Reducci\u00f3n de fuerzas cortantes y axiales en columnas cuando se usan disipadores a fricci\u00f3n, (FDF y FDBF). Comparaci\u00f3n con otras alternativas: P\u00f3rticos a momento (BMF), muros de corte shearwalls (SWF) y p\u00f3rticos arriostrados resistentes a momento (MRBF). (Vezina, Proulx, Pall, & Pall, 1992), (Chandra, Masand, Tripati, Pall, & Pall)<\/em><\/p>\nCon disipadores s\u00edsmicos, otorgar nuevas capacidades de absorci\u00f3n de la energ\u00eda s\u00edsmica a la estructura existente se vuelve m\u00e1s f\u00e1cil y usualmente se evita la intervenci\u00f3n de cimentaciones\u00a0(Maholtra, Carson, & Pall, 2004). Particularmente, cuando se usan disipadores s\u00edsmicos a fricci\u00f3n en linea, al ser independientes de la velocidad y de la rotaci\u00f3n, estos permiten una flexibilidad mayor en la instalaci\u00f3n, pues desde el inicio del an\u00e1lisis estructural se pueden incluir y planear m\u00e1s f\u00e1cilmente porque su comportamiento es modelado como cualquier otro elemento de viga, columna o diagonal. Esto hace que su rigidez lateral sea compatible con la del piso, as\u00ed que el ingeniero tiene mucha flexibilidad de instalarlos donde no comprometan el uso arquitect\u00f3nico del edificio. As\u00ed se puede mejorar el calendario de intervenci\u00f3n en un proyecto porque se pueden instalar gradualmente cuando se habilitan espacios.<\/p>\n
Adicionalmente, los disipadores s\u00edsmicos a fricci\u00f3n en l\u00ednea se instalan tal como los contravientos y diagonales comunes, las conexiones se dise\u00f1an normalmente como para cualquier estructura met\u00e1lica. Se puede decir que la disrupci\u00f3n de operaciones es m\u00ednima.<\/p>\n
An\u00e1lisis Estructural<\/h2>\n
\u00bfQue tan f\u00e1cil es integrar una de estas dos opciones a nuestro dise\u00f1o estructural? La respuesta depende de las habilidades y educaci\u00f3n espec\u00edfica de cada ingeniero, sin embargo, tecnolog\u00edas como los disipadores s\u00edsmicos a fricci\u00f3n en l\u00ednea son sencillas de integrar.<\/p>\n
Aisladores<\/h3>\n
Para el caso de aisladores s\u00edsmicos, el ingeniero debe manejar por lo menos conceptos b\u00e1sicos del an\u00e1lisis vibracional aun si sigue los lineamientos b\u00e1sicos de la norma s\u00edsmica. Es necesario que entienda como la velocidad de aplicaci\u00f3n de la fuerza del sismo afectar\u00e1 el comportamiento de la estructura. Nuevas tecnolog\u00edas que permiten aplicar aislaci\u00f3n en edificios altos, aumentando los periodos inclusive en el rango de 2 y 3 segundos incluyen amortiguamiento adicional (damping) en el aislador mismo. Esto es bueno porque permite contrarrestar los efectos nocivos de una flexibilidad excesiva aportada en la alteraci\u00f3n del periodo natural, pero requiere de m\u00e1s experticia por parte del ingeniero estructural toda vez que debe calcular un amortiguamiento \u00f3ptimo para reducir la trasmisi\u00f3n de esfuerzos desde la base hasta la estructura superior que ahora son transmitidos. Mucho amortiguamiento (damping) transmitir\u00e1 fuerzas excesivas, y muy poco de \u00e9l, har\u00e1 el periodo fundamental excesivamente largo e ineficiente. Solo oficinas de dise\u00f1o con softwares muy potentes son capaces de hacerlo, y aun as\u00ed el proceso de iteraci\u00f3n es algo tedioso pues las fuerzas y el amortiguamiento var\u00edan de acuerdo a como var\u00eda la velocidad en el registro s\u00edsmico. La calibraci\u00f3n es m\u00e1s compleja.<\/p>\n
Disipadores dependientes de la velocidad<\/h3>\n
En el caso de los disipadores s\u00edsmicos, la integraci\u00f3n al dise\u00f1o estructural puede ser tambi\u00e9n tediosa para aquellos dispositivos que son dependientes de la velocidad como los disipadores viscosos y los disipadores visco-el\u00e1sticos. Encontrar dimensiones de dise\u00f1o optimas para los aparatos es un ejercicio que solo oficinas bien equipadas pueden realizar porque, otra vez, la velocidad juega un papel crucial. En el caso de los disipadores rotacionales a fricci\u00f3n, la fuerza tambi\u00e9n var\u00eda dependiendo del \u00e1ngulo en la r\u00f3tula que disipa la energ\u00eda, por eso si este tipo es usado como un elemento de tensi\u00f3n-compresi\u00f3n no puede modelarse como si la fuerza fuera constante.<\/p>\n
