SISTEMA PARA DISIPAR LA ENERGIA SISMICA EN LAS CONSTRUCCIONES.
Sistema para disipar la energía sísmica en las construcciones formado por dos o más perfiles,
tubos o chapas dispuestos con sus ejes en paralelo (1, 2), y conectados mediante uno o más elementos disipadores de energía (3) dispuestos de forma que sus ejes son perpendiculares a los ejes de los perfiles, tubos o chapas. Los elementos disipadores de energía pueden ser perfiles, preferentemente de sección transversal en I o H, que se hacen trabajar de forma muy distinta a la usual cuando se emplean en estructuras sismorresistentes: sometiendo el alma del perfil de sección transversal en I o H a deformaciones plásticas de flexión en un plano perpendicular al plano del alma, manteniendo las alas en régimen elástico. Bajo solicitaciones axiles, la invención disipa energía de forma estable sin pandear
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901074.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE GRANADA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: GRANADA.
Inventor/es: BENAVENT CLIMENT,AMADEO.
Fecha de Solicitud: 17 de Abril de 2009.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 19 de Agosto de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- E04B1/98 CONSTRUCCIONES FIJAS. › E04 EDIFICIOS. › E04B ESTRUCTURA GENERAL DE LOS EDIFICIOS; MUROS, p. ej. TABIQUES; TEJADOS; TECHOS; SUELOS; AISLAMIENTO Y OTRAS PROTECCIONES DE LOS EDIFICIOS (estructuras de marcos para vanos de puertas, ventanas o similares E06B 1/00). › E04B 1/00 Construcciones en general; Estructuras que no se limitan a los muros, p. ej. tabiques, pisos, techos, ni tejados (andamiajes, encofrados E04G; estructuras adaptadas únicamente a edificios para usos particulares, proyecto general de los edificios, p. ej. coordinación modular E04H; elementos particulares de los edificios, ver los grupos correspondientes a estos elementos). › contra las vibraciones o los choques (para las cimentaciones E02D 31/08 ); contra las destrucciones mecánicas, p. ej. por los ataques aéreos (contra incendios únicamente E04B 1/94; trabajos de acabado con este fin E04F; edificios resistentes a los seísmos o similares, arreglos o abrigos de los muros contra astillamiento E04H 9/00).
- E04H9/02 E04 […] › E04H EDIFICIOS O CONSTRUCCIONES SIMILARES PARA EMPLEOS PARTICULARES; PISCINAS PARA NADAR O PARA CHAPOTEAR; MASTILES; BARRERAS; TIENDAS O REFUGIOS PROVISIONALES, EN GENERAL (cimentaciones E02D). › E04H 9/00 Edificios, grupos de edificios o refugios concebidos para resistir situaciones exteriores anormales, p. ej. bombardeos, seísmos, climatologías extremas o para protegerse de estas situaciones (construcciones flotantes B63B; aspectos de las cimentaciones E02D; construcción de edificios en general E04B; apoyos o cualquiera otros soportes que permitan el movimiento E04B 1/36; detalles particulares referentes al aislamiento u otras protecciones E04B 1/62; apuntalamiento de edificios o partes de edificios que han llegado a ser peligrosos o dañados E04G 23/04; puertas, ventanas E06B 5/00; acondicionamiento de aire, ventilación F24F; camuflaje F41H 3/00; celdas o habitaciones protegidas contra las radiaciones peligrosas G21F 7/00). › resistentes a los seísmos o al hundimiento del suelo (cimentaciones E02D 27/34).
- F16F15/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16F RESORTES; AMORTIGUADORES; MEDIOS PARA AMORTIGUAR LAS VIBRACIONES. › F16F 15/00 Supresión de las vibraciones en los sistemas (dispositivos de suspensión de los asientos de vehículos B60N 2/50 ); Medios o dispositivos para evitar o reducir las fuerzas de desequilibrio, p. ej. debidas al movimiento (ensayo estático o equilibrado dinámico de máquinas o estructuras G01M 1/00). › Supresión de las vibraciones en los sistemas no rotativos, p. ej. en sistemas alternativos; Supresión de las vibraciones en los sistemas rotativos mediante la utilización de órganos que no se desplazan con el sistema rotativo (productos estratificados B32B; supresión de vibraciones en los buques B63).
Clasificación PCT:
- E04B1/98 E04B 1/00 […] › contra las vibraciones o los choques (para las cimentaciones E02D 31/08 ); contra las destrucciones mecánicas, p. ej. por los ataques aéreos (contra incendios únicamente E04B 1/94; trabajos de acabado con este fin E04F; edificios resistentes a los seísmos o similares, arreglos o abrigos de los muros contra astillamiento E04H 9/00).
