15-EN15129 Cláusula 6: Dispositivos dependientes del desplazamiento (DDD): estándares y productos típicos

1. Alcance y Definición

La cláusula 6 regula dos categorías principales deDDD: dispositivos lineales (LD) y dispositivos no lineales (NLD). Una característica definitoria clave deDDDes que no soportan cargas verticales. Además,pandeo-tirantes restringidos(BRB) que proporcionan amortiguación adicional dentro de las estructuras se clasifican explícitamente comoDDD. Información técnica complementaria sobreDDDestá disponible en el Anexo D de EN15129.

Estos dispositivos están destinados exclusivamente a estructuras en regiones sísmicas que cumplen con la serie EN 1998, con el objetivo principal de mejorar la resiliencia estructural regulando el comportamiento dinámico y disipando la energía sísmica, trabajando así de manera sinérgica con el sistema general de protección sísmica.

2. Clasificación deDDD

Dispositivos lineales (LD): Caracterizados por un comportamiento mecánico lineal o cuasi{0}}lineal, los LD se utilizan para optimizar las propiedades dinámicas estructurales. Sus capacidades menores de no linealidad y disipación de energía están diseñadas para ser compatibles con el modelado estructural lineal, lo que garantiza simplicidad y precisión en el análisis de ingeniería.

Dispositivos no lineales (NLD): Al exhibir un fuerte comportamiento no lineal, los NLD mejoran el rendimiento dinámico estructural al introducir una no linealidad significativa y/o una disipación de energía. Debido a su compleja respuesta mecánica, deben incorporarse completamente al modelado estructural no lineal para garantizar un diseño sísmico confiable.

3. Requisitos clave de desempeño y cumplimiento

La cláusula 6 especifica criterios de desempeño rigurosos para garantizarDDDFiabilidad en condiciones sísmicas:

Desplazamiento y resistencia de carga: DDDdebe soportar límites de carga o desplazamiento especificados (lo que se alcance primero), con un factor de seguridad mínimo ( ) de 1,1. Para componentes integrados en sistemas de aislamiento, estos factores se ajustan para alinearse con la capacidad de desplazamiento de los dispositivos de aislamiento (consulte la Cláusula 8 de EN15129).

Fuerza-Curva de desplazamiento:La curva no debe mostrar una tendencia descendente cuando el desplazamiento o la carga alcanzan los límites de diseño especificados, lo que garantiza una capacidad de carga-estable durante eventos sísmicos.

Estabilidad cíclica:La rigidez efectiva y la amortiguación efectiva deDDDdebe permanecer estable a lo largo de los ciclos. Para ciclos i Mayor o igual a 2, las desviaciones del 3.er ciclo (un punto de referencia para un rendimiento estable) no deben exceder el 10%.

Desplazamiento Residual:Bajo acciones sísmicas en estado límite de servicio (SLS), se debe minimizar el desplazamiento residual de fuerza cero-(se recomienda que sea el 5 % del desplazamiento de diseño o al menos 10 mm, el que sea mayor), lo que reduce los daños estructurales y los costos de reparación posteriores al terremoto.

4. Requisitos de materiales y pruebas

Materiales paraDDDse clasifican en "materiales centrales" (críticos para el desempeño sísmico cíclico) y "materiales estructurales" (para funciones de soporte de carga). Los materiales del núcleo, como elastómeros, acero y aleaciones con memoria de forma (SMA), deben cumplir estrictas normas europeas:

Elastómeros: Los elastómeros de baja-amortiguación y alta-amortiguación deben cumplir con los requisitos de las Tablas 10 y 11 de la Cláusula 8, respectivamente, con fuerza de unión verificada a los sustratos.

Acero: Debe cumplir con las normas de las series EN 10025, EN 10083 o EN 10088, garantizando ductilidad y resistencia a la fatiga.

Materiales especiales (por ejemplo, SMA): deben cumplir con los estándares europeos existentes, con pruebas adicionales para las características de transformación de fase, rendimiento cíclico y adaptabilidad de temperatura.

Las pruebas son una piedra angular de la Cláusula 6, incluidas las pruebas de tipo de material, las pruebas de control de producción en fábrica (FPC), las pruebas de tipo de dispositivo y las pruebas previas a la instalación. Se requieren pruebas de tipo cuando hay cambios en la geometría, los materiales o los sistemas de conexión del dispositivo, mientras que las pruebas de FPC (tasa de muestreo mayor o igual al 2%) garantizan un rendimiento constante en la producción en masa.

