MXPA00001506A - Proteccion antisismica a traves de apoyos desacoplados de vibraciones para edificios y objetos sobre pendulos virtuales con periodo largo - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a el sistema de protección y aislamiento sísmico soporta edificios y otros objetos según el procedimiento inventado del péndulo virtual (Pv) en forma de módulos de protección antisísmica (569, que en el caso de edificaciones de poca altura, los puntos de apoyo de carga poseen un comportamiento dinámico similar al extremo oscilatorio de un péndulo largo con período largo, donde el objeto soportado se aísla eficientemente de las frecuencias evidentemente mayores del terreno. El comportamiento del sistema no estáinfluenciado por la magnitud de la aceleración de la base ni por la frecuencia de oscilación del terreno. El objeto soportado permanece en reposos incluso en terremotos de gran magnitud. El sistema puede diseñarse para cualquier carga de diseño y cualquier amplitud de vibración esperada en la base. Como ejemplo se describen 4 soluciones de aplicación distintas del sistema y las correspondientes variantes de los dispositivos para distintas aplicaciones, asícomo dispositivos adicionales para el soporte de cargas de viento y el centrado del objeto ante cargas de viento en el caso de base oscilante, además de dispositivos para el aislamiento de las vibraciones verticales del terreno.

Description

Protección antisísmica a través de apoyos desacoplados de vibraciones para edificios v objetos sobre péndulos virtuales con período largo 1 Área de aplicación del invento. 1.1 Aplicación general.

El presente invento consiste de un procedimiento y de dispositivos basados en el mismo para la protección contra terremotos y la reducción de daños en edificios y otros objetos.

Los dispositivos portantes inventados, nuevos tipos de módulos de protección antisísmica, son estructuras portantes construidas sencillamente que soportan un punto de carga del edificio o de otros objetos, como por ejemplo una columna. Los módulos de protección antisísmica, basados en el principio de un "péndulo virtual", pueden ser diseñados para diversas aplicaciones como soportar objetos desde ligeros hasta los más pesados. Estos módulos de protección antisísmica se basan en un nuevo procedimiento, de acuerdo a un péndulo virtual y son especialmente ventajosos para el apoyo y soporte antisísmico de edificios y estructuras de todo tipo, desde casas rodantes hasta edificios de apartamentos, centros comerciales, edificios de estacionamiento, hospitales, rascacielos, torres, puentes, carreteras elevadas, tanques de almacenamiento de agua, tanques de almacenamiento, silos, teleféricos y torres de apoyo, torres de alta tensión, estructuras de alumbrado, plantas industriales químicas y nucleares, puentes de tubos y carreteras elevadas, tuberías u otros objetos, para aislarlos de los movimientos y aceleraciones horizontales sísmicas y de las consecuentes fuerzas provocadas, así como para protegerlos de las consecuencias destructivas. La seguridad contra daños sísmicos tiene un significado importante especialmente en la construcción de plantas sensibles de seguridad, en las que los daños pueden conducir a daños mayores como en el caso de plantas nucleares y químicas con materiales peligrosos.

El sistema es también especialmente aplicable a puentes. Los problemas se resuelven totalmente, para los cuales actualmente no existe solución. La aplicación de los módulos de protección antisísmica es también ventajosa en instalaciones industríales con procesos de producción sensibles, como en la fabricación de circuitos (Chips). La protección del objeto es tan completa que el edificio o instalación a proteger se aisla totalmente del movimiento del terreno y permanece en reposo en la misma posición, incluso para terremotos de gran magnitud.

Esta amplia protección es también especialmente útil en hospitales, los cuales no pueden ser evacuados rápidamente en caso de sismo y podrían permanecer en funcionamiento sin daños en casos de catástrofes, cuando existen víctimas por atender. No se reducirían las operaciones y funciones incluso durante un fuerte sismo. La aplicación del presente invento reduce considerablemente el peligro de la licuación del suelo que puede ocurrir en sismos bajo ciertas condiciones de subsuelo, ya que el efecto de la reacción de la masa del edificio sobre el suelo ante vibraciones del terreno se reduce a valores extremadamente bajos. El efecto de una explosión en la vecindad de un objeto protegido por este sistema será reducido. Objetos colgantes como dispositivos de iluminación, con riesgo de incendio y potencial peligroso, pueden protegerse de daños o destrucciones al colgarse de un péndulo virtual.

Objetos sobre astas o mástiles, que están en peligro en caso de sismo, pueden protegerse también a través del procedimiento inventado. La eliminación de vibraciones en torres, astas altas y chimeneas industriales a través de masas móviles activas o pasivas se puede alcanzar de esta forma ventajosamente a través del péndulo virtual. El módulo de protección antisísmica basado en un péndulo virtual es un sistema de aislamiento de base, un dispositivo portante compacto de acción pasiva, que puede ser instalado en el sótano o planta baja de un edificio. El sistema previene la transferencia de vibraciones e impactos del terreno por sismo al objeto protegido. A través del módulo de protección antisímica se desacopla al edificio de todos los movimientos del terreno. El sistema presenta adicionalmente las siguientes características: Se centra por sí mismo y no penmite desplazamientos horizontales originados por fuerzas de baja magnitud como el viento o lluvia. En edificios altos, la rigidez vertical evita las inclinaciones. En edificios hasta de una relación altura a ancho específica, puede incluirse una componente adicional para absorber las vibraciones verticales. El sistema puede configurarse para la amplitud de vibración horizontal necesaria. El módulo de protección antisísmica no necesita mantenimiento. En construcciones de poca altura, el módulo de protección antisísmica permite un gran rango de vibraciones en todas las direcciones y posee un período de vibración mayor que el período de la estructura. La aceleración máxima transmitida al objeto soportado se reduce a valores menores de 0.01 g. Esto se obtiene matemáticamente y el sistema es consecuentemente diseñado. Las expectativas se comprobaron experimentalmente a través de un modelo sobre una mesa vibratoria. En caso de sismos extremadamente fuertes, como los que suceden ocasionalmente en ciertas regiones, la protección de los sistemas de protección actuales y los métodos de diseño convencionales de los códigos de construcción no son suficientes para evitar las destrucciones.

