sábado, 11 de julio de 2009
viernes, 10 de julio de 2009
SISTEMAS DE PROTECCION ESTRUCTURAL
Sistemas de Protección Estructural
Propósito. Tipos de sistemas de protección.
Propósito
En esta sección se revisan los sistemas de protección adaptados a las estructuras para mitigar el daño de fuerzas ambientales adversas como los sismos, los vientos y las mareas. Se entienden como dispositivos que se agregan a las estructuras para desarrollar el efecto mitigante aludido.
Para una mejor comprensión de estos sistemas, se revisan los conceptos básicos sobre teoría de vibraciones aplicables a estructuras.[1]
Tipos de sistemas de protección
Se identifican tres tipos de estos sistemas: de aislamiento sísmico, de disipación pasiva de energía, y controles activos. Se describen sus efectos y se listan los más conocidos.
De aislamiento sísmico
Estos dispositivos son colocados en la base o cimentación de la estructura. Se distinguen los siguientes:
· Soportes con elastómeros.
· Soportes de plomo y caucho.
· Soportes con elastómeros con dispositivos disipadores de energía.
· Péndulo de fricción deslizante.
· Soportes deslizantes planos con dispositivos de restauración de fuerzas.
· Soportes deslizantes lubricados con dispositivos de disipación de energía.
La flexibilidad y capacidad de absorción de estos dispositivos les permite absorber y reflejar parcialmente la energía del sismo antes de su transmisión a la estructura. Con ello se reduce la demanda de disipación de la energía en la estructura aumentando su tiempo de vida útil.
De disipación pasiva de energía
Los dispositivos de este tipo son usados tanto para solicitaciones sísmicas como para cargas de vientos. Introducen el concepto de disipación de energía asociado al de amortiguación suplementaria. Se incorporan a las estructuras con la finalidad de absorber o consumir una porción de la energía de ingreso. Se trata de los siguientes.
· Amortiguadores metálicos.
· Amortiguadores de fricción.
· Amortiguadores visco-elásticos.
· Amortiguadores viscosos.
· Amortiguadores de masa calibrados.
· Amortiguadores líquidos calibrados.
Estos dispositivos reducen la demanda de disipación de energía en los principales componentes de la estructura y minimizan los posibles daños estructurales.
De controles activos
Se dispone de un área de protección estructural y de un suministro externo de energía. El movimiento de la estructura es controlado o modificado por la acción de sistemas de control. Se distinguen los siguientes.
· Sistema activo de abrazaderas.
· Amortiguadores activos de masa.
· Sistema activo de amortiguación rigidez variable.
· Sistemas de pulso.
· Apéndices aerodinámicos.
--------------------------------------------------------------------------------
[1] Referencia principal: International Centre for Mechanical Sciences. Passive and Active Structural Vibration Control in Civil Engineering. Springer – Verlag. Wien – New York, 1994.
Elementos de vibraciones. Caso de excitaciones armónicas. Casos de amortiguación estructural. Control óptimo. Riesgos no estructurales.
Propósito. Tipos de sistemas de protección.
Propósito
En esta sección se revisan los sistemas de protección adaptados a las estructuras para mitigar el daño de fuerzas ambientales adversas como los sismos, los vientos y las mareas. Se entienden como dispositivos que se agregan a las estructuras para desarrollar el efecto mitigante aludido.
Para una mejor comprensión de estos sistemas, se revisan los conceptos básicos sobre teoría de vibraciones aplicables a estructuras.[1]
Tipos de sistemas de protección
Se identifican tres tipos de estos sistemas: de aislamiento sísmico, de disipación pasiva de energía, y controles activos. Se describen sus efectos y se listan los más conocidos.
De aislamiento sísmico
Estos dispositivos son colocados en la base o cimentación de la estructura. Se distinguen los siguientes:
· Soportes con elastómeros.
· Soportes de plomo y caucho.
· Soportes con elastómeros con dispositivos disipadores de energía.
· Péndulo de fricción deslizante.
· Soportes deslizantes planos con dispositivos de restauración de fuerzas.
· Soportes deslizantes lubricados con dispositivos de disipación de energía.
La flexibilidad y capacidad de absorción de estos dispositivos les permite absorber y reflejar parcialmente la energía del sismo antes de su transmisión a la estructura. Con ello se reduce la demanda de disipación de la energía en la estructura aumentando su tiempo de vida útil.
