AISLADORES LRB-HDRB-LRB

ESPE-2008Universidad de Concepcin.

PeterPeter Dechent A.Dechent A.

DISPOSITIVOS DE APOYO DE GOMA LAMINADA (ELASTOMRICO RB)

Aislador elastomrico (RB: Rubber Bearing): Actualmente el ms difundido.

R.B.: Lminas alternadas de goma y acero de espesor tr y ts respectivamente. Placas de acero en su parte superior e inferior de espesor tp mayor que el de las lminas internas. Todas ellas unidas entre s por un proceso de vulcanizacin.Razn de utilizar goma: Posee una baja rigidez horizontal, logrando un apoyo flexible.Razn de utilizar placas de acero: Baja rigidez vertical de la goma produce excesivas deformaciones verticales en el apoyo. Para evitar estas grandes deformaciones se introducen placas intermedias de acero, que restringen la expansin lateral del aislador sometido a carga vertical. Aumento significativo de Kv

Principal objetivo de la aislacin basal: Reducir las aceleraciones horizontales de la superestructura.

P.D.A.

Aisladores elastomricos: Generalmente de seccin cuadrada o circular.

Desventaja Aislador cuadrado: Concentracin de deformaciones locales en las esquinas.

Valores significativos de amortiguamiento: Modificacin en la composicin qumica, alcanzando razones de amortiguamiento efectivo que varan entre 12 y 18%.

MATERIALES CONSTITUTIVOS DE LOS ELASTMEROS.LOS CAUCHOS, GOMAS O ELASTMEROS PERTENECEN A UN GRUPO DE

MATERIALES DENOMINADOS POLMEROS. HABILIDAD DE DEFORMARSE ELSTICAMENTE CUANDO HAN SIDO VULCANIZADAS (PROCESO QUE NO

REVISTE MAYOR COMPLEJIDAD).

Las propiedades fsicas tales como elongacin, traccin, mdulo de corte y amortiguamiento pueden ser mejoradas en un amplio rango mediante aditivos, variacin en los tiempos de vulcanizacin, cantidades de reforzante, agentes de proteccin , etc.

Dentro de la variedad de elastmeros, los ms usados son los siguientes:1.- Caucho natural.2.- Natural sinttico o polilsopreno3.- Cloropreno o neopreno.4.- Butilo.5.- Butadieno.

P.D.A.

El caucho natural es el elastmero ms versatil de todos:

Buenas propiedades mecnicas (tensin, elongacin y alta elasticidad)Buena resistencia al desgarro, abrasin y flexin.Agentes dainos: Petroleo, benceno y aceites lubricantes.

Pobre resistencia al ataque del ozono.

Todos estos inconvenientes pueden ser superados agregando aditivos a la mezcla cruda de caucho y con proteccin a nivel de superficie.

Polilsopreno: Tiene una estructura molecular y propiedades similares al caucho natural, sin embargo el proceso de manufactura conduce a una histresis menor que el caucho natural.Cloropreno: Tiene propiedades fsicas similares al caucho natural pero inferiores, esto s, con una mejor resistencia al ataque del ozono y agentes externos.Butilo: Tiene excelente resistencia a la oxidacin, ataque de ozono y agentes externos en general. Es inferior en propiedades fsicas al caucho natural y al mejorarlas mediante aditivos se disminuye su capacidad de histresis a temperatura ambiente.Caucho butadieno: Las propiedades fsicas dependen del contenido de cis, normalmente son buenas pero ligeramente menores al caucho natural. Una caracterstica importante es que tiene muy buena resilencia lo que implica una menor histresis. Se necesita de la incorporacin de aditivos para obtener mejores propiedades de este caucho.

P.D.A.

CARACTERSTICAS DE LA GOMA.

La propiedad de alta elasticidad de la goma proviene de su estructura molecular ms que de su estructura qumica. Pertenecen a la familia de los polmeros que estn compuestos de largas cadenas moleculares flexibles, que al ser vulcanizadas pueden adquirir grandes deformaciones y volver a su posicin original.