Por el contrario, en la utilización de sistemas de protección antisísmica basados en un péndulo virtual no existe influencia de la magnitud del sismo, de la amplitud de vibración y de la frecuencia de vibración del terreno en el comportamiento del sistema y en el reposo del objeto soportado con los nuevos módulos de protección antisísmica con largos períodos de vibración. 1.2 Instalación en construcciones existentes La instalación posterior de los módulos de protección antisísmica en edificios existentes es posible. En edificios existentes a base de marcos, la instalación posterior es básicamente posible y en muchos casos es relativamente sencilla. La protección antisísmica a través de la instalación de los módulos en construcciones existentes a base de mampostería es también posible. A través de los métodos convencionales, esta tarea requiere relativamente de bastante trabajo. Por medio de un procedimiento actualmente en desarrollo y de maquinaria y equipo especial, será posible implementar un procedimiento de trabajo mecanizado para la instalación de los módulos de protección antisísmica en edificios y construcciones existentes y antiguas de forma económica y racional. Este procedimiento innovador podrá ser aplicado en edificios cimentados tanto en suelo como en roca. 2 Antecedentes El fenómeno geofísico del desplazamiento de placas continentales es causa permanente de la generación de terremotos.

Problemas mundiales ocasionados por los terremotos Dada la alta frecuencia con que los terremotos producen muchas víctimas mortales e inmensos daños económicos es sumamente valiosa una mejora en la seguridad antisísmica.

Deben generarse alternativas adecuadas para resolver en el futuro este problema. Sólo en este siglo han ocurrido 1.6 millones de víctimas mortales debido a sismos. En todo el mundo son mas de 40 países los que permanentemente se encuentran bajo riesgo sísmico. El presente invento deberá reducir tanto el peligro como el temor debido a sismos. La mecánica aplicada ha permitido eliminar este riesgo geofísico.

Estado del arte 3.1 Normas de construcción para la seguridad antisísmica Los reglamentos de construcción de edificios en regiones afectadas sísmicamente consideran usualmente una magnitud sísmica de referencia, de acuerdo a las consideraciones estadísticas y a la probabilidad de ocurrencia, y calculan posteriormente la resistencia necesaria de la estructura a construirse. Actualmente existe una tendencia creciente a considerar que se producirán deformaciones elásticas en ciertas regiones de la estructura, por lo que las fuerzas que se transmiten a la estructura pueden reducirse localmente, debido a que las masas parciales del edificio que se encuentran bajo estas deformaciones elásticas no están en fase con el movimiento inicial, lo que reduce los valores pico de las aceleraciones. En caso de que un sismo supere la magnitud de referencia de las normas, se esperan daños o destrucciones del edificio así como riesgos en las vidas humanas, tal como lo han mostrado los sismos de los últimos años.

Puede establecerse consecuentemente, que los métodos para el diseño antisísmico de edificios son insuficientes en el cálculo y dimensionamiento en el caso de un sismo fuerte.

De acuerdo a las normas de construcción antisísmicas se definen los llamados sismos de referencia, los que definen las cargas a utilizarse en el dimensionamiento del edificio. Las hipótesis acá supuestas respecto al comportamiento del edificio y a la elasticidad estructural poseen un alto grado de inseguridad. Las aceleraciones de los sismos de referencia son frecuentemente superadas por los sismos reales, en ocasiones considerablemente. Un diseño y dimensionamiento de acuerdo a esos casos extremos sería técnicamente irrealizable. En caso de sismos extremos fallan todas las estructuras dimensionadas convencionalmente. La opinión actual de los técnicos, que la influencia destructiva de los movimientos del terreno y de las consecuentes fuerzas transmitidas a la estructura puede eliminarse a través de una construcción externamente rígida o a través de la utilización de dispositivos elásticos y amortiguadores de vibraciones, no ha sido confirmada. También la idea de que la influencia destructiva de los movimientos del terreno puede ser reducida a través de fricción (amortiguamiento) parece inútil. Los métodos de cálculo de los reglamentos legales de construcción suponen modelos de carga sumamente simplificados. Estos procedimientos simplificados arrojan también insuficiente exactitud en los resultados. Tampoco es posible determinar por medio de análisis cuál miembro de la estructura falla inicialmente y provoca la falla total del edificio. Estos procedimientos de dimensionamiento de edificios pueden servir para garantizar la seguridad estructural de edificios ante sismos débiles. Puede concluirse de esta forma que estos métodos son insuficientes para poder construir edificios realmente antisísmicos. Las cuantiosas destrucciones de los sismos en todo el mundo especialmente en tiempos recientes, así como los daños materiales tanto como las víctimas humanas ponen en evidencia que la meta debe ser lograr una mejora en la protección antisísmica. 3.2 Evaluación de los métodos convencionales de seguridad antisísmica El centro de cargas de una estructura se encuentra normalmente sobre la superficie del terreno. El movimiento de la base debe ser transmitido al centro de cargas del edificio. La fuerza cortante transmitida a la estructura es la reacción de la fuerza de inercia de la masa que es a su vez el producto de la masa por su aceleración correspondiente. Dependiendo del material de construcción utilizado se pueden alcanzar y superar los valores de resistencia a partir de un cierto valor de frontera de la aceleración actuante. Consecuentemente, no puede alcanzarse seguridad antisísmica en una estructura con una típica unión rígida a la cimentación. A partir de una cierta magnitud sísmica y de su correspondiente aceleración toda estructura que esté rígidamente unida a su cimentación o que permita un desplazamiento muy bajo con respecto a la base deberá fallar. También la idea de que a través de fricción (amortiguamiento) puede reducirse la influencia destructiva del movimiento sísmico parece ser inútil. De la energía que se transfiere a la estructura a través del movimiento sísmico, misma que produce el trabajo destructivo, sólo un porcentaje mínimo puede ser transformado en calor a través de amortiguamiento. En caso de un sismo fuerte, la fricción del amortiguamiento no puede reducir la acción destructiva del terremoto. Las soluciones modernas tales como los marcos elásticos de acero que sufrieron cuantiosos daños en el sismo de Northridge, así como los sistemas de aislamiento en la base deben absorber o disipar un cierto porcentaje de la energía transmitida por el movimiento del terreno a la estructura. Estudios recientes del U.S. Geological Survey y del California Institute of Technology (CalTech) indican la sospecha de que tales edificios podrían verse dañados o incluso fallar completamente en caso de un verdadero sismo fuerte, si se encontraran situados suficientemente cerca del epicentro. 3.3 Aislamiento de la cimentación de la estructura Los intentos de incrementar la seguridad antisísmica en edificios ha producido una gran cantidad de nuevas soluciones tal como puede verse en las publicaciones de patentes.

