Aislacin elastomrica

Aislamiento Ssmico

AISLACION ELASTOMERICA

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


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


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)


Trabajo N

CIG-VUL-P0505

Fecha

19-May-2003

Hora

07:53

Figura

05


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)


Trabajo N

CIG-VUL-P0507

Fecha

19-May-2003

Hora

07:55

Figura

07


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)


Trabajo N

CIG-VUL-P0509

Fecha

19-May-2003

Hora

07:59

Figura

09


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


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)


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)


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


CLIENTE VULCO

CARGA AXIAL 200 ton

DEFLEXION [-8.1,+8.2] cic., (=0.504)


Trabajo N

VULCO-SNAGUST-A0502

Fecha

24-Feb-2003

Hora

13:36

Figura

02


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


CLIENTE VULCO

CARGA AXIAL 200 ton

DEFLEXION [-16.2,+16.2] cic., (=1.002)


Trabajo N

VULCO-SNAGUST-A0503

Fecha

24-Feb-2003

Hora

13:38

Figura

03


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


CLIENTE VULCO

CARGA AXIAL 200 ton

DEFLEXION [-24.2,+24.4] cic., (=1.504)


Trabajo N

VULCO-SNAGUST-A0504

Fecha

24-Feb-2003

Hora

13:39

Figura

04


Aislamiento Ssmico

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.66

7

8

9

10

11

12


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


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

,


CLIENTE VULCO

CARGA AXIAL 200 ton

DEFLEXION [4.124.4] cm cclico, (=0.261.52)


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



Aislamiento Ssmico

Aislacin elastomrica

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Transcript of Aislacin elastomrica