poste nsa

DISIPADORES DE ENERGA SISMICA

PARA VIVIENDAS ECONMICAS

Luis M. Bozzo, Msc., PhD.

POSTENSA SAC

Estructuras equipadas con disipadores de energa rgidos

OBJETIVOS (1993-2013)

Emplear disipadores de energa para mejorar el procedimiento de diseo sismorresistente por ductilidad e hiper-estatismo. Desarrollado un nuevo sistema estructural

Especificar una serie de dispositivos que satisfagan el rango habitual de demandas en la edificacin. Se busca, por tanto, una serie de conexiones no lineales con caractersticas mecnicas especificas.

Publicaciones en lnea de investigacin Control pasivo de estructuras sometidas a

acciones dinmicas

4 libros de distribucin en ms de 20 pases

2 libros de distribucin en Espaa o Per

2 monografas

1 captulo de libro

12 artculos en revistas internacionales

9 artculos en revistas

3 reportes de investigacin de distribucin

internacional

17 artculos en congresos internacionales

Descargas gratuitas web: www.luisbozzo.com

Contribuciones previas en lnea de investigacin Control pasivo de estructuras sometidas a

acciones dinmicas

Criterios de diseo y anlisis estructural empleando el sistema de

aislamiento de base Frictional Pendulum System (FPS). Tesis de

Maestra de Luis Bozzo, U.C. Berkeley. Ao 1988.

Desarrollo de un prototipo de dispositivo de disipacin de energa

denominado Shear Link (SL) para la proteccin de muros. Este

prototipo se desarroll mediante su direccin en los proyectos

europeos Control pasivo de estructuras empleado disipadores de

energa. Propuesta de ensayos en mesa vibrante y Shaking table

tests on shear panels made of low-yield steel for the protection of

buildings. Fourth Framework Programme (ECOLEADER-SER

Projects). Aos 1998 y 1999. Consultar reporte ISMES

INDICE

Introduccin. Base conceptual de la propuesta

Estado del arte en control. Sistema previos de

disipacin

Propuesta de sistema disipador. Bozzo Dissipator

Estudios numricos y experimentales. Ensayos en mesa

vibrante

Aplicacin en edificios. Primera realizacin edificio

7pisos, Lima

Edificios recientes en Per y Mxico

Edificio prefabricado industrialmente para construccin

econmica masiva

Sismicidad en el mundo

Introduccin

Cinturn de fuego

Comparacin entre fuerzas reales y de

diseo

Introduccin

Acelerogramas de diseo

Definicin de la accin

Registro de Gilroy, Northridge 1994

Espectros de diseo

Definicin de la accin.

Resistencia constante Ductilidad constante

Reduccin potencial de fuerzas. (valor medio entre distintos acelerogramas)

Definicin de la accin

SISTEMA ESTRUCTURAL DE PORTICOS

EXCENTRICOS

Sistemas de control de vibraciones de

estructuras. Clasificacin

SISTEMAS DE PROTECCIN SSMICA

SISTEMAS PASIVOS

SISTEMAS ACTIVOS

SISTEMAS SEMI-ACTIVOS

SISTEMAS HBRIDOS=activos o semi-activos+pasivos

Sistemas pasivos

Algunas conexiones inertes (su respuesta no

puede modificarse en linea) se aaden a la

estructura para disipar y/o difractar la energia.

Se espera que respondan inelsticamente

durante la excitacin.

Sus propiedades mecnicas no varan con el

tiempo.

Los sistemas pasivos son simples pero su

efectividad puede estar limitada frente a

excitaciones difciles de determinar.

Sistemas pasivos. Clasificacin

SISTEMAS DE CONTROL PASIVO

Sistemas metlicos

Amortiguadores friccin

Amortiguadores viscosos

DISIPADORES ENERGA

- neopreno

- friccin

- "roller bearings"

- aislamiento de base

AISLAMIENTO

- masas sintonizadas

AMORTIGUADORES DE MASA CABLES DE PRETENSADO

Control pasivo. Requisitos.

La estructura debe ser calculable con precisin y el

sistema robusto frente a diversos cambios en la

accin o condiciones locales de emplazamiento

La estructura debe regresar a su posicin original

despues del terremoto

Las propiedades mecnicas de las conexiones no

deben cambiar significativamente en el tiempo

Deben seR fcilmente inspecionables y recambiables

despues de un posible fallo durante un sismo severo.