Entre las soluciones técnicas contra los daños sísmicos en estructuras se encuentran dispositivos que conducen adicionalmente al diseño y proporcionamiento tradicional de la estructura de acuerdo a las normas, que separan a la estructura de la cimentación y la soportan sobre apoyos móviles o sobre miembros articulados. Un grupo de soluciones técnicas que pertenecen a la categoría de sistemas de aislamiento de la base permiten a la superestructura una cierta movilidad respecto a la base bajo ciertos límites. Todas las soluciones transmiten fuerzas cortantes en la estructura a través de fricción o amortiguamiento que pueden ser críticas en frecuencias altas y grandes amplitudes de vibración. Algunas de esas soluciones no transmiten fuerzas verticales negativas y por tanto no son adecuadas para estructuras esbeltas o torres. En ciertos tipos de aislamiento de la base se apoya la superestructura sobre bloques elásticos horizontalmente que consisten de intercalaciones laminares de acero y caucho (US-Patents 4,527,365 ; 4,599,834 ; 4,593,502 ). Estos bloques poseen una alta capacidad portante vertical y permiten un desplazamiento horizontal entre los miembros ubicados superior e inferioimente a los bloques de aislamiento, pero tienen un margen muy restringido de desplazamiento. Al incrementarse los desplazamientos se incrementa también la pendiente de la curva esfuerzo-deformación, con lo que se produce una rigidización de los bloques que repercute en un incremento en las fuerzas cortantes transmitidas de la cimentación a la superestructura. En casos extremos pueden producirse daños estructurales así como al contenido, debido al incremento en la rigidez de los bloques de hule. Estos bloques presentan la desventaja en caso de sismos fuertes del intervalo demasiado reducido de movilidad lateral, lo cual puede ocasionar riesgos en la estructura. Además, estos bloques horizontales no son capaces de soportar fuerzas verticales negativas. Existe riesgo de generación de fisuras. Al apoyar edificios sobre estos bloques horizontales se reducen los valores máximos de la aceleración a través de suspensión y amortiguamiento. La transferencia del movimiento del terreno al edificio se alcanza hasta cierto grado. Si la amplitud de vibración horizontal del terreno supera al desplazamiento máximo elástico horizontal permisible en los bloques, se transmite la magnitud total de la velocidad del terreno a través de los bloques de hule y acero al objeto protegido y existe el riesgo de que los bloques se cizallen en las láminas de acero. En caso de grandes amplitudes de vibración del terreno, los movimientos en los bloques elásticos que soportan el edificio pueden ser considerables y los movimientos del edificio en las áreas superiores pueden incrementarse debido al efecto de látigo. Algunos sistemas de aislamiento de la base apoyan a la superestructura sobre apoyos rodantes o deslizantes, los cuales pueden moverse entre dos placas cóncavas o una combinación de una placa plana y otra cóncava, de forma que el punto de apoyo del edificio sobre la placa superior se mueve como si fuera un péndulo articulado superiormente ( US Patents 4,644,714 ; 4,881 ,350 ). Estos dispositivos no transmiten fuerzas negativas y no son adecuados para soportar pares de fuerzas provenientes de los momentos de flexión.

En el caso de apoyos rodantes, aparecen problemas debido a las altas presiones de tipo Hertz sobre la superficie de contacto. Se requieren, por tanto, condiciones especiales en los materiales y en las superficies de las elementos sujetos a tales esfuerzos. Además, este tipo de apoyos no es capaz de transmitir fuerzas negativas. Pueden instalarse también elementos de apoyo entre placas planas, en las que los radios de curvatura de las superficies de apoyo en contacto con las placas es mayor que la altura de los elementos de apoyo ( DPA Offenlegungsschrift 2021031 ). En este caso la placa superior, punto de apoyo del elemento soportado, es elevada debido al ascenso del cuerpo soportado y el punto de apoyo presenta un comportamiento de un péndulo articulado en su extremo superior. Las amplitudes de vibración para estas soluciones son insatisfactorias en caso de terremotos de magnitud media. El modo de vibración fundamental de estas soluciones se encuentra muy cercano a las posibles vibraciones sísmicas, por lo que no existe desacople total de vibraciones, sino que es probable que ocurran vibraciones de resonancia. Adicionalmente, estos sistemas no son capaces de transmitir fuerzas negativas. Otro tipo de aislamiento de la base considera los puntos de apoyo de la estructura colgados de un péndulo (US Patents 1 ,761 ,321 ; 1 ,761 ,322 ; 2,035,009 ; 4,328,648). Existen limitaciones prácticas para poder realizar longitudes del péndulo mayores. El aislamiento de vibraciones respecto a la base es insuficiente. El movimiento del sistema está determinado por la geometría del péndulo. La longitud del péndulo determina el período de vibración del modo fundamental. El nivel de diferencia entre la propia vibración fundamental y las vibraciones del terreno determinan el comportamiento dinámico de la masa estructural colgada del péndulo. En caso de que se cuelgue un cuerpo o una estructura de un péndulo como en los ejemplos de FIG.2, FIG.3 o FIG.4, el cuerpo presentará un comportamiento dinámico que obedece al de un péndulo matemático. La masa de la estructura o del objeto 1 , que se sostiene parcialmente según la distribución de masas en distintos puntos de apoyo en los articulaciones inferiores 3 de los péndulos 2, se encuentra afectada por fuerzas que provienen de la aceleración de la gravedad. Los péndulos 2 se sostienen en sus articulaciones superiores 4 de una estructura de apoyo 5 adecuada. Las articulaciones 3 y 4 son articulaciones de bola o de cardán que permiten la oscilación del péndulo en dos ejes respecto a la carga soportada y a la estructura u objeto soportado. El comportamiento dinámico de los ejemplos mostrados puede reducirse al modelo de un péndulo matemático.