Las molculas de la goma o elastmero son largas y capaces de rotar en torno a las uniones de losbordes de las unidades moleculares. Estn unidas por una cantidad de enlaces, constituidos por uniones qumicas o enrejados mecnicos, dependiendo del tipo de elastmero, formando una malla tridimensional. Las molculas pueden moverse fcilmente gracias a que las atracciones moleculares son pequeas.

La goma es utilizada en un amplio rango de actividades desde material para borrar escrituras de lpiz de grafito hasta en obras de ingeniera.

Las propiedades de elongacin, traccin y mdulo de corte de la goma se pueden mejorar por medio de aditivos, los niveles de vulcanizacin, tipo de reforzantes y agentes de proteccin.Otras caractersticas de la goma que se pueden mencionar son su gran capacidad de absorber energa, ser un buen aislante elctrico, tener una alta resistencia a la fatiga, al fuego, a la erosin y a la corrosin, es moldeable y de bajo costo, todo esto en comparacin con otros materiales utilizados en ingeniera.Mdulo de Poisson: Aproximadamente 0,5. Le confiere la propiedad

de incompresibilidad.P.D.A.

Propiedad Tensin DeformacinCaracterstica importante de la goma: No linealidad de la curva Tensin-Deformacin dentro de la regin en que se utiliza. Su comportamiento elstico no se puede definir por medio del mdulo de Young considerado para un comportamiento elstico tpico.

Relacin Temperatura DeformacinPara que los movimientos moleculares ocurran, las atracciones intermoleculares deben ser superadas a travs de la energa producida por la vibracin de los tomos.Cuando la temperatura de la goma desciende, las vibraciones de los tomos son menores, por lo que las atracciones intermoleculares son ms difciles de romper producindose deformaciones ms lentas y de difcil ocurrencia. Si la temperatura es muy baja la energa de vibracin es completamente irregular y no supera la energa de atraccin de las molculas, comportndose la goma como un slido rgido.

Energa de Disipacin y Absorcin.La goma es capaz de disipar gran cantidad de energa en sus ciclos de carga y descarga. La trayectoria de la curva de descarga nunca coincide con la trayectoria de la curva de carga (generacin del ciclo de histresis). Energa disipada que se transforma en calor durante la deformacin del material. Esta energa disipada puede ser aumentada adicionndole a la goma mayor capacidad de amortiguamiento.

P.D.A.

Propiedades Trmicas.La goma tiene la ventaja de ser un mal conductor del calor, otorgndole la propiedad de ser excelente aislante del calor.El coeficiente de expansin de la goma es mayor que el del metal. Esta caracterstica debe ser tomada en cuenta en el diseo de la matriz que se utilizar como molde para la vulcanizacin. La variacin de tamao que experimenta la goma produce que la unidad vulcanizada final tenga dimensiones de un 2,5% menor que las del molde.

Deterioro Producido por Agentes Externos.La goma, por ser un elemento orgnico, sufre grandes cambios con el paso del tiempo y es afectada por los agentes externos del ambiente. La principal causa del envejecimiento de la goma, es la presencia de oxigeno que produce el efecto de oxidacin, siendo este mayor si adems existe luz, altas temperaturas o indicios de elementos tales como el cobre o el manganeso.Las consecuencias de la oxidacin de la goma son la prdida de la capacidad de elongacin, prdida de tensin y otras propiedades mecnicas de la goma. El efecto de la luz slo se observa en la superficie de la goma como tambin el que produce la presencia de ozono en el ambiente. El ozono produce agrietamiento en la superficie de la goma aumentando la cantidad de superficie expuesta a los agentes externos, por ello es el efecto ms serio y preocupante.

OTROS AGENTE EXTERNO QUE AFECTAN A LA GOMAEL FUEGO: LOS AISLADORES SE DEBEN PROTEGER PARA EVITAR QUE ESTN

EXPUESTOS A UN POSIBLE FUEGO.Roedores: Pueden destruir la capa de goma de proteccin de stos como lo hacen con cables de electricidad, mangueras, etc.

P.D.A.

