por: MAURER Söhne
Delegación de España
@ Enero, 2004


Introducción
Concepto de APROVECHAMIENTO de la ENERGIA para una protección sísmica óptima
El camino ideal para sistemas de protección
  Descripción técnica de las unidades de transmisión de choque MSTU / MSTL
  MSTL - Unidad de transmisión con limitador de fuerza
  Características generales de los MSTU y MSTL
  Dimensiones y anclaje de los MSTU y MSTL
  Descripción técnica de los amortiguadores sísmicos MHD
  Características de los MHD
  Dimensiones y anclaje de los MHD
  Descripción técnica de los aisladores sísmicos VS
  Dimensiones de los aisladores sísmicos V2S
  Dimensiones de los aisladores sísmicos VE2S
  Información técnica para las juntas de dilatación sísmicas DS y DS-F
  Amortiguadores inteligentes MAURER MID

Introducción

Gracias a lo mejor de la tecnología, las estructuras de cualquier tipo se adaptan a soportar cargas como tráfico, viento, movimientos sísmicos, etc., distribuyendo fuerzas bien proporcionadas sobre toda la estructura siendo reducidos desde el comienzo por la acción de dispositivos de aislación y amortiguación. Dado que no existe un concepto general de protección de estructuras contra los terremotos, MAURER implementa una consultoría sobre la obra en particular y diseña a medida de ella dispositivos mecánicos para adaptar la estructura a un ataque sísmico esperable. Un sistema antisísmico está conformado básicamente por:

Un terremoto es en definitiva un fenómeno energético y las fuerzas que causan tensión sobre la estructura, el efecto final de aquel fenómeno, dañando diversos puntos de la estructura tal como se muestra en la Figura 2.

Para evitar esto se usan los sistemas de protección antisísmicos, manejados a través del concepto de DISTRIBUCION de ENERGIA, que se basa en distribuir las fuerzas sísmicas en tantos lugares como sea posible, aunque sin dispositivos de trasmisión de choque (MST), no será suficiente para proteger la estructura. Por esto en la Figura 3 vemos cómo se utilizan los MST para proteger la estructura en su deformación.

El concepto de DISMINUCION de ENERGIA, se basa en la aplicación simultánea de dos métodos:

  1. Aislación Sísmica: consiste en aislar la cubierta del puente apoyándolo sobre aisladores sísmicos SV.
  2. Disipación de Energía: por medio de la disipación pasiva de energía, el resto de las fuerzas sísmicas que entren a la superestructura son efectivamente disipadas por medio de dispositivos de amortiguación de la tensión.

El concepto de DISMINUCION de ENERGIA es muy ventajoso y el más efectivo para el diseño de estructuras muy económicas y con grandes márgenes de seguridad. Ver Figura 4.

Concepto de APROVECHAMIENTO de la ENERGIA para una protección sísmica óptima

Ante un sismo, sin un sistema de protección, grandes cantidades de energía ingresan a la superestructura muy concentradas en los puntos fijos. Por medio de unidades de trasmisión de choque y aunque la energía entrante es aún de la misma magnitud, es distribuida a diferentes puntos dentro de toda la estructura en cantidades equivalentes. Por la implementación de aislación sísmica adicional, menos energía entra a la estructura y la cantidad de energía entrante es efectivamente disminuida. Un concepto muy utilizado en la aislación de los motores para vehículos.

El concepto de Aprovechamiento de la Energía reduce efectivamente la energía entrante a la estructura por medio del envío a tierra del movimiento a través de los cimientos.

La cantidad de energía estructructuralmente almacenada (Es) ha de ser lo más baja posible para evitar daños. Por lo tanto el valor de la energía disipada (Ed) debe ser grande. La parte de energía Eh que compone la energía disipada Ed, debido a la deformación plástica de la estructura tiene que ser mantenida baja, ya que esta forma de disipación de energía causa fatiga estructural y grietas.