Todas las soluciones citadas son sistemas vibratorios cuyas vibraciones fundamentales se encuentran en la cercanía de las vibraciones sísmicas de excitación. En caso de que actúen las amplitudes máximas de vibración del sismo puede presentarse un caso de resonancia sísmica en el que aparecen problemas adicionales que ponen en riesgo al edificio. En caso de que el sistema estructural presente movimientos adicionales de volteo respectos al eje superior del edificio en la cercanía de las vibraciones sísmicas, los miembros estructurales más alejados de la superficie experimentan un incremento en la aceleración y en las fuerzas correspondientes. En un sistema estructural en el que se instalan aisladores altamente elásticos entre la superestructura y su cimentación, junto con apoyos horizontales débiles, el comportamiento dinámico del sistema ante vibraciones fuertes es insatisfactorio cuando el intervalo de aislamiento de frecuencias no es suficiente. La probable cercanía de la frecuencia de resonancia a las frecuencias asociadas a las mayores amplitudes del espectro de respuesta sísmica provoca grandes incrementos en las amplitudes de los miembros estructurales superiores. De esta forma es posible que las estructuras apoyadas en tales dispositivos experimenten incrementos en las amplitudes de vibración cuando se produce la coincidencia de las frecuencias antes mencionadas. En tales casos es probable que ocurran daños estructurales y se mantiene el riesgo de que los objetos móviles que se encuentran en el interior del edificio sean acelerados y provoquen de esa forma daños materiales o peligro para los ocupantes. 3.4 Comparación de la nueva solución al estado actual de la técnica En el caso de sismos extremadamente fuertes, tales como los Megasismos, la protección de los sistemas conocidos y de los métodos de diseño de acuerdo a los reglamentos de construcción se vuelven insuficientes y fallan. Los daños y la cantidad de víctimas mortales pueden llegar a niveles catastróficos. Se han tenido terremotos con más de cien mil muertos.

Las soluciones conocidas de aislamiento de la base permiten el desplazamiento del sistema estructural respecto a la base dentro de intervalos muy reducidos. En caso de que las amplitudes de vibración aumenten, disminuye la capacidad de reducción de impulsos de los sistemas conocidos de protección. En caso de sismos extremos existe la posibilidad de falla.

A diferencia de los sistemas conocidos de protección antisísmicos, la solución inventada no es un dispositivo de rodillos, deslizante o una combinación laminar de acero y hule que absorbe o disipa energía, sino que es un sistema que no transmite el impulso, que permite el libre movimiento respecto de la base en todas las direcciones y que no produce una absorción o distribución de energía. La solución inventada logra que no exista transferencia alguna del movimiento del terreno o de energía al sistema estructural. El invento, definido a través de las reivindicaciones, se caracteriza por no transmitir las vibraciones horizontales sísmicas de la base a la superestructura. El objeto soportado no sigue el movimiento oscilatorio sísmico de la base y el sistema estructural permanece en reposo. Los daños sísmicos se previenen efectivamente. Las frecuencias dominantes del sismo se encuentran tan desacopladas de la frecuencia fundamental del sistema estructural soportado por el péndulo virtual, que el movimiento del terreno no puede transmitirse a la estructura soportada. El principio del invento es totalmente efectivo en todas las frecuencias sísmicas. Al permanecer la masa en reposo no actúan sobre ella fuerzas de reacción debidas a la aceleración. No existen ningún tipo de daños en el sistema estructural o en su interior, incluso en el terremoto más fuerte que se pueda imaginar. Por otro lado, los apoyos laminados de acero y hule así como los apoyos deslizantes de fricción pueden transmitir mínimas fuerzas cortantes a la superestructura, que podrían ser críticas en casos extremos. Aunque el sistema estructural se mantenga ileso, los daños en el interior podrían ser considerables. Mientras que los sistemas de aislamiento en la base como los bloques de acero y hule, apoyos rodantes o apoyos deslizantes no son capaces de soportar cargas verticales de tensión, los módulos de protección antisísmica basados en un péndulo virtual sí son adecuados para transmitir cargas verticales negativas. El sistema de protección antisísmica inventado es un perfecto sistema de aislamiento de la base, un dispositivo portante, compacto, de acción pasiva, que puede instalarse en el sótano o planta baja de un edificio y que permite el libre movimiento de la base en todas las direcciones, mientras soporta simultáneamente las cargas de viento. El comportamiento perfecto de los módulos de protección antisísmica no se ve influenciado por el tamaño del impulso, por la magnitud del sismo, por la aceleración de la base, por la amplitud de vibración, por las frecuencias dominantes de vibración sísmicas o por las características armónicas o transientes de la excitación. Los resultados son siempre los mismos: el edificio se mantiene en reposo. Todas las reivindicaciones se apoyan matemáticamente. El recién inventado módulo de protección antisísmica no es un dispositivo que absorba o transmita energía, sino un dispositivo que no transmite impulsos horizontales y que permite desplazamientos con respecto a la base. Es posible reducir las vibraciones sísmicas del objeto protegido casi a cero (menos de 0.01 g), independientemente de la fuerza del terremoto, así como de las frecuencias y amplitudes del movimiento del terreno. Consecuentemente, no se transmitirá energía del movimiento del terreno al edificio. Las fuerzas cortantes que actúan en el edificio se reducen a valores insignificantes. Incluso el terremoto más fuerte no producirá daños a la estructura, a la fachada o al interior del edificio. Una persona dentro del edificio podría probablemente no advertir la presencia del terremoto. La protección para el edificio es tan amplia, que independientemente de la fuerza del terremoto, no se transmitirán fuerzas potencialmente destructivas al edificio. Con el nuevo método es posible alcanzar un comportamiento del objeto protegido tal que permanezca en reposo aún cuando el suelo se mueva con grandes amplitudes y altas aceleraciones. Los apoyos elásticos y de fricción no tienen capacidad de transmitir fuerzas verticales. Cuando un terremoto produce altas aceleraciones verticales, pueden producirse daños en los apoyos o en la estructura o incluso un ascenso completo de la posición inicial con graves consecuencias. Estos problemas restringen la utilización de estos aisladores de base en edificios esbeltos ya que pueden experimentarse altos momentos de volteo por viento o por aceleraciones sísmicas. Los módulos de protección antisísmica con forma de un péndulo virtual resuelven el problema de altas fuerzas verticales a través de conexiones con forma de llave entre el edificio y su cimentación, incluso para grandes movimientos de la base. Con esta nueva tecnología es ahora posible aislar completamente el rascacielos más alto de movimientos sísmicos. El rascacielos protegido con este sistema no experimenta el efecto de látigo por sismos, ni rompimiento de ventanas o vuelo interno del contenido. Gracias al principio de diseño, un rascacielos se vuelve con esta tecnología tan estable y robusto como una estructura de marcos de acero con la ventaja adicional de que no sigue los movimientos del terreno y que no experimenta deformaciones o daños en la construcción, por lo que alcanza la seguridad antisísmica perfecta.