- E04H9/02 E04H 9/00 […] › resistentes a los seísmos o al hundimiento del suelo (cimentaciones E02D 27/34).
- F16F15/02 F16F 15/00 […] › Supresión de las vibraciones en los sistemas no rotativos, p. ej. en sistemas alternativos; Supresión de las vibraciones en los sistemas rotativos mediante la utilización de órganos que no se desplazan con el sistema rotativo (productos estratificados B32B; supresión de vibraciones en los buques B63).
Fragmento de la descripción:
Sistema para disipar la energía sísmica en las construcciones.
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo del diseño y construcción de viviendas, edificación no residencial y obras de ingeniería civil, y tiene su máxima aplicación en estructuras de edificios (residenciales o no). La invención es un nuevo dispositivo "disipador de energía" que instalado en la estructura principal de una construcción la protege frente a movimientos sísmicos. Este tipo de dispositivos se engloban dentro de los denominados "sistemas de control pasivo".
Antecedentes de la invención
Cuando una construcción se ve sometida a un terremoto, ésta se mueve y acelera apareciendo fuerzas de inercia que multiplicadas por los desplazamientos equivalen a energía. La cantidad de energía que un terremoto severo introduce en una construcción puede ser muy elevada, y si la construcción no es capaz de disiparla terminará por derrumbarse. Las estructuras sismorresistentes tradicionales se proyectan para que, frente a un terremoto severo, la parte de la energía sísmica que no es absorbida por su mecanismo natural de amortiguamiento, sea disipada de forma estable mediante deformaciones plásticas en los elementos resistentes primarios de la construcción (vigas, pilares). De esta manera se evita la pérdida de vidas humanas. Sin embargo, esta solución tiene el grave inconveniente de que, tras el terremoto, quedan daños importantes en la estructura primaria de la construcción cuya reparación puede ser muy cara obligando incluso a su demolición.
En las últimas décadas se han desarrollado soluciones innovadoras que se conocen en general como "sistemas de control pasivo" y que se basan en instalar en la estructura primaria de la construcción dispositivos especiales llamados "disipadores de energía". Con ello se consigue concentrar los daños en los propios disipadores y proteger a los elementos resistentes primarios, encargados principalmente de soportar las cargas gravitatorias.
El uso de disipadores de energía para aplicaciones sísmicas se ha extendido notablemente en los últimos años y está experimentando un crecimiento exponencial en países de sismicidad media o alta. Se han empleado tanto en construcciones nuevas, como en el reacondicionamiento de construcciones existentes. Los disipadores de energía se pueden clasificar en varios tipos: histeréticos, viscosos o viscoelásticos. El disipador de energía objeto de esta patente pertenece al primer tipo.
Un disipador de energía de tipo histerético tiene dos partes. Una son los "elementos disipadores de energía" propiamente dichos y la otra parte es la "estructura secundaria auxiliar" que sirve para conectar los "elementos disipadores de energía" a la estructura resistente primaria de la construcción. Los "elementos disipadores de energía" consisten en piezas, normalmente de acero, que deforman inelásticamente bajo diferentes cargas y los hay de varios tipos: chapas de acero en forma de X o triangular deformadas a flexión, chapas perforadas de acero deformadas a cortante, barras de sección circular sometidas a flexión o a torsión, barras de acero que se deforman en la dirección axial etc. Las soluciones empleadas más comúnmente como "estructura secundaria auxiliar" son muros de hormigón armado o de acero, o triangulaciones metálicas. En el caso "elementos disipadores de energía" consistentes en barras de acero que deforman plásticamente en la dirección axial, además de la solución de embeberlas en muros de hormigón para que no pandeen a compresión (envolviendo previamente la barra con un material que evite la adherencia acero-hormigón), existe otra consistente en introducir la barra en un tubo hueco de acero y rellenar el espacio entre ambos con hormigón (la barra también debe haber sido envuelta previamente con un material que evite la adherencia acero-hormigón). Esta segunda solución se conoce como "barras con pandeo restringido", y permite instalar el disipador de energía en la estructura primaria de la construcción como una barra inclinada convencional.