Principales Aditivos de la gomaReforzantesLa cantidad y tipo de reforzante o carga son usados para controlar la extensibilidad de la mezcla de goma. Un tipo de reforzante o carga es el llamado Negro de Humo (o carbn negro), que es el ms utilizado en los compuestos de goma. El tamao de sus partculas va de 20 m a 50 m. El negro de humo se clasifica segn el mtodo de manufactura (alto horno o procesos trmicos), el tamao de las partculas y su estructura (juntas de unin de partculas en cadenas cortas o grupos). La cantidad de este reforzante que contiene un compuesto de goma es de un 25 a 50% y se expresa en partes por cien de goma en peso. La variacin de la cantidad de negro de humo modifica las propiedades fsicas de la goma, aunque estas propiedades no son optimizadas nicamente por una determinada cantidad de este, sino que dependen adems de otros componentes.Negro de humo: Aumenta la disipacin de energa histretica en una cantidad que depende del tipo y porcentaje de este en el compuesto. Contribuye a la rigidez de la goma.Es uno de los principales aditivos para el diseo de la goma de Alto Amortiguamiento que se utiliza en los aisladores.Plastificante o Aceite.Los plastificantes o aceites son utilizados como diluyentes para mejorar el proceso de mezclado y para ajustar el amortiguamiento dentro de un rango limitado. Por su propiedad plastificante (entrega mayor poder de deformacin a la goma), se utiliza gran cantidad de aceite en las mezclas para aumentar las reas de histresis y la calidad de mezclado. El aceite se utiliza tambin para regular el aumento de la rigidez de la goma que se produce en el proceso de vulcanizacin a causa de la gran cantidad de negro de humo que posee la mezcla. El aumento en la cantidad de aceite produce conductas bajo tensin mas bien viscosas. El tipo y cantidad de aceite causa tambin sensibilidad a los cambios de temperatura. P.D.A.

Plastificantes: Son derivados del petrleo y existen de tres tipos: Parafnico, Naftnicos y Aromticos. Los aromticos se dividen en dos grupos: los aromticos, propiamente tal, y los altamente aromticos.Antes de utilizar un aceite en la goma se debe tener en cuenta que este tiene que ser compatible con el caucho base de la mezcla. Los aceites parafnicos y naftnicos son compatibles con el caucho butilo; el aromtico con el caucho natural y el butadieno; y el altamente aromtico con el neopreno.

Aditivos ProtectoresComo ya se seal, las gomas estn expuestas a agentes externos que la deterioran, tales como el oxgeno, la luz y el que ms la afecta producindole grietas, el ozono. Para evitar o retardar este efecto existen una serie de aditivos antioxidantes y antiozonantes que se incorporan a la mezcla para retardar o evitar este tipo de efectos. Estos aditivos pueden actuar debido a sus propiedades qumicas o formando una capa protectora en la superficie de la goma.

P.D.A.

DISEO DE AISLADORES DE GOMA LAMINADA.

Teoras en que s Basa el Diseo de un Aislador de Goma Laminada:Teora lineal: Considera que el comportamiento de la goma est en un rango donde el mdulo de

corte es aproximadamente constante. Esta consideracin se debe a que los desplazamientos que se producen debido a sismos severos son grandes, es decir mayor al 50% de la deformacin de la goma.

Caractersticas requeridas, para que los aisladores desarrollen un comportamiento efectivo:

1. Soportar el peso propio y sobrecargas de la estructura con un factor de seguridad adecuado.

2. Otorgar a la estructura una frecuencia natural de vibracin horizontal sustancialmente menor que las frecuencias predominantes de los sismos, que probablemente los afecten durante su vida til.

3. Tener una rigidez vertical alta para evitar la amplificacin vertical o el balanceo de la estructura.

4. Proveer de un adecuado amortiguamiento para obtener una reduccin en la respuesta en caso de que las frecuencias del sismo y la fundamental de la estructura se acerquen.

5. Ser capaces de soportar las deformaciones de corte que le sern provocadas por un sismo de gran magnitud.

P.D.A.

6. Mantener su estabilidad vertical bajo movimientos ssmicos severos.

7. El sistema aislante debe tener la rigidez suficiente frente a cargas de viento y sismos leves como para impedir el balanceo de la estructura.

8. El sistema aislante debe asegurar una vida til a lo menos igual al de la estructura o proveer dealgn sistema que posibilite el recambio de los aisladores.