Al aplicar el procedimiento inventado para el apoyo de edificios u objetos, se genera la posiblidad de movimiento del punto de apoyo tal como el extremo inferior de un péndulo con período largo y que constituyen por tanto un péndulo virtual, alcanzándose así la seguridad antisísmica al nivel de la perfección. Los desplazamientos máximos en los aisladores conocidos son insuficientes en caso de sismos fuertes. Cuando estos valores se superan, el edificio puede dañarse o destruirse.

Dado que el sistema inventado puede aplicarse para amplitudes de vibración extremadamente grandes, ofrece seguridad incluso en las cercanías del epicentro de un sismo fuerte, donde ocurren las mayores amplitudes de vibración del terreno y donde los actuales sistemas de protección ya no son aplicables. El sistema del presente invento satisface ampliamente la función de protección, en la medida en que las aceleraciones horizontales transmitidas desde la cimentación hasta el edificio se restringe a insignificantes valores menores a 0.01 g. La tecnología del presente sistema de protección antisísmica ofrece ventajas únicas con respecto a la tecnología disponible, gracias a las capacidades y a las características del sistema. No existe ningún método conocido que presente un comportamiento comparable. Con la ayuda de este principio revolucionario se ha alcanzado la solución del problema mundial de enfrentar exitosamente la amenaza de los terremotos. 4 Descripción del invento El invento ofrece un sistema de aislamiento de la base que consiste de un dispositivo portante compacto, de acción pasiva, que puede ser instalado en la cimentación o planta baja de un edificio. El sistema impide la transferencia de vibraciones e impactos del movimiento del terreno hacia el objeto protegido. La estructura protegida se aisla totalmente del movimiento horizontal del terreno a través de los nuevos dispositivos portantes, mientras que el modo fundamental de vibración del objeto se desacopla de la vibración de la base. Los daños sísmicos se previenen de esta forma efectivamente. El principio del péndulo virtual es efectivo para todas las frecuencias dominantes del sismo y para todas las aceleraciones sísmicas y puede aplicarse para todas las amplitudes de vibración necesarias.

La estructura portante configurada de acuerdo al procedimiento del péndulo virtual puede construirse para todas las amplitudes de vibración necesarias, para todas las probables cargas verticales y sin requerir mantenimiento. El dispositivo es adecuado para la seguridad antisísmica de objetos de todo tipo, para desacoplarlos de las vibraciones del terreno y puede instalarse también en estructuras existentes. Esta nueva tarea se resuelve soportando la estructura a proteger sobre dispositivos portantes, acá llamados módulos de protección antisísmica, que se conectan al suelo a través de una cimentación común o de distintas cimentaciones independientes, por un lado, y a la estructura a soportar en distintos puntos, por el otro, permitiéndole a estos puntos de apoyo movimientos en todas las direcciones con amplitudes de vibración considerables y con mínimas fuerzas de recuperación y por tanto mínimas aceleraciones. El invento consiste de un sistema portante insensible a los terremotos para el apoyo y soporte de estructuras de todo tipo como edificios, puentes, torres, plantas industriales y nucleares, así como otros objetos. El sistema portante se instala entre la cimentación y la estructura a soportar y evita el ingreso a esta última de los movimientos sísmicos de interacción, de las aceleraciones y de las fuerzas dinámicas provenientes del movimiento oscilatorio, para protegerla de los efectos destructivos provenientes de los terremotos. Para el amortiguamiento y reducción de las vibraciones verticales sísmicas se hace necesario la utilización de sistemas de resortes mecánicos, hidroneumáticos o viscoelásticos con una muy baja rigidez, en combinación con los apoyos del péndulo virtual. 4.1 Planteamiento de la tarea y del objetivo El presente invento tiene como tarea presentar un procedimiento y un dispositivo para la seguridad sísmica, con el fin de aislar ampliamente un edificio o estructura del movimiento del terreno de tal forma que independientemente de la magnitud del terremoto no se transmita fuerza alguna con efectos destructivos al edificio. Debe impedirse la resonancia del edificio ante las vibraciones del terreno. La frecuencia fundamental del objeto en su apoyo debe ser lo suficientemente distinta de la frecuencia fundamental del terreno de forma tal que ambos sistemas vibratorios estén desacoplados y que las aceleraciones y fuerzas de impacto del movimiento del terreno no se transmitan al sistema estructural. Cuando entre las frecuencias dominantes del sismo y la frecuencia fundamental del sistema portante junto con la estructura apoyada existe un factor de 20 ó mayor, no se espera que la excitación de altas frecuencias transmita vibraciones del terreno al sistema estructural. Si la estructura soportada tuviera un período de vibración igual o mayor a 20 s, no se esperarían riesgos sísmicos en la estructura. Este comportamiento portante y las correspondientes bajas aceleraciones son muy difíciles de percibir físicamente. 4.2 Planteamiento para resolver el problema Las siguientes consideraciones básicas se utilizan para la deducción de la solución requerida del problema. El punto de partida del razonamiento es la suspensión de una masa de un péndulo. FIG.5 La masa 1 actúa como una masa puntual en el extremo inferior del péndulo. Cuando la masa 1 se desplaza una distancia e de su posición estática de reposo, experimenta simultáneamente un ascenso de una distancia h, ya que el péndulo 2 con longitud I junto con el extremo inferior 3 del péndulo describe una circunferencia de radio r = I respecto del punto de suspensión 4. Dado que los movimientos pueden ocurrir en todas las direcciones, respecto a dos ejes, el extremo inferior del péndulo (el punto de suspensión de la masa) describe una superficie esférica cóncava. El ascenso de la masa 1 en una altura h le concede a la masa una energía potencial mayor. Al desaparecer el efecto de la fuerza que provocó en la masa 1 el desplazamiento e y el ascenso de la masa una altura h, la fuerza de tensión en el péndulo Z y la fuerza proveniente del peso (m • g) provocan una fuerza de reacción R, que tiende a conducir a la masa en el extremo 3 del péndulo a la posición de reposo. De esta forma, la masa 1 traspasa la posición de reposo y la vibración tiende a reducirse debido a la fricción del amortiguamiento. Las mismas consideraciones ocurren no cuando la masa se desplaza de su posición de reposo, sino cuando el punto de suspensión 4 del péndulo 2 sobre la estructura portante 5 se desplaza lateralmente con respecto a la base 6. De esta forma el péndulo se desplaza angularmente debido a la acción de la fuerza de inercia de la masa, mientras que la masa se eleva. El movimiento posterior de la masa se debe al comportamiento dinámico del péndulo.

