Aislacin elastomrica
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Aislamiento Ssmico
AISLACION ELASTOMERICA
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Aislamiento Ssmico
Aislador elastomrico(Descripcin General)
Dispositivos formados por un conjunto de lminas planas de goma intercaladas por placas planas de acero adheridas a la goma
-
Aislamiento Ssmico
Las lminas de goma, pegadas a las lminas de acero, pueden deformarse en un plano horizontal, permitiendo el desplazamiento horizontal de la estructura relativo al suelo
Las placas de acero restringen la expansin lateral (bajo carga vertical) de la goma
Para aumentar los niveles de amortiguamiento, se puede aadir un corazn de plomo al aislador
Descripcin general
-
Aislamiento Ssmico
Lminas de Goma
La goma es un polmero alto (C5H8)n (n 5000 - 10000 unidades de isopreno)
Requiere de un proceso de vulcanizacin para ser utilizada como material estable (Charles Goodyear, 1839)
La vulcanizacin consiste en masticar la goma, mezclarla con azufre (4%-10%), y calentar la mezcla
Goma Natural
Goma Sinttica (neopreno)
Polmeros de isopreno, cloropreno o butadiedeno)
-
Aislamiento Ssmico
Las propiedades mecnicas de la goma dependen de las condiciones de curado y de los ingredientes utilizados, en general cantidad de azufre, acelerantes, plastificantes, cargas reforzantes(negro de humo), etc.
A mayor cantidad de azufre, mayor resistencia mecnica y menor resistencia trmica
A mayor cantidad de carga reforzante, mayor dureza, resistencia a la abrasin, e histresis
La goma es un material esencialmente incompresible ( = 0.4997), G E/3
Propiedades de la Goma Natural
-
Aislamiento Ssmico
La rigidez secante disminuye durante los primeros ciclos, fenmeno que se conoce como scragging
Para pegar las capas de goma a las placas de acero se utilizan cementos especiales que son propiedad de los fabricantes
Resultados recientes obtenidos por la empresa Bridgestone para un perodo equivalente de 60 aos han demostrado que no existe degradacin significativa de los compuestos de goma utilizados en aisladores
Propiedades de la Goma Natural
-
Aislamiento Ssmico
Valores tpicos de propiedades mecnicas
Constantes fsicas de la goma natural
Goma sin refuerzo Goma con refuerzo AceroIRHD 45 65 100t MN/m2 28 21 420u % 680 420 40E MN/m2 1.9 5.9 210000G MN/m2 0.54 1.37 81000k MN/m2 1000 1200 176000 0.4997 0.4997 0.29Resiliencia % 80 60 100Vs m/s 37 37 5000
-
Aislamiento Ssmico
Proceso de fabricacin Mezclado, masticado Amasado (lmina de espesor deseado) Cortado de capas de goma Cortado de placas de acero Pegado de lminas con cementos especiales Colocacin en molde Curado: presin, temperatura 140C, 4 a 8 horas Extraccin del aislador del molde Aditivos:
Negro de humo: rigidez, resistencia a la abrasin, amortiguamiento, dureza, resistencia qumica
Azufre: agente vulcanizante Cera: proteccin contra ozono, rayos UV, oxidacin Oxido de zinc: acelerador de fraguado Aceites: reducen rigidez, amortiguamiento y resistencia
-
Aislamiento Ssmico
Materia prima: goma natural
-
azufre negro de humo
negro de humo dosificacin
Aislamiento Ssmico
Aditivos
-
Aislamiento Ssmico
Banbury
-
Aislamiento Ssmico
Amasado y premezclado
-
Aislamiento Ssmico
Rodillado
-
Aislamiento Ssmico
Calandras (laminacin)
-
Aislamiento Ssmico
Placas metlicas y pegamento pxico
-
Aislamiento Ssmico
Autoclaves, prensas y moldes
-
Aislamiento Ssmico
Control de calidad de compuesto
-
Aislamiento Ssmico
Tipos de aisladores
Aislador de goma cilndrico
Aislador con ncleo de plomo Aislador de seccin rectangular
-
Aislamiento Ssmico
Perno de anclaje superior
Placa de anclaje inferior
Placa de anclaje superior
Sistema de anclaje
-
Aislamiento Ssmico
ESTUDIO EXPERIMENTAL DE ELASTOMEROS Y AISLADORES
-
Simulador dinmicode 6 gdl
Aislacin ssmica
Sistemas de disipacin de energa
Aislamiento Ssmico
Laboratorio LED-UC
-
Aislamiento Ssmico
Lmina Elastomrica
F
Ensayo de compuestos
-
Prensa Dinmica Universal Instron (2.5 ton) para el desarrollo de compuestos viscoelsticos, elastomricosy sistemas friccionales
N = 2.5 tona = 2 gv = 100 cm/segd = 10 cm;
Aislamiento Ssmico
Ensayo de compuestos
-
Marco de Carga MTS DINAMICO (25 ton) para el desarrollo de compuestos y disipadores de energa.
