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DISEÑO DE DISPOSITIVOS DE AMORTIGUAMIENTO
VISCOSO NO LINEAL
JORGE RUIZ GARCÍAProfesor-Investigador Titular
León, Gto., 3 de noviembre de 2010
Curso “Diseño de sistemas pasivos de
disipación de energía”
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Organización
© Dr. Jorge Ruiz-García
Procedimiento de diseño de dispositivos
viscosos no lineales
Rehabilitación de un edificio de acero de 6
niveles con DVNL
Uso del software SAP2000 para incorporar DVL
y DVNL
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© Dr. Jorge Ruiz-García
Procedimiento de diseño
de dispositivos viscosos
no lineales
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Descripción de la estructura
© Dr. Jorge Ruiz-García
5 m
3.7 m
3.7 m
x2
x1
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Descripción de la estructura
© Dr. Jorge Ruiz-García
Matriz de masa
Matriz de rigideces
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© Dr. Jorge Ruiz-García
Paso 1: Se conocen las constantes CL para dispositivos viscosos lineales
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Paso 2: Suponiendo que el disipador viscoso no lineal disipa la misma
cantidad de energía que el dispositivo viscoso lineal, las constantes CNL
se pueden encontrar como:
Donde
se puede considerar como la frecuencia fundamental de la
estructura original (sin dispositivos viscosos)
se puede considerar como el desplazamiento límite en los
dispositivos asociado a un nivel de desempeño
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© Dr. Jorge Ruiz-García
Considerando
Entonces,
La constante de cada disipador se puede encontrar como:
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Diseño final
CL CNL [kN-s/mm]
[kN-s/mm] a = 0.1 a = 0.2 a = 0.3 a = 0.5
1.248 97.23 59.13 35.96 13.30
0.624 48.61 29.56 17.98 6.65
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Refuerzo de un edificio de
acero de 6 niveles con DVL
(software RUAUMOKO)
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Descripción del edificio
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Paso 1: Se conocen las constantes CL para dispositivos viscosos lineales
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Considerando
Entonces,
La constante de cada disipador se puede encontrar como:
Primer nivel
Niveles restantes
Primer nivel
Niveles restantes
Paso 2:
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CL CNL [kN-s/mm]
[kN-s/mm] a = 0.1 a = 0.2 a = 0.3 a = 0.5 a = 0.7 a = 0.9
13.17 902.03 556.46 343.28 130.64 49.72 18.92
13.17 902.03 556.46 343.28 130.64 49.72 18.92
19.89 1362.28 840.39 518.43 197.30 75.08 28.57
20.8 1424.61 878.84 542.15 206.32 78.52 29.88
25.22 1727.34 1065.59 657.36 250.17 95.20 36.23
16.76 1305.69 794.03 482.88 178.58 66.04 24.42
© Dr. Jorge Ruiz-García
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0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0IDR [%]
0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0RIDR [%]
0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0IDR [%]
0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0RIDR [%]
EL CENTRO 1940
LANDERS 1992
© Dr. Jorge Ruiz-García
Paso 3: Evaluación del comportamiento mediante análisis dinámico
no-lineal
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0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0IDR [%]
0
1
2
3
4
5
6
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0RIDR [%]
KOBE 1995
Ante acelerogramas registrados en estaciones cercanas a la fuente,
los dispositivos de amortiguamiento viscoso tanto lineal como no lineal
no pueden controlar las demandas de distorsión de entrepiso.
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Uso del software SAP2000
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Modelo analítico en SAP2000Estructura
NOTA: Los elementos usualmente se modelan con comportamiento elástico
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Define > Section Properties > Link/Support Properties
Propiedades del dispositivo
Seleccionar elemento
tipo “amortiguador”
Indicar un nombre
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Define > Section Properties > Link/Support Properties
Propiedades del dispositivo
Seleccionar la dirección longitudinal y comportamiento no-lineal
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Propiedades del dispositivo
Seleccionar definir propiedades en la dirección longitudinal
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Propiedades del dispositivo
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Draw > Draw 2 joint link
Elemento tipo “Damper”
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Comportamiento
Dispositivo viscoso con comportamiento lineal (a = 1.0)
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Comportamiento
Dispositivo viscoso con comportamiento lineal (a = 0.5)
© Dr. Jorge Ruiz-García
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1. El comportamiento del elemento “damper” es no-lineal, pero el
comportamiento de los elementos restantes (vigas y columnas) sigue
siendo lineal durante el análisis dinámico.
2. Se recomienda el uso de SAP2000 cuando se espere que los elementos
de la estructura (vigas y columnas) se comporten elásticamente ante una
excitación dinámica (por ejemplo, empleando el registro El Centro 1940).
3. Se sugiere su empleo para el diseño de nuevos edificios.
Comentarios
© Dr. Jorge Ruiz-García
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Comentarios finales
© Dr. Jorge Ruiz-García
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El Ministerio de Vivienda y Urbanismo de Chile se encuentra
evaluando los cambios necesarios a la Ley de Urbanismo y
Construcciones (LUC) y a la normatividad técnica en materia de
diseño sismorresistente (La Tercera, 15 de abril de 2010). Entre los
cambios necesarios que se proponen se encuentran:
1) Modificar la filosofía de diseño actual, basada en resistencia para
prevenir el colapso estructural, a una filosofía de diseño que
permita mantener funcionando estructuras esenciales (como
aeropuertos, hospitales o escuelas),
2) incorporar la exigencia de una supervisión detallada por parte de
las autoridades durante la construcción; o bien, exigir una póliza
de seguro ante sismo, a fin de que las aseguradoras verifiquen
que la edificación cumple con estándares de calidad adecuados.
© Dr. Jorge Ruiz-García
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La primera medida se basa en el comportamiento inadecuado de los
componentes no estructurales, cuya falla no permitió que estructuras
esenciales siguieran en operación después del evento sísmico.
(foto tomada por: G. Pekcan),
(foto tomada por: E. Miranda)(foto tomada por: J. Ruiz-Garcia)
(foto tomada por: G. Mosqueda)© Dr. Jorge Ruiz-García
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Por ello, el uso de dispositivos de control, entre ellos los dispositivos de
amortiguamiento viscoso, representan una opción muy atractiva para lograr
un desempeño adecuado ante eventos extremos.
© Dr. Jorge Ruiz-García
www.taylordevices.com/papers/history/design.htmwww.arquigrafico.com/estructura-sismica-de-la-torre-mayor-mexico