Recientes sismos han mostrado que los edificios diseñados y construidos de acuerdo a los códigos más recientes proveen una buena respuesta, pero el costo de reparación de daños
y el tiempo necesario para implementar estas reparaciones son más grandes que las anticipadas. Diversos esfuerzos en Estados Unidos, Japón y Rusia, se han centrado en desarrollar criterios de diseño sísmico y procedimientos para asegurar objetivos específicos de desempeño. El incremento en las fuerzas de diseño no mejora todos los aspectos del desempeño. Tres técnicas innovadoras han sido propuestas para usarse individualmente o en combinación, con la finalidad de mejorar el desempeño sísmico de los edificios: aislamiento sísmico, dispositivos suplementarios de disipación de energía y control estructural activo o híbrido. Esta investigación está orientada a la metodología de cálculo de edificaciones con dispositivos pasivos de fluido viscoso.
En la actualidad, dicho sistema constructivo se usa con mucha frecuencia en la práctica y se considera un campo abierto en la investigación sísmica; representando el presente trabajo un aporte importante en la actualización de los métodos de cálculo de edificaciones con disipadores de energía viscosos.
Después de realizar el análisis dinámico del edificio, el diseño de los disipadores fue hecho para obtener un amortiguamiento efectivo acorde con las distorsiones de los requerimientos de la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente. Como resultado, se obtuvo,
que con los disipadores se puede reducir las fuerzas internas de diseño; también los desplazamientos, velocidades y aceleraciones de los entrepisos, y, finalmente, se obtuvo la influencia de los disipadores de energía.
La presente investigación consta de 4 capítulos, conclusiones y bibliografía. En el primer capítulo, se analiza el estado del arte en sistemas de protección sísmica,
con énfasis en los disipadores de fluido viscoso, revisando la Norma ASCE 7-10 y detallando el proceso de cálculo de la rigidez del dispositivo, el coeficiente de amortiguamiento y exponente de velocidad.
En el segundo capítulo, se presenta la metodología de cálculo de edificaciones sin disipadores de energía, dando un enfoque completo del mismo, así como el proceso de escalamiento de acelerogramas al espectro de diseño y la determinación del sismo de diseño.
En el tercer capítulo, se detalla la metodología de cálculo de edificaciones con disipadores de energía, determinando los objetivos de diseño, propiedades del disipador y obteniendo la respuesta de la estructura con disipadores de energía de fluido viscoso.
En el cuarto capítulo se evalúan los resultados de desplazamientos, distorsiones de entrepiso, esfuerzos en los elementos de corte, aceleraciones, velocidades, modos y períodos de vibración. Luego, se agrupan los dispositivos por niveles de fuerza y eligen los tipos de disipadores viscosos.
En las conclusiones se discuten los resultados, en las recomendaciones se dan los aspectos necesarios para una correcta modelación y en las líneas futuras de investigación se mencionan algunas posibles orientaciones de temas de investigación.
La presente investigación está dirigida a ingenieros civiles, postgraduandos e investigadores en el área de Mecánica Estructural.