V = 100 tona = 2.0 gv = 80 cm/segd = 25 cm
Aislamiento Ssmico
Ensayo de compuestos
-
Aislamiento Ssmico
Ensayos de corte (probetas de 100x100mm)
-
Aislamiento Ssmico
-3 -2 -1 0 1 2 3-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=7.0 kg/cm2
=0.057
PROYECTO La Ciguea
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL -
DEFLEXION [-0.6,+0.6] cic., (=0.760)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
CIG-VUL-P0503
Fecha
19-May-2003
Hora
07:51
Figura
03
Probeta de neopreno (=0.75)
-
Aislamiento Ssmico
-3 -2 -1 0 1 2 3-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=7.0 kg/cm2
=0.055
PROYECTO La Ciguea
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL -
DEFLEXION [-1.2,+1.2] cic., (=1.507)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
CIG-VUL-P0505
Fecha
19-May-2003
Hora
07:53
Figura
05
Probeta de neopreno (=1.5)
-
Aislamiento Ssmico
-3 -2 -1 0 1 2 3-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=8.6 kg/cm2
=0.050
PROYECTO La Ciguea
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL -
DEFLEXION [-2.0,+2.0] cic., (=2.504)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
CIG-VUL-P0507
Fecha
19-May-2003
Hora
07:55
Figura
07
Probeta de neopreno (=2.5)
-
Aislamiento Ssmico
-3 -2 -1 0 1 2 3-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=10.2 kg/cm2
=0.041
PROYECTO La Ciguea
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL -
DEFLEXION [-2.8,+2.8] cic., (=3.497)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
CIG-VUL-P0509
Fecha
19-May-2003
Hora
07:59
Figura
09
Probeta de neopreno (=3.5)
-
Aislamiento Ssmico
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.56
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
Deformacin de Corte,
M
d
u
l
o
d
e
C
o
r
t
e
,
G
[
k
g
/
c
m
2
]
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0.035
0.04
0.045
0.05
0.055
0.06
0.065
0.07
0.075
0.08
Deformacin de Corte,
A
m
o
r
t
i
g
u
a
m
i
e
n
t
o
E
q
u
i
v
a
l
e
n
t
e
,
PROYECTO La Ciguea
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL -
DEFLEXION [0.22.8] cm cclico, (=0.263.50)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
CIG-VUL-P0500
Fecha
19-May-2003
Hora
07:59
Figura
10
Propiedades Efectivas (Neopreno)
-
Aislamiento Ssmico
0 0.5 1 1.5
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
Deformacin angular,
A
m
o
r
t
i
g
u
a
m
i
e
n
t
o
6
8
10
12
14
0 0.5 1 1.5Deformacin angular,
M
o
d
u
l
o
d
e
c
o
r
t
e
(a) Aisladores
0 2 4 60.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Deformacin angular, A
m
o
r
t
i
g
u
a
m
i
e
n
t
o
0 2 4 66
8
10
12
14
16
Deformacin angular,
M
o
d
u
l
o
d
e
c
o
r
t
e
(b) Probetas 100x100 mm
Propiedades Efectivas (Goma Natural)
-
Propiedades Efectivas (Goma Natural)
El mdulo de corte de la goma:
2 3 4 5( ) 21.89 41.68 45.05 25.33 7.068 0.7675effG = + + Compuesto H6 de Bridgestone:
2Para 2.0 4.62 kg/cmeffG = =
( )effG
Aislamiento Ssmico