La frecuencia circular de vibración se define como: g aceleración de la gravedad / longitud del péndulo El comportamiento oscilatorio del péndulo está determinado exclusivamente por la longitud del péndulo. La frecuencia del péndulo es: El período de vibración se define como: Una longitud grande del péndulo implica por tanto una baja frecuencia de vibración del péndulo y un largo período de vibración. En caso de que la diferencia entre la frecuencia de vibración del péndulo y la frecuencia de vibración de la base sea muy grande, ambos movimientos estarán ampliamente desacoplados. Cuando por ejemplo el punto superior de suspensión del péndulo se desplaza debido a una vibración horizontal sísmica de la base con una frecuencia típicamente entre 0.5 Hz y 2 Hz, teniendo el péndulo debido a su larga longitud una muy baja frecuencia fundamental con respecto a las frecuencias dominantes de la excitación, la masa del objeto no sigue el movimiento de la base, sino que se mantiene casi en reposo. Cuando la masa comienza a oscilar con una velocidad muy baja debido a su largo período fundamental de vibración, el punto superior de suspensión del péndulo se desplaza en la dirección contraría con altas frecuencias antes de que la masa puntual se haya desplazado de su posición inicial. Esta reversión ocurre repetidamente durante la oscilación continúa, de forma que la masa se mantiene casi en su posición inicial. Para alcanzar el desacople deseado son necesarias longitudes grandes del péndulo. Sin embargo, la realización de longitudes grandes del péndulo resulta sumamente impráctica.

El péndulo acá considerado, que tiene su extremo superior articuladamente suspendido, representa un elemento portante estable, ya que tiende a regresar a su posición de reposo debido a la aceleración gravitacional actuante en la posición más baja del centro de cargas de la masa soportada. La realización del llamado "péndulo virtual" con una longitud física corta pero trabajando efectivamente con las características de un péndulo de una larga longitud y por tanto de período alto, está basada en el principio que la acción de los elementos portantes estables elevan a la masa suspendida, mientras que la acción de los elementos portantes inestables que descienden a la masa soportada, están acopladas de forma tal que los efectos ascendentes dominan ligeramente el nivel suficiente. Bajo la influencia de la aceleración gravitacional, la masa suspendida por elementos portantes estables busca la posición de menor energía potencial, dentro de los límites de su movilidad. Si la masa es guiada en su movilidad por un péndulo, cualquier desplazamiento desde su posición inicial incrementa su energía potencial. Al encontrarse acelerada por la acción de la gravedad, regresará a su posición original de reposo. La posición de la masa puede considerarse estable. Por el contrario, si la masa al ser desplazada de su posición inicial dentro de los límites de su movilidad disminuye su energía potencial, la aceleración de la gravedad favorecería esta disminución de la energía potencial. En este caso la posición de la masa se consideraría inestable. Al acoplar y superponer ambas influencias, los desplazamientos de la masa estable y los desplazamientos de la masa inestable, por medio de una selección adecuada de la geometría de los elementos de acoplamiento, ocurren solamente movimientos de ascenso que implican un incremento en la energía potencial de la masa. El péndulo desplazado regresa lentamente a su posición original, lo que implica un período natural alto del sistema.

Esto representa la acción de un péndulo de gran longitud. Así, de acuerdo al presente invento, no existe un péndulo real físicamente largo, sino que existe un dispositivo que simula efectivamente la acción de un péndulo largo con un período alto, a pesar de sus dimensiones físicas relativamente pequeñas. Esto es definido acá como un péndulo «virtual" con un período alto.