La norma s\u00edsmica<\/h3>\n
Algunas normas s\u00edsmicas, ofrecen decentes aproximaciones para estos casos de disipaci\u00f3n y aislaci\u00f3n donde las fuerzas son variables, pero al ser gen\u00e9ricas deben ser extremadamente conservadoras y por consecuente mucho menos eficientes que si se realiza el ejercicio espec\u00edfico para las necesidades de la estructura.<\/p>\n
Con disipadores s\u00edsmicos a fricci\u00f3n en l\u00ednea, cualquier ingeniero con un conocimiento b\u00e1sico del dise\u00f1o estructural puede integrarlos a un proyecto. La fuerza es siempre constante, entonces el ingeniero solo necesita dos par\u00e1metros, Fuerza y Desplazamiento, es m\u00e1s, calcular\u00eda su rigidez lateral igual que para un contraviento o diagonal com\u00fan. Es muy c\u00f3modo de usar para proyectos nuevos, pues con un an\u00e1lisis b\u00e1sico se puede hacer un pre-dise\u00f1o r\u00e1pido tal como para cualquier otro edificio de an\u00e1lisis est\u00e1tico. En el caso de rehabilitaci\u00f3n de estructuras, las facilidades son las mismas, sin embargo, el ingeniero debe tener un m\u00ednimo de conocimiento de an\u00e1lisis no-linear para entender el comportamiento de la estructura en el sismo de dise\u00f1o y confirmar que el desempe\u00f1o que busca est\u00e1 garantizado. Estas competencias no son muy costosas, pues hoy en d\u00eda softwares populares y de f\u00e1cil adquisici\u00f3n cuentan con herramientas de push-over muy confiables y f\u00e1ciles de usar.<\/p>\n
Otras opciones<\/h3>\n
Hoy en d\u00eda tambi\u00e9n se usan diagonales restringidas al pandeo (BRBs) como dispositivos de disipaci\u00f3n de energ\u00eda. Por su bajo costo se han vuelto muy comunes y porque dise\u00f1ar con ellas es tan f\u00e1cil como con un contraviento o diagonal com\u00fan. Sin embargo, preocupaciones empiezan a surgir por que el acero no es necesariamente independiente de la velocidad. Hoy en d\u00eda los c\u00f3digos no exigen pruebas adicionales a las BRBs para demostrar su independencia con la velocidad de aplicaci\u00f3n en la fuerza por que existe el argumento que esto tampoco se les exige a los dem\u00e1s elementos de acero estructural. Aunque este argumento es v\u00e1lido, cuando las BRBs se usan para disipar energ\u00eda, ellas act\u00faan como protectores del resto de la estructura, que deben deformarse a la fuerza esperada y en el desplazamiento esperado. Es ampliamente conocido (ASM, 1987) y (MacGillivray & Weisner, 1999) que la velocidad y frecuencia de aplicaci\u00f3n de la fuerza tiende a aumentar el punto de fluencia y de falla en los metales a veces hasta en un 30%. Si el registro s\u00edsmico y su frecuencia de carga hace fallar la BRBs mucho despu\u00e9s de la fuerza de fluencia esperada, la estructura ser\u00e1 excesivamente r\u00edgida y los elementos que se intentaban proteger en primer lugar fallaran antes que el elemento que los proteg\u00eda. Hoy en d\u00eda las pruebas est\u00e1ticas exigidas por los c\u00f3digos desafortunadamente no permiten ver estos efectos.<\/p>\n
Precio por dispositivo<\/h2>\n
El precio por dispositivo var\u00eda de acuerdo con las caracter\u00edsticas del aparato, y el ingeniero deber\u00e1 escoger la opci\u00f3n que mejor satisfaga sus necesidades t\u00e9cnicas. En el caso de los aisladores s\u00edsmicos, sus precios son muy similares a los disipadores s\u00edsmicos de tipo viscosos y visco-el\u00e1sticos. Siendo los aisladores elastomericos la opci\u00f3n mas econ\u00f3mica pues son los mas conocidos y abundantes en el mercado de protecci\u00f3n s\u00edsmica. Estos no tienen las adiciones tecnol\u00f3gicas de aisladores friccionales o de n\u00facleos deformables.<\/p>\n