De disipación pasiva de energía
Los dispositivos de este tipo son usados tanto para solicitaciones sísmicas como para cargas de vientos. Introducen el concepto de disipación de energía asociado al de amortiguación suplementaria. Se incorporan a las estructuras con la finalidad de absorber o consumir una porción de la energía de ingreso. Se trata de los siguientes.
· Amortiguadores metálicos.
· Amortiguadores de fricción.
· Amortiguadores visco-elásticos.
· Amortiguadores viscosos.
· Amortiguadores de masa calibrados.
· Amortiguadores líquidos calibrados.
Estos dispositivos reducen la demanda de disipación de energía en los principales componentes de la estructura y minimizan los posibles daños estructurales.
De controles activos
Se dispone de un área de protección estructural y de un suministro externo de energía. El movimiento de la estructura es controlado o modificado por la acción de sistemas de control. Se distinguen los siguientes.
· Sistema activo de abrazaderas.
· Amortiguadores activos de masa.
· Sistema activo de amortiguación rigidez variable.
· Sistemas de pulso.
· Apéndices aerodinámicos.
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[1] Referencia principal: International Centre for Mechanical Sciences. Passive and Active Structural Vibration Control in Civil Engineering. Springer – Verlag. Wien – New York, 1994.
Elementos de vibraciones. Caso de excitaciones armónicas. Casos de amortiguación estructural. Control óptimo. Riesgos no estructurales.
POLIMEROS REFORZADOS CON FIBRA
Polímeros reforzados con fibra
Conceptos
Los polímeros; esto es, compuestos de monómeros, son agregados moleculares, que suelen reconocerse como plásticos, precisamente por su capacidad de deformarse. Los arreglos pueden ser lineales, ramificados o entrelazados, lo cual les da una gran versatilidad en su forma. También tienen capacidad de aceptar aditivos que le incorporan diferentes posibilidades, como pigmentación, resistencia a degradaciones y a la intemperie, mayor flexibilidad. En algunos casos, como el teflón, puede soportar una temperatura de 300° C.
La materia prima de mayor uso proviene de derivados de petróleo. La polimerización del monómero se realiza en una fase gaseosa o líquida, en procesos de condensación o adición. Se agregan los aditivos o refuerzos. La forma final obedece a varios métodos de moldeado. Generalmente las altas temperaturas del proceso demandan de precauciones para evitar explosiones.
El uso de los plásticos es amplio. En el caso de la construcción el más conocido es en tuberías y depósitos de líquidos (debido a su alta densidad que impide el pase de los gases). Sin embargo, un empleo relativamente reciente es en láminas de polímeros reforzadas con fibras, de vidrio, de carbón y aún de acero. Incluso, las fibras pueden ser pre-esforzadas. También se dispone de barras o cables de estos polímeros, los cuales pueden utilizarse para reforzar elementos de concreto en reemplazo de las varillas de acero.
Características
Desde los años 90, los polímeros reforzados con fibra (FRP por sus siglas en inglés: fiber reinforced polymers) se utilizan para fortalecer o reparar estructuras (adecuándolas a nuevas cargas o rehabilitándolas ante algún daño). Respecto a la alternativa de emplear láminas de acero, estos polímeros tienen las siguientes ventajas:
En la relación resistencia/peso.
En rigidez/peso.
En resistencia a la corrosión.
En la facilidad y costos de instalación.
Experiencias con FRP. Otras experiencias. Elementos reforzados con FRP
Conceptos
Los polímeros; esto es, compuestos de monómeros, son agregados moleculares, que suelen reconocerse como plásticos, precisamente por su capacidad de deformarse. Los arreglos pueden ser lineales, ramificados o entrelazados, lo cual les da una gran versatilidad en su forma. También tienen capacidad de aceptar aditivos que le incorporan diferentes posibilidades, como pigmentación, resistencia a degradaciones y a la intemperie, mayor flexibilidad. En algunos casos, como el teflón, puede soportar una temperatura de 300° C.
La materia prima de mayor uso proviene de derivados de petróleo. La polimerización del monómero se realiza en una fase gaseosa o líquida, en procesos de condensación o adición. Se agregan los aditivos o refuerzos. La forma final obedece a varios métodos de moldeado. Generalmente las altas temperaturas del proceso demandan de precauciones para evitar explosiones.