Aunque el así llamado péndulo virtual presenta una construcción física de poca altura, se comporta con las características de un péndulo de gran longitud con un alto período natural de oscilación. Si al disponerse de una cierta altura en la habitación de instalación, la cual determina la longitud I del péndulo 2, el ascenso h se vuelve muy grande, entonces debe superponerse un valor negativo, un descenso, cuyo resultado es un ascenso menor, la meta deseada. Esto puede lograrse acoplando un péndulo colgante estable y un péndulo invertido inestable de la forma adecuada. Al desplazarse horizontalmente, los elementos acoplados colgante e invertido, así como sus desplazamientos verticales positivo y negativo respectivamente se adicionan para producir un desplazamiento vertical resultante. Debido a que los desplazamientos verticales de ambos elementos de apoyo ocurren armónicamente con respecto al desplazamiento horizontal, como resultado de funciones circulares, la suma (o diferencia) de ambos desplazamientos verticales ocurre también armónicamente con respecto al desplazamiento horizontal. FIG.6 ilustra esta situación. La masa puntual 3 del péndulo estable 2 con longitud I experimenta un ascenso h cuando se desplaza horizontalmente una distancia e. h = l 1 - cos arcsin — (4) l El extremo superior del péndulo invertido inestable 7 con longitud ls es descendido verticalmente una cantidad s cuando el desplazamiento horizontal es es - cosí arcsin — (5) Al sumar algebraicamente los movimientos verticales de ambos elementos de apoyo, se obtiene un ascenso hrßs.

Las relaciones a : ß y e : es están influenciadas por el tipo de acople utilizado y por la relación libremente escogida I : ls . Al superponer los desplazamientos verticales de los péndulos estable e inestable, se obtienen los resultados descritos en FIG.6. El ensamble de los péndulos estable e inestable puede realizarse de diversas maneras. Las influencias de las distintas palancas en los ascensos o descensos transmitidos proporcionalmente a los elementos de apoyo o a los elementos de acople pueden utilizarse para definir los puntos de apoyo de las cargas adecuados, que producirán el ascenso deseado a través del acople de los ascenso y descenso proporcionales de ambos tipos de péndulo.

FIG.7 El desplazamiento horizontal ep del punto de apoyo escogido, que es el extremo inferior del péndulo virtual, es una función o aproximadamente proporcional al desplazamiento e del péndulo colgante estable. De esta forma tanto el ascenso como el descenso superpuesto del punto de apoyo del extremo inferior del péndulo virtual son función de o proporcionales al ascenso o descenso de las masas puntuales de los péndulos colgante estable e invertido inestable. El ascenso hp de la masa puntual del péndulo virtual, como una función del desplazamiento fuera de la posición media del reposo, representa como una primera aproximación un círculo. Al girar en torno a dos ejes, el punto P describe un casquete esférico cóncavo. El radio p es la longitud lpdel péndulo virtual. FIG.8 El elemento portante 2 es un péndulo colgante estable con longitud lh y el elemento portante 7 es un péndulo invertido inestable con longitud ls. Si el péndulo colgante portante 2, gira el ángulo a, el extremo móvil del péndulo experimenta el ascenso h. Si el péndulo invertido portante 7, gira un ángulo ß, el extremo móvil del péndulo desciende una distancia s. El extremo móvil del péndulo colgante portante 2, describe una superficie esférica cóncava. El extremo móvil del péndulo invertido portante 7, describe una superficie esférica convexa. FIG.9 De acuerdo al presente invento, los extremos móviles del péndulo colgante portante 2, y del péndulo invertido portante 7, están acoplados por medio del elemento 8. Al tener las oscilaciones de ambos péndulos acopladas, el extremo del elemento de acople 8 que se encuentra más cerca del péndulo invertido portante 7, es descendido durante la oscilación. El extremo del elemento 8, que se encuentra más cerca del péndulo colgante portante 2, es elevado durante la oscilación. El elemento de acople 8 con una longitud c contiene al punto P, que es el punto de apoyo del objeto soportado. Dicho punto P, que divide la longitud del elemento de acople 8 de acuerdo a la relación a : b , experimenta sólo un pequeño ascenso durante la oscilación de ambos elementos de apoyos en cualquier dirección, dentro del intervalo de los desplazamientos horizontales esperados.

Lo anterior está determinado por la selección adecuada de las longitudes , lh, c y por la relación de a a b. Cuando se reduce la longitud lh del péndulo colgante portante 2, y este péndulo experimenta una deflexión e, el extremo del péndulo colgante asciende una cantidad mayor h. Al aumentar la longitud ls del péndulo invertido portante 7, y este péndulo sufre una deflexión e, se obtiene un menor descenso s. El punto P del elemento de acople 8, que divide la longitud c en una relación a : b, debe ubicarse de tal forma que el ascenso del punto P debido a la oscilación e del péndulo colgante portante 2, sea siempre positiva pero se mantenga mínima. Si el elemento de acople 8 está imposibilitado, a través de un apoyo adecuado, para rotar respecto al eje vertical H, se aplican las mismas conclusiones cuando las oscilaciones de los elementos portantes 2 y 7 ocurren también en todas direcciones, tal como se muestra en FIG.10, que muestra una planta de la situación. FIG.10 El elemento de acople 8 gira respecto al eje Q en sus apoyos B, que están rígidamente conectados a la masa apoyada y está, por tanto, imposibilitado a rotar respecto del eje vertical H. El extremo libre del péndulo suspendido portante 2, describe una esfera cóncava K. El péndulo invertido portante 7, describe una esfera convexa V. Si el extremo libre del péndulo portante colgante 2, oscila una cantidad e en cualquier dirección, el punto P del elemento de acople 8 así como el eje Q son elevados de la misma forma como si la vibración ocurriera en dirección del eje X. También el punto de apoyo que conecta al elemento de acople 8 con el elemento portante 7 sufre el mismo descenso cuando los péndulos portantes 2 y 7, oscilan en cualquier dirección, así como en la dirección del eje X. Por tanto, el punto P del elemento de acople 8 asciende con la oscilación en cualquier dirección de los péndulos acoplados. Como se muestra en la FIG.9, el punto P se mueve como el extremo libre de un péndulo colgante largo con longitud lv, representando el extremo inferior de un péndulo virtual de gran longitud. FIG.11 Con un desplazamiento e del elemento de acople 8 en la FIG.9 desde su posición de reposo y un ascenso hp del punto P se define la longitud del péndulo virtual, de acuerdo a la FIG.9 e2 + / = P— (ß) 2hp W La frecuencia circular del péndulo virtual es: La frecuencia natural del péndulo virtual es: El período del péndulo virtual es: t- La velocidad máxima del punto P del extremo libre del péndulo virtual es: La aceleración máxima del extremo libre del péndulo virtual y por tanto del objeto apoyado es Satisfaciendo la misma funcionalidad, los elementos de apoyo 2 podrían ser diseñados como cables para economizar elementos mecánicos, ya que los elementos de apoyo 2 están sujetos exclusivamente a cargas de tensión. FIG.12 muestra una variante de este principio.