9. La efectividad del sistema aislante no debe estar limitada a la ocurrencia de un sismo grande, es decir, el sistema debe ser efectivo durante el sismo y despus de l, para soportar las probables rplicas.

10. El sistema aislante deber permanecer efectivo a travs de un rango normal de condiciones climticas y ambientales, es decir su efectividad no debe ser influenciada por cambios de temperatura.

Propiedades ms importantes en el diseo de los aisladores basales ssmicos:

Rigidez horizontal , rigidez vertical (Verificar el pandeo y estabilidad lateral del aislador).

P.D.A.

SISTEMAS DE SUJECIN DEL APARATO DE APOYO:Sistema de conexin con pasadores o clavijas.Los aisladores no estn apernados a la fundacin o a la estructura. Descansan sobre los pasadores o clavijas. Este mtodo de sujecin es usado para proteger a los aisladores del esfuerzo excesivo que se produce en las esquinas de estos. Bajo un sismo severo es posible que la estructura aislada ruede sobre las clavijas o pasadores, es decir, ocurra un volcamiento de los aisladores, debido a esto es aconsejable el incorporar cojinetes en la fundacin sobre el cual la estructura descansaren tales casos. Debido a sus limitaciones se espera un pronto discontinuo en su uso.Sistema de conexin con pernos o fijos.Estos sistemas incorporan un par de placas de acero en la base y tope del aislador (alas), los cuales estn apernados a la fundacin y estructura respectivamente. En estos sistemas de sujecin se limita la posibilidad de que el aislador tenga problemas de volcamiento y los esfuerzos excesivos sobre estos son distribuidos de manera uniforme en todo el aislador.Se ha podido observar, en algunas investigaciones realizadas, que el roll-out o volcamiento del aislador no se produce en aisladores con conexin apernada a pesar de la gran deformacin provocada a la pieza de ensayo. Por lo tanto, el volcamiento no sera la principal causa de falla en este tipo de conexin para el caso extremo, no as para aisladores que usen el sistema de clavijas.

Conexin tipo clavijas.

Conexin tipo apernada

P.D.A.

Rigidez Horizontal

La rigidez horizontal de un aislador es la que le permite a la estructura comportarse en forma rgida o flexible, por lo que viene a ser la propiedad principal de diseo.

La ecuacin que caracteriza la rigidez horizontal de un aislador de goma es:

Donde:G = Mdulo de corte de la goma utilizada.As = rea de corte del aislador , es decir, rea de la lmina de goma.tr = Espesor total de la suma de las n lminas de goma que tiene un

espesor individual de t , es decir nt.

Aislador de goma laminada

r

sh t

GAK =

P.D.A.

05

101520253035

0 50 100 150

Deformacin [ % ]

M

d

u

l

o

d

e

C

o

r

t

e

[

K

g

/

c

m

]

Mdulo de corte en funcin del porcentaje de deformacin. Determinacin experimental.

P.D.A.

Rigidez Vertical

Frecuencia de vibracin vertical de una estructura aislada: Depende de la rigidez vertical de los aisladores utilizados.Aplicacin de la teora de vigas:

r

cv t

AEK =

Donde :A: es el rea de las placas de acero de refuerzo del aisladorEc : corresponde al mdulo de compresin efectivo del aisladortr : es el espesor total de las placas de goma.

Mdulo de compresin del elastmero: Existen proposiciones de diferentes autores como Gent y Lindley; J Kelly; y Rocard . Todas estas expresiones dependen de un factor de forma S, que se define para la lmina de goma como la razn entre el rea cargada y el rea total libre de carga:

carga de libre reacargada rea

=S

P.D.A.

Factor de forma S:

El factor de forma es una razn adimensional que mide el tamao relativo de una lmina de goma. Altos valores del factor de forma corresponden a una lmina de goma delgada, lo que produce alta rigidez vertical en el aislador, y valores bajos corresponde a lminas ms gruesas de goma dando un aislador con rigidez vertical baja. La frmula obtenida para Ec es limitada a factores de forma menores que 10.