2( ) 13.108 7.4806 2.5501= +effG Compuesto H8 de VULCO:
2Para 2.0 8.35 kg/cm= =effG
-
El amortiguamiento efectivo:
Compuesto H6 de Bridgestone:
Aislamiento Ssmico
Compuesto H8 de VULCO:
2603.1243.12491.085159.0)( 5.0 ++= eeff058.00.2Para == eff
32 002169.0002358.0005391.01669.0)( +=eff15.00.2Para == eff
)(effPropiedades Efectivas (Goma Natural)
-
Ensayo dinmico de aisladores
v, f
fmax = 100 tonvmax = 500 mm
(a) Marco de carga
(c) Ensayo de aisladores
900
600
100
35
2
4
0
2
2
3
6
(b) Seccin de los aisladores
Aislamiento Ssmico
-
V = 100 toneladasN = 700 toneladas
a = 1.5 g; v = 20 cm/seg; d = 50 cm
Aislamiento Ssmico
Ensayo dinmico de aisladores
Marco de Carga MTS Dinmico (100t) para
el desarrollo y ensayo de apoyos
elastomricos y friccionales
Permite el ensayo de dispositivos a escala
natural sometido a solicitaciones ssmicas
en tiempo real
-
Aislamiento Ssmico
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
-30
-20
-10
0
10
20
30
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=11.5 kg/cm2
=0.116
PROYECTO Hospital Militar
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL 200 ton
DEFLEXION [-4.0,+4.1] cic., (=0.254)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
VULCO-SNAGUST-A0501
Fecha
24-Feb-2003
Hora
13:34
Figura
01
Aislador de Goma (=0.25)
-
Aislamiento Ssmico
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
-30
-20
-10
0
10
20
30
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=10.0 kg/cm2
=0.092
PROYECTO Hospital Militar
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL 200 ton
DEFLEXION [-8.1,+8.2] cic., (=0.504)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
VULCO-SNAGUST-A0502
Fecha
24-Feb-2003
Hora
13:36
Figura
02
Aislador de Goma (=0.50)
-
Aislamiento Ssmico
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
-30
-20
-10
0
10
20
30
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=7.8 kg/cm2
=0.085
PROYECTO Hospital Militar
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL 200 ton
DEFLEXION [-16.2,+16.2] cic., (=1.002)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
VULCO-SNAGUST-A0503
Fecha
24-Feb-2003
Hora
13:38
Figura
03
Aislador de Goma (=1.0)
-
Aislamiento Ssmico
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
-30
-20
-10
0
10
20
30
Deformacin [cm]
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
[
t
o
n
]
G=7.2 kg/cm2
=0.077
PROYECTO Hospital Militar
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL 200 ton
DEFLEXION [-24.2,+24.4] cic., (=1.504)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
VULCO-SNAGUST-A0504
Fecha
24-Feb-2003
Hora
13:39
Figura
04
Aislador de Goma (=1.5)
-
Aislamiento Ssmico
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.66
7
8
9
10
11
12
Deformacin de Corte,
M
d
u
l
o
d
e
C
o
r
t
e
,
G
[
k
g
/
c
m
2
]
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
Deformacin de Corte,
A
m
o
r
t
i
g
u
a
m
i
e
n
t
o
E
q
u
i
v
a
l
e
n
t
e
,
PROYECTO Hospital Militar
CLIENTE VULCO