El uso de los plásticos es amplio. En el caso de la construcción el más conocido es en tuberías y depósitos de líquidos (debido a su alta densidad que impide el pase de los gases). Sin embargo, un empleo relativamente reciente es en láminas de polímeros reforzadas con fibras, de vidrio, de carbón y aún de acero. Incluso, las fibras pueden ser pre-esforzadas. También se dispone de barras o cables de estos polímeros, los cuales pueden utilizarse para reforzar elementos de concreto en reemplazo de las varillas de acero.
Características
Desde los años 90, los polímeros reforzados con fibra (FRP por sus siglas en inglés: fiber reinforced polymers) se utilizan para fortalecer o reparar estructuras (adecuándolas a nuevas cargas o rehabilitándolas ante algún daño). Respecto a la alternativa de emplear láminas de acero, estos polímeros tienen las siguientes ventajas:
En la relación resistencia/peso.
En rigidez/peso.
En resistencia a la corrosión.
En la facilidad y costos de instalación.
Experiencias con FRP. Otras experiencias. Elementos reforzados con FRP
LAS ESTRUCTURAS INTELIGENTES
Las estructuras inteligentes
Conceptos.
Definiciones
Las estructuras
Por estructuras entendemos un arreglo o ensamble de elementos que cumplen un propósito determinado. En Ingeniería Civil, estas estructuras son variadas (edificaciones de oficinas o viviendas, hospitales, escuelas, presas, puentes, carreteras). Igualmente, en otras ingenierías existen diversos tipos de estructuras.
Las estructuras inteligentes
El tratamiento tradicional del diseño de estructuras es el de dimensiones de los elementos, el cual responde a conjunto de cargas o solicitaciones estáticas o dinámicas, con el correspondiente factor de seguridad, y al material o materiales empleados. Situaciones de carga imprevista, o comportamiento inadecuadamente estudiados, pueden conducir a deterioros que demandan de un mantenimiento directo (o reemplazo) por parte de los responsables de esta función. La estructura y sus elementos, actúan como materiales inertes sin respuesta directa ante tales situaciones.
¿Qué se espera de una estructura inteligente?. Tanto en el diseño, la construcción, el mantenimiento y la reparación, se espera lo siguiente:
· Para cada parte de la estructura, la habilidad de auto-diagnosticarse, reparar, recuperar, reportar y aprender.
· Que pueda detectar situaciones indeseables, relacionadas con fuentes diversas como temperatura, sobrecargas, vibraciones.
· Que las diagnostique, identificando la naturaleza y extensión del problema.
· Que las corrija, con la actuación apropiada. En forma pasiva, o en forma activa.
· Que reporte y acumule información para aprender ante situaciones similares en el futuro.
· Para la estructura en su totalidad
· Que mantenga su integridad y seguridad.
· Que mantenga su funcionalidad y eficiencia.
En inglés se les identifica como smart structures. En castellano se suelen denominar estructuras inteligentes. En estricto sentido, se pretende un comportamiento hábil (que no es lo mismo que inteligente), y esta aclaración es importante tener en cuenta, aunque en el futuro se buscará relacionar estas estructuras con la inteligencia artificial.
Como puede entenderse de lo anterior, el diseño de las estructuras tendrá una orientación mucho más completa de lo que es recientemente. Tradicionalmente ha sido suficiente el empleo de las matemáticas y el comportamiento mecánico de materiales. Ahora, se incorporan nuevas formas, materiales sensibles, diseño de dispositivos de control insertos en los elementos estructurales.
Referencia
Srinivasan, A. V. and McFarland, D. M. Smart Structures. Cambridge University Press.United Kingdom, 2001.
Las nuevas soluciones. Materiales piezoeléctricos. Caso de flexión en vigas. Currículo.
Conceptos.
Definiciones
Las estructuras
Por estructuras entendemos un arreglo o ensamble de elementos que cumplen un propósito determinado. En Ingeniería Civil, estas estructuras son variadas (edificaciones de oficinas o viviendas, hospitales, escuelas, presas, puentes, carreteras). Igualmente, en otras ingenierías existen diversos tipos de estructuras.
Las estructuras inteligentes
El tratamiento tradicional del diseño de estructuras es el de dimensiones de los elementos, el cual responde a conjunto de cargas o solicitaciones estáticas o dinámicas, con el correspondiente factor de seguridad, y al material o materiales empleados. Situaciones de carga imprevista, o comportamiento inadecuadamente estudiados, pueden conducir a deterioros que demandan de un mantenimiento directo (o reemplazo) por parte de los responsables de esta función. La estructura y sus elementos, actúan como materiales inertes sin respuesta directa ante tales situaciones.