En un nivel a\u00fan m\u00e1s econ\u00f3mico se encuentran los disipadores a fricci\u00f3n, estando estos casi al mismo nivel de costos directos que las diagonales restringidas al pandeo (BRBs). \u00bfEntonces, porque no escoger un disipador a fricci\u00f3n en vez de una BRBs si el primero no necesitar\u00e1 reemplazo despu\u00e9s del sismo y adem\u00e1s es muchos m\u00e1s eficiente y confiable en absorber la energ\u00eda s\u00edsmica?<\/p>\n
Por otro lado, un punto importante a aclarar con los dispositivos a fricci\u00f3n y su atractivo precio es que la calidad debe ser 100% certificada. Aunque la disipaci\u00f3n por fricci\u00f3n ofrece much\u00edsimas ventajas desde el punto de vista de dise\u00f1o estructural y constructivo no hay evidencia de muchos fabricantes que puedan ofrecer una fricci\u00f3n din\u00e1mica estable. Esto es crucial, a parte del precio atractivo, el ingeniero debe verificar con el fabricante que todos los aparatos a ser instalados cumplen con las especificaciones de dise\u00f1o: fuerza y desplazamiento. De esto hablaremos en el siguiente punto.<\/p>\n
Control de Calidad y Testeo<\/h2>\n
Tanto para aisladores s\u00edsmicos como para disipadores el control de calidad es esencial. En esta industria es muy com\u00fan encontrar fabricantes internacionales que no fabrican ni testean en los pa\u00edses donde est\u00e1n sus oficinas, usualmente Europa, porque les es demasiado costoso. Tambi\u00e9n se encuentran fabricantes locales que desarrollaron las tecnolog\u00edas recientemente a partir de reingenier\u00eda en conceptos internacionales y a veces generan dudas en c\u00f3mo han vivido su curva de aprendizaje. Hay solo unos pocos que siguen estrictos protocolos de calidad y sobre todo en el mismo lugar de origen donde los aparatos son dise\u00f1ados, facilitando la eficacia del control de calidad. Cualquiera que sea el caso, el ingeniero debe siempre quedar satisfecho que el desempe\u00f1o de todos y cada uno de dispositivos sea lo que \u00e9l quiere para su dise\u00f1o, ni m\u00e1s ni menos. Por eso siempre es importante preguntar cu\u00e1l es el control de calidad que hace el fabricante y participar activamente en \u00e9l.<\/p>\n
Pa\u00edses como Chile han ido a la vanguardia recientemente con la adici\u00f3n a sus normas s\u00edsmicas (NCh 3411, 2017) de estrictos controles de calidad y claras gu\u00edas de como el ingeniero debe evaluar la disipaci\u00f3n y la aislaci\u00f3n.<\/p>\n
Recomendaciones<\/h3>\n
Siempre es recomendable que se pruebe el 100% de los aparatos al 100% de la condici\u00f3n real. En el caso de los aisladores s\u00edsmicos y los disipadores, de tipo viscoso, estos test son costosos, por que los laboratorios usualmente no cuentan con los equipos para simular grandes fuerzas a altas velocidades, entonces, estos costos son generalmente transmitidos al cliente final. En adici\u00f3n, el ingeniero estructural necesita cierto conocimiento espec\u00edfico para interpretar correctamente los resultados, inclusive si es testigo de la prueba misma.<\/p>\n
En el caso de las BRBs, cuando se usan como disipadores, estas no se pueden probar en condiciones reales de uso por que sufrir\u00edan da\u00f1os permanentes y no podr\u00edan ser usadas luego en el proyecto. Entonces usualmente se testean al 60% de su fuerza de falla. El ingeniero siempre queda con algo de incertidumbre acerca de que ocurrir\u00e1 en la situaci\u00f3n real cuando la fuerza real se aplica en un registro s\u00edsmico, a menos que solicite una prueba de prototipo real a las solicitudes que espera. Esto sin duda encarecer\u00e1 el costo por dispositivo a valores similares de los disipadores viscosos.<\/p>\n
En el caso de los disipadores s\u00edsmicos a fricci\u00f3n, el testeo es cr\u00edtico. Se recomienda que todos y cada uno de ellos sea testeado a la fuerza y desplazamientos de dise\u00f1o. Una ventaja, es que entender los resultados de los ensayos es muy sencillo, por que el ingeniero puede ver Fuerza y Desplazamiento de primera mano y estos son conceptos intuitivos y de com\u00fan uso. Otra ventaja, es que el testeo de estos aparatos es relativamente menos costoso, garantizando un control de calidad alt\u00edsimo a costos nada excesivos. El ingeniero podr\u00e1 confiar en el fabricante, solo si este demuestra que todos los aparatos que enviar\u00e1 al proyecto se comportan tal como se espera.<\/p>\n