CARGA AXIAL 200 ton
DEFLEXION [4.124.4] cm cclico, (=0.261.52)
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILELaboratorio de Ensayos Dinmicos y Control de VibracionesDepartamento de Ingeniera Estructural y Geotcnica
Trabajo N
VULCO-SNAGUST-A0500
Fecha
24-Feb-2003
Hora
13:39
Figura
05
Propiedades Efectivas (Aislador)
-
Aislador elastomrico con corazn de plomo
Aislamiento Ssmico
t r
ts
tb
Hr = n t r
dp
HHl
La goma otorga la flexibilidad lateral
Las placas de acero intermedias la rigidez vertical
El ncleo de plomo: mayor disipacin de energa y mayor rigidez inicial para cargas de servicio
Las placas exteriores de acero conecta la estructura con la fundacin y confina al ncleo
-
Entre sus caractersticas destacan:
Construidos generalmente con gomas de bajo amortiguamiento
Se utiliza plomo de alta pureza (>99.9%), metal extraordinariamente dctil que posee muy poco endurecimiento post-fluencia
Corazn de plomo del 15% al 35% del dimetro del aislador
Presentan ciclos de histresis estables (no dependencia de velocidad, no scragging en goma)
Aislamiento Ssmico
Aislador elastomrico con corazn de plomo
-
Efecto del ncleo de plomo
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
Deformacin angular,
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
(
t
o
n
f
)
Deformacin (cm)-32 -24 -16 -8 0 8 16 24 32
12
34
56
7
8
N = 3500 kN
1) = 0.125, E = 55 tonfcm2) = 0.25, E = 150 tonfcm3) = 0.5, E = 384 tonfcm4) = 0.75, E = 612 tonfcm5) = 1, E = 999 tonfcm6) = 1.25, E = 1127 tonfcm7) = 1.5, E = 1422 tonfcm8) = 1.75, E = 1722 tonfcm
1) = 0.125, E = 22 tonfcm2) = 0.25, E = 59 tonfcm3) = 0.5, E = 174 tonfcm4) = 0.75, E = 306 tonfcm5) = 1, E = 499 tonfcm6) = 1.25, E = 699 tonfcm7) = 1.5, E = 898 tonfcm8) = 1.75, E = 1138 tonfcm
Aislamiento Ssmico
-
Comportamiento del ncleo de plomo
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8-150
-100
-50
0
50
100
150
Deformacin angular,
T
e
n
s
i
n
d
e
c
o
r
t
e
(
K
g
f
/
c
m
2
)
El plomo presenta: Comportamiento
elasto-plstico Fy de 10 Mpa (103 kgf/cm2)
Aislamiento Ssmico
-
Efecto de la carga axial (bajas deformaciones)
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08-15
-10
-5
0
5
10
15-1.28 -0.96 -0.64 -0.32 0 0.32 0.64 0.96 1.28
N = var.
Deformacin angular,
F
u
e
r
z
a
d
e
C
o
r
t
e
(
t
o
n
f
)
Deformacin (cm)
Axial Force N = 100 tonfAxial Force N = 200 tonfAxial Force N = 350 tonf
Aislamiento Ssmico
-
Variacin de propiedades
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 210
15
20
25
30
Deformacin angular,
0
5
10
15
20
0 0.02 0.04 0.060
10
20
30
Deformacin angular,
A
m
o
r
t
i
g
u
a
m
i
e
n
t
o
h
i
s
t
e
r
t
i
c
o
,
R
i
g
i
d
e
z
N
o
r
m
a
l
i
z
a
d
a
k
/
k
=
1
f = 0.0887 Hz. N = 100 tonff = 0.2 Hz. N = 100 tonff = 0.5 Hz. N = 100 tonf
f = 0.0887 Hz. N = 200 tonff = 0.2 Hz. N = 200 tonff = 0.5 Hz. N = 200 tonf
f = 0.0887 Hz. N = 350 tonff = 0.2 Hz. N = 350 tonff = 0.5 Hz. N = 350 tonf
Aislamiento Ssmico