El camino ideal para sistemas de protección sísmica

Los sistemas de protección sísmica MAURER aseguran completa serviciabilidad después que un terremoto y daños a la estructura han sido evitados. Por lo tanto la estructura está nuevamente lista para un nuevo servicio contra posibles nuevos movimientos, ya que no son necesarios trabajos de reacondicionamiento, lo que lo hace al sistema de protección sísmica, la opción más económica.

De acuerdo al requerimiento los componentes del sistema pueden fabricarse bajo normas EURO NORM, AASHTO, BRITISH STANDARD, DIN o cualquier otro estándar. MAURER ofrece el más completo asesoramiento sobre los componentes del sistema, así como los principios de la estructura.

  • Máxima protección sísmica con grandes márgenes de seguridad
  • Mucho más económico que otros métodos, como el "Strengthening"
  • No sufre daños estructurales debido a su diseño preparado para terremotos y tráfico
  • No son necesarios cambios en la estructura por la adopción de un sistema de protección sísmica
  • Los componentes son fácilmente instalables
  • Aprobado para pruebas y servicio para muchos años

DESCRIPCION TECNICA DE LAS UNIDADES DE TRANSMISION DE CHOQUE MSTU / MSTL

Los MSTU son dispositivos hidráulicos para interconectar rígidamente partes estructurales en caso de repentinos desplazamientos debidos a terremotos, tráfico, vientos, etc. En la literatura técnica muchos nombres son usados para este tipo de dispositivos, como Lock-Up Device (LUD), Rigid Connection Device (RCD), Seismic Connectors Buffers o similares, pero ninguno de ellos reacciona de manera siimilar.

Desplazamientos muy pequeños debidos a cambios de temperatura y contracciones causan una pequeña fuerza de respuesta dentro del MSTU, donde el fluído fluye de un extremo del pistón al otro dentro del cilindro hidráulico.

Ante un terremoto o frenado brusco de vehículos, con el resultado de velocidades de desplazamiento relativamente grandes entre la superestructura y la subestructura, el MSTU reacciona con incremento intensivo de su fuerza de respuesta. El dispositivo bloquea cualquier desplazamiento entre las partes estructurales interconectadas. El fluído sintético no es capaz de ir de un lado del pistón al otro a esa gran velocidad de desplazamiento.

MSTL - UNIDAD DE TRANSMISION CON LIMITADOR DE FUERZA

Comparado con el la unidad de trasmisión de choque "normal", con una teóricamente ilimitada fuerza de bloqueo en caso de un ingreso infinito de energía inesperada, el MSTL con limitador de fuerza reacciona con una fuerza límite de respuesta máxima. Esta Fuerza normalmente es definita levemente por encima de la fuerza de bloqueo nominal o puede ser elegida individualmente.

En caso que la fuerza máxima de respuesta nominal sea excedida por un inesperado comportamiento estructural sísmico demasiado grande o una energía sísmica demasiado grande, un dispositivo de control inteligente habilita el desplazamiento del MSTL. La fuerza de respuesta es mantenida constante por el control inteligente mientras que la velocidad de desplazamiento se da en cualquier parte.

El limitador de fuerza da al diseñador la confianza y seguridad que la fuerza de respuesta máxima de la unidad de trasmisión de choque está bien definida, independientemente de la cantidad de energía de impacto. Esto trae la ventaja de que la estructura puede ser calculada exactamente para una fuerza de respuesta definida, sin tener que diseñar con mayores márgenes de seguridad (y mayor costo), .

Comparado con el MSTU, el MSTL con limitador de fuerza salva los sobrecostos estructurales y da mucho mayor margen de seguridad a la estructura sin incrementar los costos.

