diseñadores deben asumir un valor de amortiguación conservador mientras diseñan, de lo contrario es casi seguro que incluso con el análisis y diseño asistido por computadora, los edificios diseñados serían inseguros.

Se puede agregar muy fácilmente una amortiguación diseñada y precisa adicional a los edificios mediante la instalación de ciertos dispositivos mecánicos llamados amortiguadores. Los amortiguadores pueden proporcionar una amortiguación de hasta el 25-30% de los críticos, lo que garantiza que el edificio funcionará muy bien en condiciones sísmicas como también fuertes vientos en el caso de edificios muy altos.

Los amortiguadores actúan disipadores de energía durante cualquier tipo de movimiento y evitan que el edificio se dañe. Mediante el uso de amortiguadores, el diseñador puede superar las incertidumbres de baja amortiguación intrínseca y esto ayuda a predecir la respuesta dinámica con precisión. Al agregar amortiguación adicional, la rigidez y la masa del edificio también pueden reducirse, garantizando que el edificio esté ahora sometido a fuerzas sísmicas más bajas.

Las ventajas de la amortiguación adicional son la reducción de la oscilación del edificio evitando daños a componentes estructurales y no estructurales, fuerzas de diseño reducidas, ya que gran parte de la energía es disipada por los amortiguadores y la incertidumbre en el nivel de amortiguación intrínseca se supera mediante amortiguación suplementaria.

La amortiguación suplementaria es también la forma más eficiente y rentable de lograr la disipación de energía en los edificios. Esto significaría inadvertidamente una disminución de la demanda de disipación de energía en los componentes estructurales, es decir, vigas / columnas / losas, aumentando así la capacidad de supervivencia de la estructura del edificio. Los amortiguadores son dispositivos mecánicos cuya función es absorber y disipar la energía suministrada por el movimiento del suelo durante un terremoto, de modo que el edificio permanezca ileso.

Cuando el edificio está en movimiento durante un terremoto o vientos excesivos, los amortiguadores ayudan a evitar que el edificio se balancee excesivamente y, por lo tanto, previene el daño estructural. La energía absorbida por los amortiguadores se convierte en calor que luego se disipa inofensivamente en la atmósfera..


Referencias:

[1] Ensayo: Aplicación de dispositivos de disipación energética como técnicas resistentes a terremotos en la estructura. Essay UK, Student Academic Services Limited. Reino Unido. Recuperado de: http://www.essay.uk.com/essays/engineering/essay-application-of-energy-dissipation-devices-as-earthquake-resistant-techniques-on-structure/. Acceso: martes 29 de mayo de 2018.

Sistema de aislador de base cinemático

El aislador cinemático se propuso inicialmente como una solución de bajo costo para la protección sísmica de viviendas para personas de bajos ingresos, generalmente ubicadas en la periferia de las grandes ciudades, donde las condiciones normales a malas son comunes. Por lo tanto, el aislador también es una base de pilotes con un cable pretensado central y dos superficies de acero rodante en los extremos superior e inferior. Variando las formas de las superficies de rodadura extremas, se pueden obtener diferentes relaciones constitutivas de fuerza-deformación para el aislador. La disipación de energía se introduce al ceder el refuerzo pasivo en la interfase rodante. Además de indicar la formulación de deformación grande del elemento, aquí se estudian varios aspectos relevantes del comportamiento de estos dispositivos, como el aumento de la tensión del cable pretensado central, responsable de la acción autocentrante del aislador, la elevación del suelo que resulta de la geometría del aislador y la estabilidad vertical del sistema. [1]

Modelo a escala de un sistema de aislamiento cinemático


Referencias:

[1] Pinochet, Julio & de la Llera, Juan & Lüders, C. (2006). Analysis of a kinematic self‐centring seismic isolator. Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 35. 1533 – 1561.