Costo del edificio similar o inferior

Aislamiento de base

Objetivo: desacoplar la estructura de las

aceleraciones inducidas por el terreno.

Aplicaciones: edificios, pisos, centrales nucleares,

hospitales, puentes, lneas de servicios importantes,

entre otras.

Mercado potencial: industrias vinculadas con

productos peligrosos.

Limitaciones: suelo rgido y estructura rgida (

Aislamiento de base. Esquema de edificio

aislado

terremoto

Aislamiento de base frente a la accin del

metro. Hospital San Pau

Peso total aislado: 60.000, Ton

Aislamiento de base y postensado: L. Bozzo

Aislamiento de base

Sistemas de friccin: limitan la fuerza mxima

transmitida de la base al edificio mediante una

junta de baja friccin

Sistema FPS. Criterios de proyecto

desarrollados por L. Bozzo, 1988

(reporte Berkeley)

Con este sistema se ha construido recientemente

el aeropuerto de San Francisco y la corte de

apelaciones de San Francisco, entre otras obras

significativas a nivel mundial.

Vibradores de masa sintonizados(TMDs)

La energa se refracta para acelerar una masa (de frecuencia

similar al modo a controlar).

Aplicaciones para vibraciones horizontales y verticales con

frecuencias conocidas con precisin (instrumentacin in situ).

Ejemplo reciente: reparacin del puente del Milenio, Londres.

Reparacin por GERB

Vibradores de masa sintonizados(TMDs)

TMD son adecuados para proteger ssmicamente edificios altos

Este sistema controla, principalmente, el primer modo.

La masa del amortiguador es del orden del 2-5% de la masa total

del edificio.

El desplazamiento relativo entre el amortiguador y el piso superior

es grande

Se pueden considerar como una clase especial de disipadores de

energa.

TMDs. Ejemplo de instalacin

viento

terremoto

Sistemas de disipacin de energa

Se emplean para absorber energa de distintas fuentes:

terremotos, viento, vibracin de maquinaria, vehculos o

humana, entre otras.

Tcnicas constructivas similares a las de edificios

convencionales.

Bajo costo por unidad.

Re-emplazan muros por columnas y diagonales dctiles

Disipan energa mediante desplazamientos relativos y

modifican las frecuencias del edificio (no resonancia).

Ubicacin de disipadores de energa en

edificios

En diagonales metlicas

Entre edificios adyacentes o en la conexin

entre pantallas

Como un complemento a la aislacin ssmica.

En la conexin entre vigas y columas (como

era en el World Trade Center in NY).

En cualquier ubicacin donde se den

desplazamientos horizontales significativos

Disipadores de energa. Ubicacin

convencional en edificios

viento

terremoto

Disipadores de energa. Ubicacin

propuesta en edificios

viento

terremoto

Clasificacin de disipadores de energa

CLASIFICACIN

- plastificacin de metales

- extrusin de plomo

- memoria de forma

metales friccin disipadores viscoelasticos

sistemas de disipacin de energa

Plastificacin de metales

Adding Damping And Stiffness (sistema ADAS)


Sistema T-ADAS

Plastificacin de metales (a) Barra seccin variable

(b) Barra flexin

(c) Honeycomb


Barra a flexin


Sistema panal de abejas

Sistema por extrusin de plomo

Sistemas de friccin

Disipador Sumimoto

Sistema de friccin

Panel entre diagonales

Sistemas de friccin

Amortiguador de friccin

Sistemas de friccin

Conexin con tornillos deslizantes

Diagonales con fuerza constante de friccin (CFSB).

Sistemas viscoelsticos

Ubicacin en World

trade center

POCO EFECTIVOS EN

REDUCIR ACCION

SISMICA

Sistemas de disipacin de energa.

Comentarios

Los sistemas de friccin proporcionan un rea de disipacin

optima. Sin embargo su efectividad varia por factores como

dependencia de la friccin con la velocidad, fuerza axial y

tiempo

Los sistemas viscoelsticos NO varan la frecuencia del sistema

y, por tanto, no reducen sensiblemente la respuesta

Los sistemas por extrusin de metales son difciles de modelar

y de variar sus propiedades mecnicas de forma simple

Los sistemas por plastificacin de metales no requieren

mantenimiento, pueden reducir sensiblemente la respuesta, son

econmicos y simples de fabricar. Herramientas actuales para

simular la plastificacin de metales permite su anlisis preciso.