CARACTERISCAS GENERALES DE LOS MSTU Y MSTL

  • Durante las condiciones de servicio los dispositivos no están pretensionados y el fluído no está bajo presión significativa
  • La compensación automática de volumen del fluido debido a cambios de temperatura es alcanzada sin incrementos de presión dentro de los dispositivos
  • No son necesarios trabajos de mantenimiento
  • Los dispositivos no son proclives a pérdidas de fluido ya que usan anillos selladores usados para Caterpìllars, industria automotor, etc.
  • Muy baja elasticidad de entre el 2 y el 5%, dependiendo del requerimiento.
  • Rango de temperaturas: de -40 ºC a 70 ºC
  • Pequeñas dimensiones y fácil instalación
  • Dependiendo del requerimiento son instalados en los extremos del dispositivo, ganchos esféricos para acomodarse a las tolerancias de la instalación

DIMENSIONES Y ANCLAJE DE LOS MSTU Y MSTL

Movimiento máximo ( +/- mm )

Fuerza

50

100

150

200

250

300

400

axial

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

(kN)

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

50

110

690

110

970

110

1250

110

1530

110

1810

110

2000

110

2550

100

120

720

120

1000

120

1280

120

1560

120

1840

120

2030

120

2580

20v

180

760

180

1040

180

1320

180

1600

180

1880

180

2070

180

2620

500

195

790

195

1070

195

1350

195

1630

195

1910

195

2100

195

2650

750

215

805

215

1085

215

1365

215

1645

215

1925

215

2115

215

2665

1000

235

825

235

1105

235

1385

235

1665

235

1945

235

2135

235

2685

1250

280

890

280

1170

280

1450

280

1730

280

2010

280

2200

280

2750

1500

295

990

295

1270

295

1550

295

1830

295

2110

295

2300

295

2750

1750

325

1045

325

1325

325

1605

325

1885

325

2165

325

2295

325

2805

2000

365

1210

365

1490

365

1770

365

2030

365

2330

365

2400

365

2870

2500

405

1320

405

1600

405

1880

405

2140

405

2400

405

2540

405

2980

3000

455

1440

455

1680

455

2000

455

2260

455

2400

455

2660

455

3100

4000

505

1555

505

1795

505

2115

505

2375

505

2555

505

2775

505

3215

5000

540

1840

540

2080

540

2400

540

2660

540

2840

540

3060

540

3500

6000

590

2090

590

2330

590

2650

590

2910

590

3090

590

3310

590

3750

DESCRIPCION TECNICA DE LOS AMORTIGUADORES SISMICOS MHD

Los amortiguadores hidráulicos MAURER - MHD son dispositivos que permiten desplazamientos por cambios térmicos, contracciones, etc. Durante su condición de servicio sin crear fuerzas de respuesta significativas, pero disipando grandes cantidades de energía durante entradas de nergía sísmica y la energía es convertida en calor.

Cuando suceden inesperadas aceleraciones entre sectores estructurales unidos, debido a energía sísmica, frenados del tráfico, vientos, etc., induciendo velocidades de desplazamiento en el rango de 0,1 mm/s a 1 mm/s, el MHD se bloquea y comporta rígidamente.

Después de exceder una entrada de energía definida el MHD es forzado a sobrepasar la fuerza de respuesta máxima definida FN durante un modelo de carga sísmica, un mecanismo de control inteligente habilita un desplazamiento relativo entre las partes interconectadas pero todavía con una fuerza de respuesta constante FL que es insignificativamente mayor que FN. La muy especial cualidad es que ahora FN es independiente de las velocidades de desplazamiento. Durante esos desplazamientos el control inteligente pilotea muy exactamente el traspaso del fluído de un lado a otro del cilindro, para mantener constante la fuerza de respuesta.

CARACTERISTICAS DE LOS MHD

  • Bajo condición de servicio los dispositivos no están pretensionados y el fluido no está bajo presión significativa
  • La fuerza máxima de respuesta es bien definida por un cierto límite. No ocurren daños estructurales en caso que el terremoto sea mayor de lo esperado y el ingeniero de diseño puede fácilmente calcular la fuerza de respuesta constante máxima, independientemente de lka velocidad, pero aún con la seguridad de lograr los máximos factores de seguridad estructural posible.
  • Extremadamente eficiente
  • La máxima fuerza de respuesta es dada por el MHD dentro de décimas de segundos, minimizando los desplazamientos estructurales.
  • Para cargas de tráfico y frenado y aceleración el MHD trabaja como una unidad de trasmisión de choque.
  • La compensación automática de volumen del fluido debido a cambios de temperatura es alcanzada sin incrementos de presión dentro de los dispositivos.
  • No son necesarios trabajos de mantenimiento
  • Los dispositivos no son proclives a pérdidas de fluido ya que usan anillos selladores usados para Caterpìllars, industria automotor, etc.
  • Muy baja elasticidad de entre el 2 y el 5%, dependiendo del requerimiento
  • Rango de temperaturas: de -40 ºC a 70 ºC
  • Pequeñas dimensiones y fácil instalación
  • Dependiendo del requerimiento son instalados en los extremos del dispositivo, ganchos esféricos para acomodarse a las tolerancias de la instalación.