DDDLos productos se utilizan ampliamente en la ingeniería sísmica europea y americana, con distintas aplicaciones basadas en sus características lineales o no lineales. A continuación se muestra un resumen de los productos principales, sus características principales y casos de uso típicos:

1. Dispositivos lineales (LD)

Los LD son ideales para proyectos que requieren modelado estructural lineal, ya que ofrecen un ajuste de rigidez estable con una mínima disipación de energía no lineal. Los tipos comunes incluyen:

Amortiguadores metálicos lineales

Características principales:Fabricados con acero al carbono o acero de baja-aleación, estos amortiguadores exhiben un comportamiento de desplazamiento de fuerza lineal-ideal-sin etapas de fluencia significativas. Se basan en la deformación elástica para ajustar los períodos naturales estructurales, con capacidades débiles de disipación de energía.

Aplicaciones:Adecuado para estructuras de marco de tamaño pequeño a mediano-que requieren optimización dinámica de propiedades con bajas necesidades adicionales de disipación de energía, como la modernización sísmica de edificios industriales existentes.

Aspectos destacados del cumplimiento: Los materiales deben cumplir con los estándares EN 10025, con estabilidad cíclica verificada mediante pruebas de tipo.

LinealAmortiguadores Viscoelásticos

Características principales:Al utilizar elastómeros de baja-amortiguación (que cumplen con la Tabla 10 de la Cláusula 8), estos amortiguadores ofrecen características de amortiguación cuasi-lineales y una rigidez efectiva estable. Combinan ajuste de rigidez con suave disipación de energía, compatible con modelado dinámico lineal.

Aplicaciones:Ideal para muros cortina, cimientos de equipos y componentes auxiliares de ajuste de rigidez en edificios ubicados en zonas sísmicas moderadas con condiciones de temperatura estable.

Aspectos destacados del cumplimiento:Se requiere una prueba de corte dinámico para verificar el rendimiento, con desviaciones de los parámetros del material (debido al suministro, temperatura, etc.) que cumplan con los límites de la Tabla 4 de la Cláusula 6.

Carga-RodamientoPandeo-Correas restringidas (BRB)

Características principales:Clasificado comoDDDproporcionando amortiguación adicional, estosBRBPriorice las características de rigidez y soporte de carga lineal-con una disipación de energía débil. El material del núcleo es acero de alta-resistencia (EN 10083) y el manguito evita el pandeo del núcleo para garantizar una capacidad de tensión y compresión constante.

Aplicaciones:Sistemas de resistencia a fuerzas-laterales en estructuras de acero de gran-gran altura y estructuras espaciales-de gran-luz, donde se requiere capacidad de carga-y optimización dinámica de las propiedades.

Aspectos destacados del cumplimiento: Las pruebas de tipo deben incluir sistemas de conexión, con un desplazamiento residual que cumpla con los requisitos de SLS.

2. Dispositivos no lineales (NLD)

Los NLD son fundamentales para regiones de alta-sísmica-intensidad, ya que aprovechan una fuerte no linealidad para disipar una cantidad significativa de energía sísmica. Requieren modelado estructural no lineal y están disponibles en varias configuraciones:

Amortiguadores de rendimiento metálico

Características principales:Construido con acero de bajo-límite elástico (p. ej., LY100, LY160, LY225) con bajo límite elástico y alta ductilidad. La curva de fuerza-desplazamiento muestra un comportamiento bilineal distintivo, con una rigidez post-elástico estable y una excelente disipación de energía cíclica.

Subtipos: Tipo de corte-, tipo de plegado-, yamortiguadores de fluencia-axiales,adaptable a diferentes espacios de instalación y requerimientos de fuerza.

Aplicaciones:Diseño sísmico de nuevos edificios y modernización de edificios existentes, particularmente en zonas de alta-intensidad sísmica-para estructuras de marcos y muros de corte.

Aspectos destacados del cumplimiento:Los materiales requieren tensión monótona y pruebas de rendimiento cíclicas. Después de un envejecimiento acelerado (14 días a 70 grados), los cambios de rendimiento no deben exceder el 20%.