DESARROLLO DEL BOZZO DISSIPATOR

Desarrollo de prototipo SL: ensayos en mesa vibrante y

ensayos de caracterizacin en laboratorio de ISMES.

Investigador principal: Luis Bozzo.

Desarrollo de sistema SL en alumnio: ensayos en mesa

vibrante en laboratorio de LNEC. Investigadores: Dora

Foti y Luis Bozzo

Generalizacin de sistema SL: ensayos en mesa vibrante

de caracterizacin en laboratorio de ISMES.

Investigador: Luis Bozzo

Prototipo de sistema SL desarrollado por L.

Bozzo y X. Cahis. Ao 1996-2001

Disipador Shear-Link (SL)

Curva histertica

-20.00 0.00 20.00

-40.00

0.00

40.00shear behavior

Ultimate behavior(bending)

F (kN)

d (mm)

Disipadores de energa. Sistema SL

desarrollado por L. Bozzo y X. Cahis.

ISMES

1996

Desarrollo de propotipo de disipador SL

Respuesta experimental de estructuras

flexibles con prototipo SL

GALGA EXTENSOMTRICA

SC26

SC28

HEA 100

340

W1, W2: TRANSDUCTORES DE DESPLAZAMIENTO SITUADOS EN AMBOS PRTICOS

1300

SC14

2510

ACELERMETRO

SC13 PARED DE HORMIGONARMADO

1300

SC27

SC12

HEB 300

SC11 SC25

DISIPADOR

W1,W2

3190 kg3190 kg

A3Y

2290

UPN

100

Atx

160

A1x A2x

Sistema rgido - flexible

Respuesta experimental de estructuras

flexibles con prototipo SL

Figura.1 Figura. 2.

desplazamientos Fuerzas totales

Las lneas representan respuesta lineal de sistema

flexible (sin pared ni disipador) y de sistema rgido

(con pared pero sin disipador)

Respuesta en el tiempo bajo el registo de Santa

Cruz en el terremoto de Loma Prieta

Comparacin numrico - experimental

-7

-5

-3

-1

1

3

5

7

7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

t (s)

U1x (mm)

numrica experimental

Variacin de la participacin de las

frecuencias durante el ensayo

(5.17,

0.00453) (10.30, 0.00486)

(6.32, 0.0061)

(2.85, 0.00528)

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0 5 10 15 20

f (Hz)

A1x (g)

(5.17,

0.0329)

(2.85, 0.0346)(6.32, 0.0404)

(10.30, 0.0206)

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 5 10 15 20

f (Hz)

A1x (g)

0

1

2

3

4

5

6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

F.E.

F.A.

f = 2.85 Hz f = 5.17 Hz f= 6.32 Hz f=10.30 Hz

Transformada

de Fourier de

aceleracin

parte superior

del modelo

FA

FE

Sistema SL en aluminio. Desarrollado por

L.Bozzo y D. Foti. Ao 1997-1998

Panel remachado

Laboratorio LNEC, 1997

Sistema SL en aluminio

Panel de aluminio remachado.

Sistema SL en alumnio

Panel de aluminio soldado.

Sistema SL en aluminio

Ensayo en mesa vibrante. Ao 1997

Generalizacin de sistema SL por L. Bozzo.

Propuesta Ao 2002

Ensayo ISMES.

Generalizacin de sistema SL Optimizacin

cualitativa

Simulacin numrica mediante programa

ANSYS. (Fco. Hurtado dirigido por L.Bozzo)

Generalizacin de sistema SL Solucin

adoptada

Simulacin numrica mediante programa

ANSYS. (Fco. Hurtado dirigido por L.Bozzo)

Disipador

SL30x2

Generalizacin de sistema SL

Resultados experimentales. Ao 2002

CURVA HISTERETICA (PR5)

-300

-200

-100

0

100

200

300

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

Desplazamiento (mm)

Fu

erz

a (

kN

)

CURVA HISTERETICA (PR5)

-300

-200

-100

0

100

200

300

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

Desplazamiento en la zona disipativa (mm)

Fu

erz

a (

kN

)

Curva histertica

incluyendo deslizamiento

Curva histertica

sin incluir

deslizamiento

Generalizacin de sistema SL

Resultados experimentales. Energa disipada

E1=53.85 kN-m y posteriomente a la degradacin del alma

hasta la finalizacin del ensayo fue de E2=97.21kN-m

Resultados experimentales: Prediccin de

abollamiento.