DIMENSIONES Y ANCLAJE DE LOS MHD

Fuerza

50

100

150

200

250

300

400

axial

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

D

L

(kN)

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

50

110

740

110

1020

110

1300

110

1580

110

1860

110

2050

110

2600

100

120

770

120

1050

120

1330

120

1610

120

1890

120

2080

120

2630

200

180

810

180

1090

180

1370

180

1650

180

1930

180

2120

180

2670

500

195

850

195

1130

195

1410

195

1690

195

1970

195

2160

195

2710

750

215

865

215

1145

215

1425

215

1705

215

1985

215

2175

215

2725

1000

235

885

235

1165

235

1445

235

1725

235

2005

235

2195

235

2745

1250

280

960

280

1240

280

1520

280

1800

280

2080

280

2270

280

2820

1500

295

1060

295

1340

295

1620

295

1900

295

2180

295

2370

295

2820

1750

325

1125

325

1405

325

1685

325

1965

325

2245

325

2375

325

2885

2000

365

1290

365

1570

365

1850

365

2110

365

2410

365

2480

365

2950

2500

405

1410

405

1690

405

1970

405

2230

405

2490

405

2630

405

3070

3000

455

1530

455

1770

455

2090

455

2350

455

2490

455

2750

455

3190

4000

505

1645

505

1885

505

2205

505

2465

505

2645

505

2865

505

3305

5000

540

1940

540

2180

540

2500

540

2760

540

2940

540

3160

540

3600

6000

590

2190

590

2430

590

2750

590

3010

590

3190

590

3410

590

3850

Las dimensiones arriba mencionadas puede ser variadas en el diseño final de acuerdo a los dispositivos requeridos detallados. Los dispositivos pueden además ser despachados con el sistema de anclaje completo como anclajes de tensión y soportes de anclajes. El diseño de los anclajes será luego adaptado a los deseos del diseñador.
  El aislamiento símico combinado con la disipación de energía por amortiguadores representa hoy la herramienta más efectiva en manos de los ingenieros diseñadores de puentes en áreas sísmicas para limitar a los valores deseados tanto desplazamientos relativos así como fuerzas entre elementos adyacentes de la estructura.

DESCRIPCION TECNICA DE LOS AISLADORES SISMICOS VS

Los aisladores sísmicos MAURER cumplen
con las siguientes características:

  1. Aislamiento vertical respecto de la tierra en movimiento
  2. Trasmisión vertical de carga
  3. Adaptación automática a los desplazamientos y rotaciones de la superestructura respeto de la subestructura
  4. Capacidad de re-centrado para restaurar la superestructura durante y después de un sismo para evitar peligrosos acumulamientos de desplazamiento en una única dirección
  5. El material interior de caucho consiste en un caucho natural de muy alta calidad para el mejor comportamiento sísmico. La cubierta exterior de la goma está hecha de una goma de cloropreno (marcada en verde en los dibujos), para unas muy buenas características de envejecimiento.
Principalmente son usados dos tipos de aisladores sísmicos VS:
  1. V2S: de deformación multidireccional
  2. VE2S: de deformación lateral y deslizamiento longitudinal.

Como alternativa a los aisladores sísmicos de goma, pueden usarse apoyos de desplazamiento multidireccional esféricos o POT. Estos apoyos son preferidos para muy altas cargas, (>21000 kN) o para países con temperaturas inferiores a los -30ºC en la mayor parte del año.