Los disipadores de energía existentes presentan varios inconvenientes. Las "estructuras secundarias auxiliares" que precisan (muros de hormigón, de acero o triangulaciones metálicas): (a) incrementan notablemente el peso de la estructura y por lo tanto de las fuerzas de inercia generadas por el terremoto; (b) reducen la diafanidad de los espacios, dificultan o impiden la apertura de huecos y restringen la flexibilidad en el diseño de la construcción; y (c) son caras. En el caso de las "barras con pandeo restringido", los inconvenientes (a) y (b) son poco o nada importantes ya que la estructura auxiliar es relativamente sencilla (un simple tubo de acero relleno de hormigón), y se instalan como simples barras inclinadas ocupando por ello poco espacio. Siguen siendo sin embargo una solución cara por el material especial con el que hay que envolver la barra para evitar su adherencia con el hormigón. A este inconveniente económico se une otro más importante que es la imposibilidad de inspeccionar el estado de la barra de acero que constituye el "elemento disipador de energía" ya que está embebida en hormigón. Tras un terremoto, esto obliga a tener que sustituir necesariamente el disipador de energía completo (es decir, la barra de acero que constituye el "elemento disipador de energía" y la "estructura secundaria auxiliar" (formada por el tubo y el relleno de hormigón). Esto es antieconómico y poco "sostenible" ya que normalmente los disipadores de energía tienen una capacidad muy elevada y podrían soportar varios terremotos.
Objeto de la invención
La invención se refiere a un disipador de energía sísmica para una estructura resistente primaria de una construcción, es decir, el conjunto de vigas, columnas, losas o bases que forman parte de la estructura de la construcción.
El nuevo disipador propuesto en este documento minimiza o elimina los inconvenientes que presentan los disipadores conocidos. Por una parte, emplea una "estructura secundaria auxiliar" sencilla con un peso relativamente pequeño. Por otra parte, se instala en la construcción como si se tratase de una barra inclinada convencional de las usadas para dar rigidez lateral a las estructuras porticadas formadas por vigas y pilares. Este tipo de "estructura secundaria auxiliar" ocupa poco espacio y permite ser incorporada de forma flexible en el diseño de la construcción. Además, los "elementos disipadores de energía" son piezas pequeñas que quedan parcial o completamente visibles, pueden ser fácilmente desmontadas e inspeccionadas, y se pueden sustituir sin necesidad de cambiar la "estructura secundaria auxiliar". A ello se une la ventaja económica de poder emplear como "elementos disipadores de energía" trozos de perfiles comerciales de sección transversal en forma de I o H de escasa longitud, que no requieren ningún tratamiento previo (recubrimientos etc.) más allá del mecanizado (taladros etc.) para unirlos a la "estructura secundaria auxiliar".
Descripción de las figuras
Figura 1.- Muestra una sección longitudinal de la versión básica del disipador de la invención. Dicha sección está realizada por un plano paralelo al eje del disipador, conteniendo dicho plano paredes de los elementos (1 y 2) que forman la estructura secundaria auxiliar y la sección transversal completa de los elementos disipadores de energía (3). También se muestra el elemento (4) de fijación del disipador a la estructura resistente primaria de la construcción.
Figura 2.- Muestra una sección longitudinal de la versión básica del disipador de la invención después de plastificar. Dicha sección está realizada por un plano paralelo al eje del disipador, conteniendo dicho plano paredes de los elementos (1 y 2) que forman la estructura secundaria auxiliar y la sección transversal completa de los elementos disipadores de energía (3) tras la plastificación. También se muestra el elemento (4) de fijación del disipador a la estructura resistente primaria de la construcción.
Figura 3.- Muestra una sección transversal de la versión básica del disipador de la invención. Dicha sección está realizada por un plano perpendicular al eje del disipador, conteniendo dicho plano las secciones transversales completas de los elementos (1 y 2) que forman la estructura secundaria auxiliar y las alas de uno de los elementos disipadores de energía (3). También se representa (4) el elemento de fijación del disipador con la estructura resistente primaria de la construcción.
Figura 4.- Muestra una sección longitudinal...
Reivindicaciones:
1. Disipador de energía sísmica para una estructura resistente primaria de una construcción, que comprende:
Caracterizado porque los elementos disipadores de energía (3) tienen una sección en I o H, preferentemente en I, y se colocan de forma que el movimiento sísmico los somete a deformaciones de flexión en un plano perpendicular al plano del alma (26) para propiciar que el alma plastifique y se disipe energía.
2. Disipador de energía sísmica para una estructura resistente primaria de una construcción según reivindicación 1, caracterizado porque la conexión entre la estructura secundaria auxiliar (1 y 2) y los elementos disipadores de energía (3) se realiza mediante engarzado de un mecanizado en cuña de los bordes de las alas y tornillos (Figura 9).
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