Desplazamiento de inicio de abolladura 14mm. Buena

correlacin con planteamiento simple de Kasai y Popov

para prticos excntricos.

TABLAS DE DISEO

Device E K1 KN/cm

K2 KN/cm

dy mm

fy kN

Dy mm

Fy kN

Fmax kN

Da mm

Ed KN.cm

SL5_2

SL5_3

SL5_4

SL5_5

2

3

4

5

546.1

663.5

763.8

834.3

14.4

13.4

11.8

8.8

0.250

0.321

0.357

0.357

13.65

21.30

27.27

29.78

0.463

0.549

0.628

0.716

25.27

36.40

47.96

59.76

47.32

56.59

65.26

72.93

39.93

89.87

159.83

249.81

54

69

84

97

SL10_2

SL10_3

SL10_4

SL10_5

2

3

4

5

1,273.8

1,644.4

1,979.1

2,216.7

22.1

21.6

20.1

17.4

0.250

0.277

0.304

0.331

31.85

45.55

60.16

73.26

0.437

0.491

0.540

0.600

55.68

80.67

106.86

133.00

89.56

113.62

136.91

159.27

29.81

67.10

119.35

186.45

109

146

182

216

SL15_2

SL15_3

SL15_4

SL15_5

2

3

4

5

2,285.9

2,929.6

3,493.5

3,856.1

22.4

23.3

22.9

22.3

0.250

0.268

0.286

0.321

57.15

78.51

99.91

123.78

0.567

0.565

0.573

0.618

129.60

165.55

200.20

238.33

163.04

200.32

236.30

271.48

20.29

45.66

81.18

126.85

216

271

325

377

SL20_2

SL20_3

SL20_4

SL20_5

2

3

4

5

2,971.2

3,980.0

4,719.3

5,262.7

24.1

24.9

25.8

24.0

0.250

0.268

0.286

0.321

74.28

106.66

134.97

168.93

0.536

0.527

0.553

0.596

159.18

209.68

261.00

313.46

195.36

247.72

298.88

349.12

15.96

35.92

63.85

99.77

262

339

414

489

SL25_2

SL25_3

SL25_4

SL25_5

2

3

4

5

3,660.6

4,859.0

5,921.3

6,613.5

24.3

25.2

24.7

24.5

0.250

0.268

0.286

0.321

91.51

130.22

169.35

212.29

0.514

0.524

0.544

0.588

188.18

254.52

321.82

389.20

224.74

292.09

358.05

423.17

14.44

32.50

57.79

90.30

305

404

501

597

SL30_2

SL30_3

SL30_4

SL30_5

2

3

4

5

4,353.6

5,791.0

7,129.9

7,981.8

24.5

25.5

25.4

25.2

0.250

0.268

0.286

0.321

108.84

155.20

203.91

256.21

0.497

0.513

0.531

0.575

216.56

297.22

378.46

459.17

253.78

336.02

416.81

496.73

13.75

30.93

54.99

85.92

348

468

587

704

SL40_2

SL40_3

SL40_4

SL40_5

2

3

4

5

5,820.4

7,778.5

9,621.2

10,777.4

30.9

32.0

33.1

31.8

0.250

0.268

0.286

0.321

145.51

208.46

275.17

345.95

0.490

0.507

0.523

0.570

285.12

394.44

503.33

614.29

331.02

442.74

553.98

662.15

14.02

31.55

66.90

104.53

455

619

781

941

SL50_2

SL50_3

SL50_4

SL50_5

2

3

4

5

7,223.6

9,703.1

12,109.3

13,566.7

32.9

35.9

32.7

31.0

0.250

0.268

0.286

0.321

180.59

260.04

346.33

435.49

0.473

0.495

0.514

0.563

342.00

480.00

622.22

764.00

391.08

533.58

671.76

810.65

13.40

30.16

53.62

83.79

542

749

954

1160

DISIPADORES EN DIAGONALES

ao 2012 en adelante

Aplicacin en edificios. Realizaciones previas: Fbrica

KNITEX

Pilar central con aislamiento de

friccin. Ao 1988-89. Lima

Aplicacin en edificios. Proyecto Iglesia de La Alegra

Lima, 2002