Dado que no es practicable un 100 % de aislamiento sísmico y la energía finalmente inducida sobre la estructura aún causa desplazamientos en la cubierta, se usan amortiguadores que aseguran una disipación muy significativa de la energía, disminuyéndolas en forma muy importante respecto de los sistemas que usan el concepto de "strengthening".

DIMENSIONES DE LOS AISLADORES SISMICOS V2S

Carga
de Servicio

Máximos desplazamientos laterales y longitudinales ( en servicio / en sismo) (+/- mm)

Máxima

D

s

H

D

s

H

D

s

H

D

s

H

kN

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

600

350

35/68

145

350

41/98

165

350

45/108

180

350

46/120

190

900

400

35/68

145

400

41/98

165

400

45/108

180

400

46/120

190

1200

450

40/82

150

450

52/113

185

450

57/132

200

450

64/165

230

2400

550

40/82

150

550

52/113

185

550

57/132

200

550

64/165

230

3600

650

46/98

180

650

70/150

225

650

84/198

270

650

94/248

320

4200

700

53/113

185

700

74/158

230

700

91/202

270

700

112/285

360

5800

800

53/150

185

800

74/158

230

800

91/202

270

800

112/285

350

6600

850

53/150

185

850

74/158

230

850

91/202

270

850

147/378

350

7500

900

63/180

200

900

88/189

250

900

129/297

340

900

147/378

410

8500

950

63/180

200

950

88/189

250

950

129/297

340

950

147/378

410

9500

1000

63/180

200

1000

88/189

260

1000

129/297

350

1000

147/378

420

14000

1300

63/180

200

1300

88/189

260

1300

129/297

350

1300

147/378

420

17000

1400

63/180

200

1400

88/189

260

1400

129/297

350

1400

147/378

420

Las dimensiones arriba mencionadas puede ser variadas en el diseño final de acuerdo a los dispositivos requeridos detallados.
Los dispositivos pueden además ser despachados con el sistema de anclaje completo como anclajes de tensión y soportes de anclajes. El diseño de los anclajes será luego adaptado a los deseos del diseñador.
  Bajo requerimiento, estamos habilitados a enviar cualquier tipo de aislador individualmente adaptado a los requerimientos de tensión.

Dependiendo de los componentes de la goma también podemos realizar amortiguaciones con características especiales. El tamaño máximo para la almohadilla de goma es de 1200 x 1200 mm.

Existen aisladores cuadrados y rectangulares.

DIMENSIONES DE LOS AISLADORES SISMICOS VE2S

Carga
de Servicio

Máximos desplazamientos laterales  ( en servicio / en sismo) (+/- mm)

Máxima

W

s

H

W

s

H

W

s

H

W

s

H

kN

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

( mm )

600

350

35/68

175

350

41/98

200

350

45/108

215

350

46/120

225

900

400

35/68

175

400

41/98

200

400

45/108

215

400

46/120

225

1200

450

40/82

190

450

52/113

220

450

57/132

235

450

64/165

265

2400

550

40/82

190

550

52/113

220

550

57/132

235

550

64/165

265

3600

650

46/98

220

650

70/150

265

650

84/198

310

650

94/248

370

4200

700

53/113

230

700

74/158

270

700

91/202

310

700

112/285

410

5800

800

53/150

230

800

74/158

270

800

91/202

320

800

112/285

410

6600

850

53/150

230

850

74/158

270

850

91/202

320

850

147/378

410

7500

900

63/180

260

900

88/189

300

900

129/297

400

900

147/378

470

8500

950

63/180

270

950

88/189

310

950

129/297

400

950

147/378

480

9500

1000

63/180

270

1000

88/189

330

1000

129/297

415

1000

147/378

500

14000

1300

63/180

280

1300

88/189

330

1300

129/297

415

1300

147/378

500

17000

1400

63/180

280

1400

88/189

330

1400

129/297

415

1400

147/378

500

Las dimensiones arriba mencionadas puede ser variadas en el diseño final de acuerdo a los dispositivos requeridos detallados.
Los dispositivos pueden además ser despachados con el sistema de anclaje completo como anclajes de tensión y soportes de anclajes. El diseño de los anclajes será luego adaptado a los deseos del diseñador.
 