El valor de S es el correspondiente a un aislador circular, es decir,

Donde D es el dimetro del aislador y t es el espesor total de goma.

Mdulo de compresin segn norma chilena NCh2745:

carga de libre reacargada rea

=S

t4DS =

+=

KSGE efc 34

611

2

P.D.A.

Estabilidad Lateral y Carga de PandeoSismo Severo Desplazamientos importantesEfectos que condicionan el Diseo: Carga axial de pandeo y la estabilidad lateral.Para el anlisis de estos efectos se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:Los edificios aislados en la base requieren que se utilice un gran nmero de unidades de aisladores. Para minimizar el diseo y el costo de manufactura, slo unos pocos tipos de aisladores se fabrican. Las dimensiones de los aisladores dependen de las cargas verticales, en consecuencia, cada diseo se debe realizar para un amplio rango de cargas axiales.Para casos de sismos de gran magnitud el momento volcante del edificio causa cambios significativos en la carga axial que recibe cada aislador. Por lo general cuando las cargas axiales estticas que actan en los aisladores son pequeas, el momento volcante, puede incrementarlas en forma considerable.Segn las experiencias realizadas a los aisladores de goma laminada, se ha observado que la carga axial (compresin) sobre los aisladores aumenta la capacidad de disipacin de energa por ciclo.

Bajo la combinacin de corte y compresin se puede producir pandeo por flexin. Al considerar este efecto, la expresin dada para la rigidez horizontal del aislador

no es exacta. El pandeo causa inclinaciones de las placas internas, haciendo que las caras de los elementos individuales no sean paralelas, lo que cambia el comportamiento de las lminas de goma.

r

sh t

GAK =

P.D.A.

Columna de Haringx que simula un aislador ssmico con cargas en su extremo:

Esta teora es esencialmente una modificacin de la teora lineal de una columna elstica que incluye la deformacin por corte. Se supone una columna de longitud L sujeta a una carga de compresin P. La columna est empotrada en su extremo inferior, es decir, sin desplazamiento ni giro de la seccin. Se aplica una fuerza horizontal F en su extremo superior, que est liberado en su desplazamiento horizontal pero restringido en su giro. Esto simula las condiciones de borde que tiene un aislador (ver figura).

Pandeo en el aislador:La carga que produce el pandeo en el aislador (Pcrit) est dada por:

+= 1

PP41

2PP

21

SES

crit

2eff

2E

L)EI(P pi= ( ) IE

31EI Ceff =Con PS = GAs

Factor de Seguridad al Pandeo:max

critPPFS = Pmax : Carga vertical mxima del aislador durante su vida til.P.D.A.

Volcamiento del aislador (Roll- out)Debido al gran desplazamiento que sufre un aislador frente a un sismo severo, se puede producir el volcamiento o Roll-Out del mismo, a menos que se encuentre anclado.Para poder definir el valor de la deformacin mxima que puede alcanzar el aislador antes de volcarse, se considera una situacin de volcamiento inminente:

Ecuacin de equilibrio:

donde H: altura total del aislador (incluyendo placas externas)F: fuerza de corte = Kh * b: dimetro del aislador: desplazamiento horizontal del aislador.

De donde crit se define como el desplazamiento lmite del aislador, que se puede expresar de la siguiente manera:

( )= bPHFDe la ecuacin de equilibrio resulta:

HKPPb

h+=

r

Scrit

PtHGA1

b

+=

El Factor de Seguridad al Volcamiento se puede evaluar de la siguiente manera:

Donde max es el desplazamiento mximo al que puede ser expuesto el aislador durante su vida til

FS critmax

=

P.D.A.

Deformacin de cizalle (corte) mximaEn el diseo, la deformacin mxima de cizalle queda determinada por la elongacin mxima del elastmero a travs del siguiente criterio:

de la elongacin mxima del elastmero

Donde:comp = 6 S c

comp : deformacin mxima de corte inducida en una lmina de elastmero por una carga de compresin.

: deformacin de corte mxima directa debido al desplazamiento de diseo.

: deformacin de compresin mxima.

: desplazamiento por compresin mximo.