Ubicacin de disipadores Planta con Losa reticular

mixta

Anlisis y dimensionamiento Iglesia de La Alegra Lima,

2002

Disipador

empleado

Espectro no lineal

de respuesta

Uso de paredes de

cerramiento como

elementos

resistentes

Aplicacin en edificios. Primera realizacin edificio

7pisos, Lima

(AO 2002. Presentacin congreso Iquitos 2003)

Aplicacin en edificios. Primera realizacin edificio 7pisos,

Lima(AO 2002. Presentacin congreso Iquitos 2003)

FACULTAD DE ODONTOLOGIA, PERU 2013

EN COLABORACION CON EL Dr. Alberto Ordoez

AUMENTO DE LA RESISTENCIA SISMICA DE MEGA PLANTA LINDLEY.

PRIMER EDIFICIO INDUSTRIAL INCORPORANDO DISIPADORES EN EL PERU Y DE

LOS MAYORES EN EL MUNDO. PERU 2013


AUMENTO DE LA RESISTENCIA SISMICA DE MEGA PLANTA LINDLEY.


Estructuras prefabricadas incorporando disipadores de energa

para construccion masiva de viviendas

+

Sub-sistema rgido/dctil Sub-sistema flexible

PARADIGMA RIGIDO / FLEXIBLE / DUCTIL

Estructuras prefabricadas incorporando disipadores de energa

para construccion masiva de viviendas

Dimensiones de la estructura

(planta aproximada de 20mx15 con 4 departamentos)

Beam 1: 30x65

Beam 2: 30x45

Beam 3: 30x35

Beam 4: 20x35

Columnas 30x30 excepto las 2

indicadas de 35x35

Dimensiones de los disipadores

Perfiles tubulares de

200mmx200x6mm

Bozzo Dissipator

Elementos de cerramiento

Elementos de cerramiento (Yunix Houses)

Analisis dinmico relativamente simple pues solo hay dos

modos de vibracin en cada direccion

ESTRUCTURA 100%

SIMETRICA DADO QUE

DISIPADORES LO

ESTAN

Analisis dinmico relativamente simple: solo hay dos modos

de vibracin en cada direccion

MODOS PRINCIPALES EN CADA DIRECCION. PRIMERO CON T=0,57s

y 78% DE MASA MODAL

Parametros preliminares de diseo ssmico

Resultados del anlisis dinmico convencional

Prediseo Fuerzas en diagonales

Fuerzas en primeros tres niveles varan entre 259kN y 427kN

Fuerzas en el cuarto nivel entre 213kN y 295kN

Fuerzas en el quinto nivel entre 94kN y 225kN

------------------------------------------

Fuerza diseo disipadores primeros tres niveles 260kN

Fuerza diseo disipadores cuarto nivel 213kN Fuerza diseo disipadores quinto nivel 94kN

Verificacion anlisis no linal paso a paso

en el tiempo

Se seleccionaron 5 registros con suelo

compatible

Se escalaron todos a 0,4g

Se modelaron los disipadores en base

a las fuerzas anteriores

Se analizo empleando el programa SAP

EDIFICIOS RECIENTES EN MEXICO

TORRE CORPOPRATIVA DE 30 NIVELES.

PLANTA MOSTRANDO NUCLEO RIGIDO

DINTEL CONVENCIONALES VS

DISIPADORES

TORRE DE 63 NIVELES. LA DE MAS PLANTAS DE LATINOAMERICA

TORRE SOM. MX

ESTUDIOS DE FACHADAS

TORRE SOM. MX

PLANTA DESBALANCEADA

EMPLEO DE BOZZO DISSIPATORS

POSICION DE DIAGONALES CON DISIPADORES

EMPLEO DE BOZZO DISSIPATORS

GRACIAS POR SU ATENCIN !

poste nsa

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