La ingeniería sísmica ha realizado importantes avances en las últimas décadas, desarrollando una serie de conceptos innovadores que permiten proteger de mejor manera a las construcciones, sus ocupantes y contenidos

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El diseño de pórticos con disipación de energía ha ganado popularidad debido a las ventajas que presenta respecto a la disminución de fuerzas y control de daño de la estructura. En esta investigación se diseña mediante DDBD pórticos con disipadores de energía de tipo barras de pandeo restringido (Buckling restrained Braces B.R.B.). La aplicación del procedimiento propuesto se demuestra con ejemplos de diseño de pórticos de diferentes geometrías.

PRINCIPIOS BÁSICOS SOBRE DISIPADORES DE ENERGÍA

Un movimiento sísmico introduce energía a una estructura. Esta energía de entrada la estructura la divide en diferentes formas de energía. Los dos principales tipos de energía son: Energía absorbida Energía disipada El comportamiento de la estructura puede mejorarse si una porción de la energía de entrada puede ser absorbida no por la estructura misma, sino por algún dispositivo que disipe energía. Esto se verá más claro considerando la relación de la conservación de energía, la cual se muestra a continuación:

E = Ek + Es + Eh + Ed

La energía de entrada absoluta (E), es la sumatoria de la energía cinética (Ek), la energía de deformación elástica recuperable (Es), energía disipada irrecuperable por el sistema estructural a través de la deformación inelástica (Eh), y la energía disipada por amortiguamiento suplementario (Ed). Estos dispositivos reducen la demanda de deformación y esfuerzos producidos por el sismo mediante el aumento del amortiguamiento estructural. Como resultado los esfuerzos inducidos por el sismo en la estructura se reducen en gran parte con respecto a la estructura sin disipadores, reduciendo sustancialmente las incursiones inelásticas (daño) de la estructura.

La estructura sin disipadores de energía sobrevive el sismo severo disipando energía en sus elementos principales, los que sufren daño. En la estructura con disipadores, la energía es absorbida por estos dispositivos reduciendo significativamente las deformaciones y el daño estructural.

BARRAS DE PANDEO RESTRINGIDO

Dentro de una variedad de dispositivos que se han desarrollado hasta el momento, para aplicar a la presente investigación se escogió un tipo de disipador denominado BARRAS DE PANDEO RESTRINGUIDO, ya que en la actualidad se ha venido utilizando este dispositivo con muy buenos resultados en países donde la vulnerabilidad sísmica es alta.

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Componentes de una barra de pandeo restringido

Se tratan de riostras metálicas con pandeo restringido, Estos dispositivos mejoran el comportamiento sísmico de las construcciones proporcionando resistencia y disipación de energía suplementaria El principio básico en la construcción de una barras de pandeo restringido es evitar el pandeo de una barra central de acero, la cual disipa energía a través de ciclos de fluencia estable de tracción – compresión. Para ello la barra central se ubica dentro de un tubo de acero relleno de hormigón o mortero. El dispositivo posee una capa de deslizamiento entre la barra de acero y el hormigón, de tal manera que las cargas axiales sean tomadas sólo por la barra central. Esta capa elimina la transferencia de corte durante la elongación / contracción de la barra disipadora, y acomoda su expansión lateral cuando la misma trabaja en compresión.

FUNDAMENTO DEL DISEÑO DIRECTO BASADO EN DESPLAZAMIENTOS (DDBD)

En el DDBD, un desplazamiento máximo o meta es definido al inicio en función de un perfil de desplazamiento de diseño, y el procedimiento determina cual debe ser la rigidez y resistencia de la estructura de manera que el desplazamiento meta no sea excedido durante el sismo de diseño.

Su aplicación se basa en partir de un desplazamiento deseado para luego transformar la estructura real a un sistema de un grado de libertad, y finalmente obtener fuerzas de diseño sísmico.

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Sistemas de control pasivo

Aislamiento sísmico

El principio general de este sistema es separar la cimentación de la estructura del suelo de fundación, para que las fuerzas sísmicas no sean transmitidas de manera directa y completa, sino que la mayor parte de la energía sea absorbida por los dispositivos y se disipe antes que sea transmitida a la superestructura.

Existe documentación sobre la implementación de la idea del aislamiento de base de las estructuras por parte de las culturas antiguas tales como sumerios, griegos, romanos, entre otros. El sistema consistía en poner una capa fina de arena debajo de la cimentación de la estructura para que actuara como aislamiento de base.

Al desacoplar la estructura del suelo, se obtiene un aumento del período fundamental de vibración de la estructura, alejándolo del período de vibración del suelo. Este concepto funciona muy bien para estructuras de pequeña y mediana altura, pero para estructuras cuya relación alto-ancho es muy grande, se podrían presentar problemas relacionados con el momento de vuelco, con desplazamientos inapropiados, y con el período de vibración de la estructura, esto último debido a que una edificación alta tiene un período de vibración alto y los sistemas de aislamiento de base no producen los efectos esperados en cuanto a la reducción de la energía sísmica inducida al sistema.

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Algunos de los dispositivos empleados en el aislamiento sísmico dentro de los que se destacan los aisladores de caucho o de neopreno con núcleo y láminas intercaladas metálicas, apoyos deslizantes y amortiguadores metálicos.

Es común encontrar varios de estos tipos de aisladores trabajando en conjunto, en particular los aisladores de neopreno junto a los amortiguadores, debido al aporte de rigidez vertical y torsional, flexibilidad horizontal, entre otras características de los aisladores de elastómeros, y la rigidez alta inicial y posterior control a los desplazamientos proporcionado por los amortiguadores.

Disipadores de energía

Los dispositivos de disipación de energía se pueden clasificar en dos grandes grupos: los que dependen del desplazamiento y los que dependen de la velocidad, ambas características relacionadas con la localización relativa de sus extremos. Se presenta un resumen muy completo de los disipadores de energía.

Existe gran cantidad de literatura