Esto nos indica, que por efecto de la carga axial, existe un aumento sustancial en la deformacin de corte cclica impuesta, y por consiguiente el elastmero o goma se deformar dentro de la regin para la cual el comportamiento del material es no-lineal. La carga axial sobre el aislador tiene el efecto de comprimir la unin elastmero-reforzante, lo que en resumen causa una amplificacin de la deformacin y aumenta la no-linealidad de la deformacin del material.

max 12 max comp corte= +

r

cortecorte t

=

r

compc t

=

vcomp K

P=

P.D.A.

Procedimiento de diseo del aislador de goma laminada circular:

Antes de realizar el diseo de un aislador se deben determinar las cargas bajo las cuales estaractuando durante su vida til. Esto se realiza a travs de un anlisis previo de la estructura aislada, con su modelacin correspondiente y bajo las cargas tanto de servicio (peso propio y sobrecarga) como ssmicas.

Los datos que se requieren para realizar el diseo son los siguientes:

1. Nmero de aisladores que se usarn en el sistema de Aislacin Basal: N2. Peso total de la estructura: W Este peso considera el peso propio del edificio ms un 25%

de la sobrecarga.3. Rigidez horizontal inicial de los aisladores. Es la rigidez que se requiere para que el sistema

de aislacin (aislacin y superestructura) alcance un perodo de vibracin entre 2 y 3.5 segundos (Usual 2 seg., perodo recomendado): Khi [kg/cm].

4. Cargas mxima bajo la cual estar actuando el aislador durante su vida til: Pmax [Kg]5. Carga mnima bajo la cual estar actuando el aislador durante su vida til: Pmin [Kg]

(Tanto la carga mxima como la mnima de diseo para los aisladores, pueden definirse cada ciertos rangos a modo de limitar la cantidad de tipos diferentes de aisladores a disear, esto es para minimizar los costos de manufactura).

P.D.A.

6. Desplazamiento mximo dmax [cm]. Es el desplazamiento mximo obtenido a travs del anlisis ssmico de la estructura aislada en el extremo superior de los aisladores.

7. Mdulo de corte obtenido para un 50% de deformacin G50[Kg/cm2]

8. Deformacin de cizalle mxima [%]. Se considera como deformacin mxima de cizalle el250% de la altura del aislador.

9. Espesor de las placas internas de acero ts [cm]

10. Espesor de las placas extremas de acero text [cm]

11. Espesor del recubrimiento de goma del aislador. rec [cm]

El proceso de diseo consiste en un mtodo iterativo donde se va cambiando el dimetro exterior del aislador y se van eligiendo los valores de los parmetros tanto aquellos referidos al espesor de la goma como cantidad de capas de sta, de modo de ir satisfaciendo las restricciones y factores de seguridad.

P.D.A.

DISPOSITIVOS DE APOYO DE GOMA LAMINADA CON NCLEO DE PLOMO (LRB)Apoyos de goma laminada de alto amortiguamiento (=20% - 40%): Aislador elastomrico con ncleo de plomo (LRB: Lead Rubber Bearing). Esencialmente similar al aislador elastomricoconvencional, con la diferencia que en su centro se le introduce un ncleo de plomo, el cual queda confinado por las lminas de goma y de acero. Debido a la incorporacin de este ncleo de plomo en el aislador elastomrico se logra aumentar significativamente el amortiguamiento, logrando con lo anterior reducir los desplazamientos horizontales de la estructura aislada y adems proporcionar una fuente adicional de disipacin de energa en el sistema estructural.

P.D.A.

La caracterstica del aislador elastomrico con ncleo de plomo es que combina en una unidad, el elemento flexible y el disipador de energa, haciendo que el ncleo se deforme plsticamente en corte por las placas de acero. Por lo tanto, el ncleo trabaja como un amortiguador de histresis interno y adems cumple la funcin de dar mayor rigidez para deformaciones pequeas (producidas por el viento u otras solicitaciones menores).