<\/p>\n
Costos a nivel proyecto<\/h2>\n
Finalmente, el ingeniero estructural debe hacer un an\u00e1lisis de como todos estos puntos anteriormente mencionados suman o restan a los costos generales. Aunque sucede com\u00fanmente hoy en d\u00eda, estos puntos, no se pueden analizar de manera individual porque se corre el riesgo de hacer incurrir en costos innecesarios al cliente final, debe ser un an\u00e1lisis integral.<\/p>\n
Cuando se es ingeniero estructural, la vida de muchas personas depende de la responsabilidad y eficacia del dise\u00f1ador. As\u00ed mismo, su Good-Will profesional depende que tan eficientes son sus dise\u00f1os y de que tan h\u00e1bil aplica estas tecnolog\u00edas. Afortunadamente, estas cada vez se vuelven m\u00e1s comunes, y algunas de ellas permiten a los ingenieros incursionar el control de la energ\u00eda s\u00edsmica sin necesidad de excesiva sofisticaci\u00f3n.<\/p>\n
Esperamos que esta gu\u00eda simplificada pueda ser de ayuda para resolver a esta pregunta com\u00fan en nuestra pr\u00e1ctica diaria profesional y que pueda ser respondida de la manera m\u00e1s eficiente para el bien de toda la sociedad.<\/p>\n
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References<\/h1>\n
ASM, I. (1987). Metals Handbook.<\/em><\/p>\nConstantinou, M., & Tadjbakhsh, I. (1985). Optimum Characteristics of Isolated Structures. J. of Structural Structual Engineering, ASCE<\/em>, 2733-2750.<\/p>\nFEMA. (2015). NEHRP REcommended Seismic Provisions for New Building and Other Strcutures P-1050-1.<\/em><\/p>\nJain, S. K., & Thakkar, S. K. (2004). APPLICATION OF BASE ISOLATION FOR FLEXIBLE BUILDINGS. 13th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 1924.<\/em> Vancouver.<\/p>\nKelly, J. (1997). Earthquake-Resistant Design with Rubber.<\/em> Great Britain: Springer-Verlag London Limited.<\/p>\nMacGillivray, H., & Weisner, C. (1999). Loading Rate Effects on Tensile Properties and Fracture Toughness of Steel. TWI, Cambridge<\/em>.<\/p>\nMaholtra, A., Carson, D., & Pall, R. (2004). Friction Dampers for Seismic Upgrade of St. Vincent Hospital, Ottawa. Paper #1952. Thirteenth World Conference on Earthquake Engineering.<\/em><\/p>\nVezina, S., Proulx, P., Pall, A., & Pall, R. (1992). Friction Dampers for seismic design of Canadian Space Agency. Tenth World Conference of Earthquake Engineering.<\/em> Balkema.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"No hay ninguna duda que la manera m\u00e1s eficiente de proteger estructuras contra terremotos es controlando la energ\u00eda s\u00edsmica con medios otros que la ductilidad. Primero, [\u2026]<\/span><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":13308,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[38],"tags":[],"yst_prominent_words":[],"class_list":["post-13290","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-sin-categorizar"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/13290","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=13290"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/13290\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":13883,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/13290\/revisions\/13883"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/13308"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=13290"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=13290"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=13290"},{"taxonomy":"yst_prominent_words","embeddable":true,"href":"https:\/\/quaketek.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/yst_prominent_words?post=13290"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
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