Control de la respuesta ssmica de edificios

Control de la respuesta ssmica de edificiosManuel E. Ruiz Sandoval Hernndez1ContenidoLa importancia del control estructuralCmo se logra?Qu tipos hay?Cul es el mejor?Centralizado Vs DecentralizadoEjemploConclusiones2La importancia del control estructuralJohn Hancock Tower

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John Hancock TowerUn gran monolito.

Diseado en los aos 70s

4John Hancock TowerProblemas inicialesCada de ventanasVientos mayores a 72 km/hr

5John Hancock TowerEfectos de torsin en la estructura

Mareos en su ocupantes.Movimientos de cobra

6John Hancock TowerError en el diseo.Ante condiciones inusuales de viento la estructura entrara en resonancia hasta llevarla al suelo.

7John Hancock TowerSolucin:Rigidizar la estructura.Aumento de 1500 toneladas de acero en diagonales

8John Hancock TowerInclusin de una masa de amortiguamiento (Tune mass damper)

9John Hancock Tower

10Cul es el propsito del control estructural?Si una estructura tiene movimientos no deseados, una de las posibles soluciones es incrementar su rigidez.Esto se logra a travs de aumentar las secciones estructurales.11Cul es el propsito del control estructural?Reduccin de movimiento en la estructuraDesplazamientoVelocidadAceleracin12Podemos reducir las tres?No. El reducir desplazamiento o velocidad se puede incrementar la aceleracin.

Si una estructura se rigidiza casi no tiene desplazamientos relativos.

13Cmo se logra?Existen principalmente 2 formas

Pasiva

Activa

14Control PasivoComo su nombre lo indica, slo esta presente en la estructura y no acta a menos de que se requerido.Es parte inherente de la estructura15Control PasivoEstructura + Control PasivoExcitacinRespuesta16Tipos de controles pasivosAislamiento de baseLa cimentacin es la culpable de la ocurrencia de dao sobre la estructura.Esto se evita tratando de aislar el edificio del contacto con el suelo17Aislamiento de base

18Aislamiento de base

19Aislamiento de base

20Aislamiento de base

21Aislamiento de base

22Aisladores de base

23Disipadores de energaReduccin de fuerzas en elementos estructurales (fuerzas cortantes, momentos flexionantes, fuerzas axiales) cuando otros elementos (disipadores) se deforman y disipan energa24Disipadores de energa

25Adas26

Tadas27

Disipadores histerticos metlicos28

Disipadores de energa

29Disipadores de energa

30Tune Mass Dampers

Mass damper32

Tune Mass Dampers

33Taipei 101

34Tune Mass Damper

35Tune Mass Damper

36Millenium bridge37

Puente Millennium

38Tacoma Narrow

39Control ActivoEstructuraExcitacinRespuestaControl+40Control ActivoEste control es externo a la estructuraPuede aplicar fuerzas, aun si la estructura no tiene ningn movimientoEste control es el ms efectivoTambin, es el ms peligroso41Control Activo

42Sistemas activos

296 m43Sistemas ActivosIIIIIIIV44Otros tipos de controlAdicionalmente al control pasivo, activo y semiactivo existen otra formas novedosas de control.Si se piensa fuera de la caja, el control puede ejercerse entre dos estructuras.Es esto posible?45Plaza Tritn

46Plaza Tritn

47Edificios acoplados

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Estudios analticos49Sistemas semiactivosEstos sistemas son una mezcla entre activos y semiactivosVentajas: Requieren muy poca energaNo pueden desestabilizar la estructuraDesventajasNo pueden ejercer control en los cuatrantes II y IV

50Sistemas semiactivosIIIIIIIV51Sistemas semiactivos

52Algoritmos de controlCuando se trata de sistemas activos y semiactivos, se debe proponer la cantidad de energa necesaria para poder reducir desplazamientos y velocidades en funcin de la excitacin de entrada.53Algoritmos de controlAlgunos de estos algoritmos son sencillos.ON/OFF (bang/bang)Equilibrio entre oferta y demandaLQR (Linear Quadratic Regulator)

54ON/OFFComo su nombre lo indica, slo enciende y apaga el sistema de control en el momento que se requiere, sin tener puntos intermedios.Cuando se quiere tener puntos intermedios se trata de un sistema de lgica difusa (Fuzzy Logic)55Sistemas LQREstos sistemas obedecen a la siguiente ecuacin

Lo que se quiere controlarLo que se invierte para controlarlo56Comparacin entre sistemas Activo y PasivoDebido a que el sistema activo tiene la potencialidad de ejercer fuerza en cualquier instante en el movimiento de la estructura, tiene el mejor desempeo sobre cualquier otro mtodo de control57Edificio de estudio

Shizuoka Building 58Edificio de estudio

Shizuoka Building 59Comparacin entre Activo y Pasivo

60Comparacin entre Activo y Semiactivo

61Control Centralizado Vs. DecentralizadoCuando la estructura es muy alta, el conectar el sistema de control de todos los dispositivos a una computadora central se vuelve muy costoso.

DeviceDeviceDeviceDeviceDeviceSensorSensorSensorSensorSensorData acquisition system62DecentralizacinUna opcin para resolver este problema es la decentralizacin del sistema de control.Esto se interpreta como la atomizacin del problema, es decir el problema central se convierte en subproblemas.63Cul es la mejor decentralizacin?DeviceDeviceDeviceDeviceDeviceSensorSensorSensorSensorSensorData acquisition systemDeviceDeviceDeviceDeviceDeviceSensorSensorSensorSensorSensorData acquisition systemData acquisition systemDeviceDeviceDeviceDeviceDeviceSensorSensorSensorSensorSensor64DecentralizacinPara resolver un problema, mientras mayor informacin se tenga, ser posible encontrar la mejor solucin.La decentralizacin disminuye la cantidad de informacin disponible, y por lo tanto la eficiencia en la solucin del problema

65Comparacin Activo Centralizado Vs. Decentralizado

66ConclusionesLos sistemas de control son tiles para disminuir las demandas ssmicas y de viento a las que esta sujeta una estructuraLos mejores sistemas de control son los activos; sin embargo, consumen mucha energa y pueden desestabilizar el sistemaLos sistemas de control semiactivo requieren menor energa para su operacin; sin embargo, no son tan eficientes como los sistemas activo, pero son mejor que los pasivos.67Gracias por su atencin68