Algunas de las razones del porqu se escogi el plomo en el sistema de apoyo son:

En corte el plomo tiene baja tensin de fluencia (~10Mpa) y se comporta como un slido elastoplstico con muy poco endurecimiento post-fluencia. Adems posee una alta rigidez de corte inicial. La temperatura cuando el plomo es deformado plsticamente es alta, pero las propiedades mecnicas del plomo estn siendo continuamente restauradas por un proceso interrelacionado de recuperacin, recristalizacin y crecimiento granular que ocurren simultneamente. Es fcilmente disponible en un 99.9% de pureza para los requerimientos de propiedades mecnicas. Tiene la capacidad de disipar energa proporcionalmente al desplazamiento plstico.Posee buenas propiedades de fatiga para ciclos plsticos. Por ejemplo,el resultado de una serie de tests dinmicos de un apoyo de 650 mm dedimetro con un ncleo de plomo inserto de 140 mm de dimetro se muestran en la Figura siguiente. En esta figura se muestra el efecto de 24ciclos de histresis realizados.

P.D.A.

Para lograr un buen funcionamiento mecnico del ncleo de plomo en el aislador, se requiere un buen ajuste entre ste y las placas intermedias de acero. Esto se logra haciendo que el volumen del plomo sea ligeramente mayor que el volumen del orificio donde se colocar, lo que produce una extrusin del plomo en las capas de goma. Adems tambin es importante que el corazn de plomo se encuentre bien confinado por las placas intermedias de acero y las placas superior e inferior para garantizar su fluencia uniforme. Tpicamente, las dimensiones del dimetro del ncleo de plomo d en aisladores son tales que satisfacen B/6 < d < B/3, donde B es la dimensin caracterstica del aislador en planta.

Una buena aproximacin de la fuerza total de corte del apoyo elastomrico con ncleo de plomo (LRB), esta dado por: F (LRB) = F (goma) + F (plomo)

Ciclo de Histresis para (a) la goma, (b) el plomo, (c) para el apoyo LRB.

Este tipo de aislador posee una relacin constitutiva fuerza-deformacin esencialmente bilinealdebido a que la goma, la cual adopta un comportamiento lineal, trabaja en paralelo con el plomo que tiene un comportamiento elasto-plstico.

P.D.A.

Constitutiva simplificada en un aislador elastomrico con ncleo de plomo.

dd KQF +=

Kd es la rigidez post-fluencia del aislador, y Ku la rigidez de corte inicial, las que son expresadas de la siguiente forma:

r

rr

l

llu H

AGH

AGK +=

r

rr

d HAGK =

Definicin Gl, Gr = mdulo de corte del plomo y de la goma, respectivamente.Al, Ar = Area de corte del plomo y de la goma, respectivamente.Hl = Altura total del ncleo de plomo.Hr = Suma de la altura de todas las capas de goma, en que

hr es el espesor de cada capa de goma.

Los parmetros anteriores se visualizan en figura superior.

=

n

irh

1

Para el anlisis simplificado se pueden definir parmetros para rigideces y amortiguamientos efectivos.

P.D.A.

Paso 1: Eleccin del perodo aislado (Tb) para la

superestructura

Paso 2: Calcular la rigidez post fluencia (K2)

Paso 3: Calcular la carga de fluencia (Fy) entre 5% y 8% del peso sobre aislador. Con ello se

obtiene el area de plomo (Al).

Paso 4: Estimar valor de deformacin (Uo). Calcular rigidez

efectiva, Perodo efectivo y amortiguamiento efectivo

Paso 5: Calcular el desplazamiento (Sd) segn el espectro de diseo de la norma

NCh 433 of 96. Reducir ese desplazamiento con el coeficiente de Housner para obtener

el desplazamiento (Uo).

Paso 6: Iterar hasta lograr

convergencia del desplazamiento

Paso 7: Elegir un dimetro de la goma. Obtener la

altura de la goma.

Paso 8: Disear capas intermedias de acero. Calcular

rigidez pre-fluencia K1.

Paso 9: Realizar verificacin de pandeo y del volcamiento.

Paso 10: Si uno de los factores de seguridad no se cumplen. Hay que cambiar

el diametro de la goma.

Paso 11: Verificar el diseo con registros ssmicos con constitutiva completa. Si hay diferencia volver

al paso 4

Diseo Finalizado

DISEO DE LOS SISTEMAS DE

AISLACIN LRB

P.D.A.

Muchas Gracias