¿Qué se espera de una estructura inteligente?. Tanto en el diseño, la construcción, el mantenimiento y la reparación, se espera lo siguiente:
· Para cada parte de la estructura, la habilidad de auto-diagnosticarse, reparar, recuperar, reportar y aprender.
· Que pueda detectar situaciones indeseables, relacionadas con fuentes diversas como temperatura, sobrecargas, vibraciones.
· Que las diagnostique, identificando la naturaleza y extensión del problema.
· Que las corrija, con la actuación apropiada. En forma pasiva, o en forma activa.
· Que reporte y acumule información para aprender ante situaciones similares en el futuro.
· Para la estructura en su totalidad
· Que mantenga su integridad y seguridad.
· Que mantenga su funcionalidad y eficiencia.
En inglés se les identifica como smart structures. En castellano se suelen denominar estructuras inteligentes. En estricto sentido, se pretende un comportamiento hábil (que no es lo mismo que inteligente), y esta aclaración es importante tener en cuenta, aunque en el futuro se buscará relacionar estas estructuras con la inteligencia artificial.
Como puede entenderse de lo anterior, el diseño de las estructuras tendrá una orientación mucho más completa de lo que es recientemente. Tradicionalmente ha sido suficiente el empleo de las matemáticas y el comportamiento mecánico de materiales. Ahora, se incorporan nuevas formas, materiales sensibles, diseño de dispositivos de control insertos en los elementos estructurales.
Referencia
Srinivasan, A. V. and McFarland, D. M. Smart Structures. Cambridge University Press.United Kingdom, 2001.
Las nuevas soluciones. Materiales piezoeléctricos. Caso de flexión en vigas. Currículo.
Metodologias de Investigacion Cientifica
Control de desperdicios en la construcción-Gestión en la construcción.
Referencia
Se trata de un trabajo de personal de la Universidad Federal de Río Grande do Sul y de la Universidad Estatal de Londrina, Porto Alegre, Brasil.
Carlos Torres Formoso, Eduardo Luis Isatto and Ercilia Hitomi Hirota. Method for Waste Control in Building Industry. Proceedings Seventh Annual Conference of the International Group for Lean Construction (IGLC-7). Berkeley, California, USA, 26-28 July 1999.
El propósito del método a que se refiere el estudio es establecer procedimientos de control de desperdicios como parte cotidiana de la tarea de gestión. Se usa un sistema de aprendizaje, se enfatiza la transparencia, y se emplean técnicas cualitativas y cuantitativas de recolección de datos. Se ponen en práctica principios del Lean Construction.
El estudio propone una clasificación para el desperdicio basada en mediciones posibles. Se establece un sistema de acopio de datos. Se aplica a tres empresas del Brasil.
Introducción
Los trabajos sobre desperdicios en la construcción han tenido diferentes enfoques. Los hay que enfatizan en el daño ambiental. Otros en el agotamiento de materiales y energía, así como en el uso innecesario de transporte. También hay propuestas para emplear el desperdicio en su origen reduciendo las áreas de disposición final. Igualmente, propuestas para dar cumplimiento a las políticas y regulaciones ambientales. Hay también estudios que proponen medidas preventivas especialmente en la parte de almacenamiento y manipulación de materiales. También hay estudios que enfocan la atención en deficiencias del sistema de gestión. Finalmente, se considera que los desperdicios obedecen a una combinación de causas, y no sólo a un factor aislado.
En Brasil, un estudio conocido está basado en las tareas realizadas en un solo lugar mostrando que se incorporan materiales innecesarios en la construcción. Se han analizado también las principales causas de los desperdicios a partir del seguimiento en cinco diferentes lugares durante un periodo de cinco a seis meses. Un ambicioso programa reciente involucró el trabajo de quince universidades y más de cien construcciones, siguiendo los desperdicios en dieciocho materiales. Los resultados indican:
· Que los costos por desperdicios son mucho más altos que los consignados por las empresas.
· Que los resultados son muy variados, aún en obras aparentemente similares.
· No hay una política de gestión para desperdicios ni control del material usado.
· La carencia de conocimiento es una causa importante. Simplemente, no se conoce lo que se desperdicia.