Bajo requerimiento, enviar cualquier tipo de aislador individualmente adaptado a los requerimientos de tensión.

Dependiendo de los componentes de la goma también podemos realizar amortiguaciones con características especiales.

INFORMACION TECNICA PARA LAS JUNTAS DE DILATACION SISMICAS DS Y DS-F

Hay dos posibilidade para diseñar las juntas de dilatación MAURER:

  1. DS: La junta es diseñada para servicio de desplazamiento y adicionalmente puede acomodarse a los desplazamientos sísmicos. La junta no sufre daños y puede transitarse inmediatamente después del sismo. Modelo DS.
  2. DS-F: La junta DS-F puede acomodarse a los desplazamientos de servicio y a los desplazamientos de apertura sísmica. Los desplazamientos de plegamiento sísmico no son enteramente acomodados. Por lo tanto MAURER desarrollo una junta especial del tipo DS-F llamado FUSE BOX. Cuando todas las aberturas entre los perfiles se cierran, las juntas están tratando de cerrarlos más aún y el FUSE BOX permite hacerlo de una forma controlada: un borde de la junta es empujado por sobre la abertura de la junta. Como las barras de soporte son guiadas por apoyos elastoméricos, la junta mantiene un comportamiento flexible y no es dañada sobre esa operación. Después del terremoto la junta puede ser transitada por los vehículos de emergencia sin problema. Para volver las juntas nuevamente a la posición de servicio, solo es necesario un trabajo menor en las soldaduras de las costuras del FUSE BOX.

En cualquiera de sus dos modelos, estas juntas encadenadas constituyen la mejor alternativa en juntas sísmicas disponibles.

Las juntas sísmicas de dilatación...

  • Tienen capacidad de desplazamiento lateral y longitudinal
  • Tienen capacidad de rotación sobre el eje vertical del puente
  • Dan Velocidades de desplazamiento sísmico tan rápidas como 500 mm/s y hasta 1600 mm/s, bajo pedido.
  • Garantizan el reestablecimiento del tráfico después de un sismo.
  • Brindan protección de la estructura contra daños debido a un desplazamiento sísmico de plegamiento.
  • Evitan el colapso de las juntas debido a un desplazamiento sísmico de apertura o dilatación.
  • Son de fácil y rápida instalación

AMORTIGUADORES INTELIGENTES MAURER MID

Son usados en la limitación del desplazamiento y de la disipación de energía en edificios, puentes u otras estructuras en áreas sísmicas. Asimismo, máquinas que vibran o cualquier otro dispositivo amortiguado puede ser fijado con los MID.

Su principio de funcionamiento se basa en efectos magnéticos: un campo magnético dentro del pistón incide sobre la viscosidad de un fluido especialmente desarrollado. Dependiendo de la magnitud de los campos magnéticos las fuerzas de respuesta pueden ser incrementadas hasta 10 veces. LA corriente eléctrica que necesita el dispositivo puede ser suministrada por una batería de coche o un panel solar. Las máximas fuerzas de respuesta de este dispositivo pueden variar en un rango que va desde los 2 kN a los 5.000 kN.

VENTAJAS DE LOS MID
  • Puede obtenerse una muy buena definición de la fuerza de respuesta evitando sobrecargar la estructura, independientemente de la excitación sísmica.
  • La fuerza de respuesta puede ser adaptada a la magnitud de sismo y disipar la cantidad de energía sísmica mientras la estructura esté cargada.
  • La fuerza de respuesta puede ser óptimamente ajustada a varios orígenes como cantidad de tráfico, frenados, aceleraciones, viento, terremotos, etc.
  • Fuerzas de respuesta extremadamente bajas para muy bajas velocidades debido a grietas, cambios de temperaturas, etc

Este documento ha sido elaborado íntegramente por:

MAURER SÖHNE Delegación ESPAÑA
Fax: 96 186 20 41
Tel: 62 783 53 48
E-mail: ksa@maurer-espana.com
WEB: www.maurer-espana.com