Edificaciones con Disipadores Viscosos – Genner Villarreal Castro | Libro PDF
Características
- TÍTULO: Edificaciones con Disipadores Viscosos
- AUTOR: Genner Villarreal Castro
- EDICIÓN: 1
- EDITORIAL: Editor Independiente
- PAGINAS: 133
- AÑO: 2006
- TIPO: PDF
Descripción
Tabla De Contenido
ÍNDICE
PRÓLOGO…………………………………………………………..………….………………….…. 03
CAPITULO 1. ESTADO DEL ARTE
1.1. Sistemas de diseño sismorresistente…………………………………………………………. 05
1.2. Balance energético…………………………….………….………………………………….… 05
1.3. Sistemas modernos de protección sísmica……………………….………………………….. 07
1.4. Disipadores de fluido viscoso………………………………………………………………..… 09
1.5. Ecuación general………………………………………………………………………………… 12
1.6. Rigidez del dispositivo “K” (Rigidez del brazo metálico)………………………………..…… 15
1.7. Comportamiento desplazamiento vs fuerza………………………………………………….. 15
1.8. Criterios de ubicación…………………………………………………………………………… 18
1.9. Recomendaciones para el diseño……………………………………………………………… 21
1.9.1. Normas y requerimientos del código ASCE 7-10…………………………………………… 21
1.9.2. Recomendaciones para el análisis tiempo-historia………………………………………… 21
1.9.3. Recomendaciones para el diseño de conexiones………………………………………..… 22
1.9.4. Recomendaciones para la modelación……………………………………………………… 22
CAPITULO 2. EDIFICIO SIN DISIPADORES DE ENERGÍA
2.1. Objeto de investigación…………………………………………….……….……………………… 23
2.2. Consideraciones para la modelación…………………………….…….……………………… 24
2.2.1. Propiedades de los materiales……………………………………………………………….. 24
2.2.2. Cargas consideradas para el análisis…………………………………………………….…. 24
2.3. Modelación estructural………………………………………………..…………………….…… 24
2.3.1. Modelamiento geométrico…………………………………………………………………….. 24
2.3.2. Asignación de propiedades del concreto……………………………………………………. 29
2.3.3. Asignación de las secciones de columnas y vigas………………………………………… 30
2.3.4. Definición de los elementos tipo área……………………………………………………….. 33
2.3.5. Asignación de columnas, vigas y losas……………………………………………………… 34
2.3.6. Asignación de brazos rígidos (columna-viga)………………………………….…………… 37
2.3.7. Creación de patrones de carga y fuente de masa…………………………………………. 38
2.3.8. Asignación de carga viva y carga muerta…………………………………………………… 40
2.3.9. Empotramiento en la base, asignación de centro de masa y creación de
diafragmas……………………………………………………………………………………..………. 41
2.4. Análisis sísmico………………………………………………………………………………………. 46
2.4.1. Recomendaciones y procedimientos para el análisis……………………………………… 46
133
2.4.2. Análisis dinámico espectral…………………………………………………………….…….. 49
2.4.3. Escalamiento de acelerogramas al espectro de diseño…………………………………… 61
2.4.4. Análisis lineal tiempo-historia………………………………………………………………… 77
2.4.5. Determinación del sismo de diseño…………………………………………………………. 84
CAPITULO 3. EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
3.1. Determinación de los objetivos de diseño……………………………….……………………. 87
3.2. Cálculo de las propiedades del disipador……………………………………………..………. 89
3.2.1. Cálculo de la rigidez………………………………..………………………………….………. 90
3.2.2. Cálculo del coeficiente de amortiguamiento (C)…………………………………….……… 92
3.3. Modelación y análisis del edificio con disipadores de energía…………………………..…. 98
3.3.1. Introducción…………………………………………………………………………………..… 98
3.3.2. Modelación de los disipadores de energía viscosos………………………………………. 98
3.3.3. Respuesta de la estructura con los disipadores de energía……………………………… 105
CAPITULO 4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y ELECCIÓN DEL DISIPADOR VISCOSO
4.1. Evaluación de resultados……….………………………………………………………..……. 113
4.1.1. Desplazamientos en los centros de masa…………………..……………………………… 113
4.1.2. Distorsiones de entrepiso………………………………………………………………….… 114
4.1.3. Esfuerzos máximos en los elementos de corte……………………………………..……… 115
4.1.4. Aceleración y velocidades…………………………………………………………………… 118
4.1.5. Modos y períodos de vibración……………………………………………………………… 120
4.2. Diseño de los dispositivos de amortiguamiento……………………………………. 121
4.2.1. Agrupación de los dispositivos por niveles de fuerza…………………………. 121
4.2.2. Elección de los disipadores de energía………………………………..………. 123
Conclusiones……………………….…………………………………………….…………………… 128