· La mayoría de las causas están relacionadas con fallas en la gestión, y poco que ver con la calificación y motivación de los trabajadores.
· Una porción importante de desperdicio ocurre por problemas en etapas previas a la construcción, como en el diseño, planeación, suministro de material y otros.
Respecto al sentido de los estudios.
· La mayoría asocia materiales perdidos como sinónimo de desperdicio, sin considerar los otros recursos involucrados.
· La recolección de datos es muy costosa e involucra a personas no familiarizados con tareas de monitoreo, y los procedimientos usados en los estudios no se ajustan a los tiempos reales de control de producción.
· Usualmente el uso de los resultados de los estudios no es posible porque se presentan con posterioridad a la culminación de la obra de referencia.
· El personal del estudio es externo y no involucra a los propios interesados, así el proceso de aprendizaje es limitado.
Este estudio sigue las siguientes líneas: (a) control en ciclos de producción cortos; (b) amplio concepto de desperdicio; (c) involucrar a las empresas en el proceso de aprendizaje.
Comentario.-
Referencia
Se trata de un trabajo de personal de la Universidad Federal de Río Grande do Sul y de la Universidad Estatal de Londrina, Porto Alegre, Brasil.
Carlos Torres Formoso, Eduardo Luis Isatto and Ercilia Hitomi Hirota. Method for Waste Control in Building Industry. Proceedings Seventh Annual Conference of the International Group for Lean Construction (IGLC-7). Berkeley, California, USA, 26-28 July 1999.
El propósito del método a que se refiere el estudio es establecer procedimientos de control de desperdicios como parte cotidiana de la tarea de gestión. Se usa un sistema de aprendizaje, se enfatiza la transparencia, y se emplean técnicas cualitativas y cuantitativas de recolección de datos. Se ponen en práctica principios del Lean Construction.
El estudio propone una clasificación para el desperdicio basada en mediciones posibles. Se establece un sistema de acopio de datos. Se aplica a tres empresas del Brasil.
Introducción
Los trabajos sobre desperdicios en la construcción han tenido diferentes enfoques. Los hay que enfatizan en el daño ambiental. Otros en el agotamiento de materiales y energía, así como en el uso innecesario de transporte. También hay propuestas para emplear el desperdicio en su origen reduciendo las áreas de disposición final. Igualmente, propuestas para dar cumplimiento a las políticas y regulaciones ambientales. Hay también estudios que proponen medidas preventivas especialmente en la parte de almacenamiento y manipulación de materiales. También hay estudios que enfocan la atención en deficiencias del sistema de gestión. Finalmente, se considera que los desperdicios obedecen a una combinación de causas, y no sólo a un factor aislado.
En Brasil, un estudio conocido está basado en las tareas realizadas en un solo lugar mostrando que se incorporan materiales innecesarios en la construcción. Se han analizado también las principales causas de los desperdicios a partir del seguimiento en cinco diferentes lugares durante un periodo de cinco a seis meses. Un ambicioso programa reciente involucró el trabajo de quince universidades y más de cien construcciones, siguiendo los desperdicios en dieciocho materiales. Los resultados indican:
· Que los costos por desperdicios son mucho más altos que los consignados por las empresas.
· Que los resultados son muy variados, aún en obras aparentemente similares.
· No hay una política de gestión para desperdicios ni control del material usado.
· La carencia de conocimiento es una causa importante. Simplemente, no se conoce lo que se desperdicia.
· La mayoría de las causas están relacionadas con fallas en la gestión, y poco que ver con la calificación y motivación de los trabajadores.
· Una porción importante de desperdicio ocurre por problemas en etapas previas a la construcción, como en el diseño, planeación, suministro de material y otros.
Respecto al sentido de los estudios.
· La mayoría asocia materiales perdidos como sinónimo de desperdicio, sin considerar los otros recursos involucrados.
· La recolección de datos es muy costosa e involucra a personas no familiarizados con tareas de monitoreo, y los procedimientos usados en los estudios no se ajustan a los tiempos reales de control de producción.
· Usualmente el uso de los resultados de los estudios no es posible porque se presentan con posterioridad a la culminación de la obra de referencia.
· El personal del estudio es externo y no involucra a los propios interesados, así el proceso de aprendizaje es limitado.
Este estudio sigue las siguientes líneas: (a) control en ciclos de producción cortos; (b) amplio concepto de desperdicio; (c) involucrar a las empresas en el proceso de aprendizaje.
Comentario.-
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