Amortiguadores de fricción

Características principales: Disipación de energíase logra mediante un deslizamiento relativo entre superficies de contacto, con una curva de desplazamiento de fuerza histerética rectangular-(fuerte no linealidad). El coeficiente de fricción es estable ydisipación de energíaestá directamente relacionado con la amplitud del desplazamiento. No dependen del rendimiento del material, lo que garantiza una larga vida útil y un mantenimiento mínimo.

Subtipos: Tipo de placa-, tipo cilíndrico-, yamortiguadores de fricción esféricos, adecuado para requisitos de desplazamiento multi{0}}direccional.

Aplicaciones:Puentes-de luces largas,-estadios de luces grandes,-estructuras de gran altura y otros proyectos con grandes demandas de desplazamiento. Ideal para escenarios que requieren-disipación de energía estable a largo plazo y bajo mantenimiento, como instalaciones auxiliares de plantas de energía nuclear.

Aspectos destacados del cumplimiento:Se requieren pruebas de fricción-a largo plazo para verificar la estabilidad al desgaste. La relación entre los límites superior e inferior de las propiedades del material para componentes metálicos no debe exceder 1,4.

Desplazamiento-Amortiguadores amplificados

Características principales:Al integrar mecanismos de amplificación mecánica (p. ej., palanca, tijera, engranaje), estos amortiguadores amplifican pequeños desplazamientos estructurales (3 a 4 veces) para mejorardisipación de energíaeficiencia en escenarios de pequeña-deformación, mostrando una fuerte no linealidad.

Principio de funcionamiento:Los tirantes de palanca, las armaduras de tijera o los mecanismos de cremallera-de engranajes amplifican el desplazamiento entre pisos, transmitiendo el desplazamiento amplificado a elementos de amortiguación internos (por ejemplo, núcleos de acero de bajo-rendimiento, componentes de fricción) para lograr "pequeño desplazamiento, gran disipación de energía".

Aplicaciones:Estructuras con pequeña deformación lateral, como estructuras de muros de corte, estructuras de tubos y plantas industriales rígidas. También es adecuado para proyectos que requieren suficiente disipación de energía durante terremotos menores.

Aspectos destacados del cumplimiento: Se debe verificar la resistencia y estabilidad del mecanismo de amplificación. Se requieren pruebas cíclicas al 25 %, 50 % y 100 % del desplazamiento máximo.

Amortiguadores de aleación con memoria de forma (SMA)

Características principales:Utilizando aleaciones con memoria de forma (p. ej., aleaciones de Ni-Ti), estos amortiguadores disipan energía y logran autocentrado mediante transformación de fase (martensita a austenita). La curva de fuerza-desplazamiento muestra un comportamiento histerético no lineal con un desplazamiento residual mínimo.

Principio de funcionamiento:Durante los terremotos, los alambres/barras de SMA sufren deformación plástica (transformación martensítica) paradisipar energía. Después-de un terremoto, el material vuelve automáticamente a su forma original mediante la inversión de fase, lo que reduce significativamente el desplazamiento estructural residual.

Aplicaciones:Edificios históricos (que requieren daños mínimos tras-terremoto), fábricas de equipos de precisión y juntas de dilatación de puentes. Ideal para proyectos que priorizan tanto la disipación de energía como las capacidades de autocentrado.

Aspectos destacados del cumplimiento: Se requieren pruebas de características de transformación de fase (DSC), falla por tracción monótona y rendimiento cíclico, que cubran el rango de temperatura de servicio y las tasas de deformación. Los materiales deben cumplir con las normas europeas existentes.

Alineación estándar:AsegurarDDDLos productos cumplen tanto con la Cláusula 6 de EN15129 como con los estándares sísmicos locales (por ejemplo, Eurocódigo 8 en Europa, ASCE 7 en los Estados Unidos) para proyectos trans-fronterizos.

Compatibilidad de modelado:Seleccione LD para modelado estructural lineal y NLD para modelado no lineal para garantizar un análisis preciso de la respuesta sísmica.

Seguro de calidad:Priorice los productos con certificados de prueba de tipo completos y estrictos procesos FPC para garantizar la coherencia del rendimiento en la producción en masa.

Especificidad de la aplicación:Haga coincidir los tipos de DDD con las características estructurales (p. ej., demanda de desplazamiento, rigidez) y condiciones ambientales (p. ej., temperatura, riesgo de corrosión) para optimizar el rendimiento sísmico.