Recomendaciones……………………………………………………………………………..…… 129
Líneas futuras de investigación……………………………………………………………..…… 130
Bibliografía…………………………………………………………………………………………..…. 131
PRÓLOGO…………………………………………………………..………….………………….…. 03
CAPITULO 1. ESTADO DEL ARTE
1.1. Sistemas de diseño sismorresistente…………………………………………………………. 05
1.2. Balance energético…………………………….………….………………………………….… 05
1.3. Sistemas modernos de protección sísmica……………………….………………………….. 07
1.4. Disipadores de fluido viscoso………………………………………………………………..… 09
1.5. Ecuación general………………………………………………………………………………… 12
1.6. Rigidez del dispositivo “K” (Rigidez del brazo metálico)………………………………..…… 15
1.7. Comportamiento desplazamiento vs fuerza………………………………………………….. 15
1.8. Criterios de ubicación…………………………………………………………………………… 18
1.9. Recomendaciones para el diseño……………………………………………………………… 21
1.9.1. Normas y requerimientos del código ASCE 7-10…………………………………………… 21
1.9.2. Recomendaciones para el análisis tiempo-historia………………………………………… 21
1.9.3. Recomendaciones para el diseño de conexiones………………………………………..… 22
1.9.4. Recomendaciones para la modelación……………………………………………………… 22
CAPITULO 2. EDIFICIO SIN DISIPADORES DE ENERGÍA
2.1. Objeto de investigación…………………………………………….……….……………………… 23
2.2. Consideraciones para la modelación…………………………….…….……………………… 24
2.2.1. Propiedades de los materiales……………………………………………………………….. 24
2.2.2. Cargas consideradas para el análisis…………………………………………………….…. 24
2.3. Modelación estructural………………………………………………..…………………….…… 24
2.3.1. Modelamiento geométrico…………………………………………………………………….. 24
2.3.2. Asignación de propiedades del concreto……………………………………………………. 29
2.3.3. Asignación de las secciones de columnas y vigas………………………………………… 30
2.3.4. Definición de los elementos tipo área……………………………………………………….. 33
2.3.5. Asignación de columnas, vigas y losas……………………………………………………… 34
2.3.6. Asignación de brazos rígidos (columna-viga)………………………………….…………… 37
2.3.7. Creación de patrones de carga y fuente de masa…………………………………………. 38
2.3.8. Asignación de carga viva y carga muerta…………………………………………………… 40
2.3.9. Empotramiento en la base, asignación de centro de masa y creación de
diafragmas……………………………………………………………………………………..………. 41
2.4. Análisis sísmico………………………………………………………………………………………. 46
2.4.1. Recomendaciones y procedimientos para el análisis……………………………………… 46
133
2.4.2. Análisis dinámico espectral…………………………………………………………….…….. 49
2.4.3. Escalamiento de acelerogramas al espectro de diseño…………………………………… 61
2.4.4. Análisis lineal tiempo-historia………………………………………………………………… 77
2.4.5. Determinación del sismo de diseño…………………………………………………………. 84
CAPITULO 3. EDIFICIO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
3.1. Determinación de los objetivos de diseño……………………………….……………………. 87
3.2. Cálculo de las propiedades del disipador……………………………………………..………. 89
3.2.1. Cálculo de la rigidez………………………………..………………………………….………. 90
3.2.2. Cálculo del coeficiente de amortiguamiento (C)…………………………………….……… 92
3.3. Modelación y análisis del edificio con disipadores de energía…………………………..…. 98
3.3.1. Introducción…………………………………………………………………………………..… 98
3.3.2. Modelación de los disipadores de energía viscosos………………………………………. 98
3.3.3. Respuesta de la estructura con los disipadores de energía……………………………… 105
CAPITULO 4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Y ELECCIÓN DEL DISIPADOR VISCOSO
4.1. Evaluación de resultados……….………………………………………………………..……. 113
4.1.1. Desplazamientos en los centros de masa…………………..……………………………… 113
4.1.2. Distorsiones de entrepiso………………………………………………………………….… 114
4.1.3. Esfuerzos máximos en los elementos de corte……………………………………..……… 115
4.1.4. Aceleración y velocidades…………………………………………………………………… 118
4.1.5. Modos y períodos de vibración……………………………………………………………… 120
4.2. Diseño de los dispositivos de amortiguamiento……………………………………. 121
4.2.1. Agrupación de los dispositivos por niveles de fuerza…………………………. 121
4.2.2. Elección de los disipadores de energía………………………………..………. 123
Conclusiones……………………….…………………………………………….…………………… 128
Recomendaciones……………………………………………………………………………..…… 129
Líneas futuras de investigación……………………………………………………………..…… 130
Bibliografía…………………………………………………………………………………………..…. 131