Adicionalmente a la selección de las relaciones lh a ls y a a b, la selección del ángulo ? de la palanca efectiva b del elemento de acople 8, así como la introducción de un ángulo relativo a la palanca efectiva a, determinan el ascenso del punto P y por tanto la longitud efectiva del péndulo virtual. Las dimensiones pueden ser escogidas de forma tal que la longitud efectiva lv del péndulo virtual sea múltiplo de la altura del dispositivo de protección antisísmica. De esta forma es posible determinar que la frecuencia de oscilación del péndulo virtual y la masa m que soporta es significativamente menor que la frecuencia de oscilación de la base 6 causada por los movimientos horizontales de un sismo. Lo anterior conduce a un desacople de la posición del objeto soportado por los péndulos virtuales respecto de los movimientos horizontales del terreno. Las aceleraciones máximas que afectarán al edificio o a cualquier objeto soportado pueden ser deducidas del comportamiento de un péndulo matemático según la ecuación (11). Un diseño y proporcionamiento adecuado permite una reducción de esta aceleración máxima a un valor tal que se vuelve fisiológicamente imperceptible. Esta efectividad es independiente de la magnitud de las aceleraciones horizontales que la base 6 sufre debido a un sismo. Esta casi ausencia de movimiento de un edificio soportado por péndulos virtuales de longitud efectiva grande y período alto no está influenciada por la magnitud del sismo. La FIG.13 corresponde en su principio fundamental a la solución de FIG.9 y FIG.12. Sin embargo acá se separa la palanca con longitud efectiva b de la palanca con longitud a y se articula en una posición superior al elemento portante WL , que soporta parcialmente a la masa m. De acuerdo a esta solución, el péndulo colgante estable 2 y el péndulo invertido inestable 7 con longitudes lh and ls , respectivamente, ocupan una porción mayor de la altura disponible. Sin embargo, el sistema posee una mayor capacidad de desplazamiento en relación a la altura disponible para la instalación, con el mismo ángulo máximo disponible de oscilación biaxial de los elementos portantes articulados 2 y 7. El elemento de acople 8 está conectado al elemento de acople 8b a través del soporte de acople 8a, que posee articulaciones monoaxiales en cada extremo. El elemento de acople 8b está articulado con el elemento de apoyo WL y está soportado, biaxialmente articulado, por el péndulo invertido inestable 7. Este comportamiento corresponde a los diagramas de FIG.9 y FIG.12. FIG.14 y FIG.15 muestran el intervalo de oscilación de la masa soportada con respecto a la base en ambas direcciones. FIG.16 muestra el intervalo de oscilación del objeto soportado con respecto a la base en tres fases de movimiento con una amplitud de oscilación S. FIG.17 representa como el punto de apoyo inferior del péndulo colgante estable portante 2 asciende la distancia h, ante una carrera de oscilación S de la base 6 y del punto de apoyo del péndulo virtual conectado a la base 2, debido al movimiento oscilatorio. Puede observarse también como el punto de apoyo superior del péndulo invertido inestable portante 7 desciende la distancia s, mientras el objeto soportado 1 experimenta un ascenso hp correspondiente a la carrera del movimiento del péndulo virtual Pv. FIG.18 Este diagrama muestra un sistema con un elemento de acople triangular 9. FIG.19 muestra una planta del sistema descrito en FIG.18. El elemento de acople 9 está articulado biaxialmente a los tres elementos de apoyo 11. Cada elemento de apoyo 11 está biaxialmente articulado a la base 6 con un ángulo d en los tres puntos de apoyo 10.

Si se eleva un elemento de apoyo 11 en su extremo articulado inferior 12 a un lado del elemento de acople 9, debido a que su punto de apoyo superior 10 es desplazado hacia afuera desde el centro del elemento de acople 9 por el desplazamiento de la base 6, y debido a que el elemento de acople 9 por su inercia y por la inercia de la masa de un objeto apoyado en el centro 13 del elemento de acople 9, permanecen atrás del movimiento relativo de la base 6, dado que el lado opuesto del elemento de acople 9 de los puntos de conexión 12 de los elementos de apoyo 11 descienden, debido a que la posición media original de los elementos de apoyo 11 no es vertical sino inclinada hacia la mitad común.

Debido a la posición inclinada inicial de los elementos de apoyo 11 , en un ángulo d, el descenso de un extremo del elemento de acople 9 es menor que el ascenso del extremo opuesto, con lo que el centro 13 del elemento de acople 9 asciende. La relación del ascenso de un extremo del elemento de acople 9 al descenso del extremo opuesto está influenciada por el ángulo d, medidos con respecto a la posición de reposo del elemento 9, así como por la selección de las dimensiones geométricas relativas de los elementos de apoyo y del elemento de acople. Si se mueve la base en todas las direcciones, el centro 13 del elemento de acople 9 se desplaza describiendo un casquete esférico cóncavo, con radio de curvatura p . El centro 13 del elemento de acople 9 se mueve como si estuviera suspendido de un péndulo virtual de longitud p. Si se moviera horizontalmente una cantidad e, el centro 13 del elemento de acople 9 asciende una cantidad h, y el elemento de acople 9 se inclina una magnitud angular ?. FIG.20 Si en el centro 13 del elemento de acople 9 se encuentra un elemento portante vertical 14 de longitud l„ rígidamente fijo, entonces esta unidad representa un péndulo invertido físicamente inestable, cuya parte inferior está articulado biaxialmente, y cuando gira alrededor del pivote inferior momentáneo, se eleva una cantidad h, debido al acople por medio del elemento de acople 9 a los elementos de apoyo 11 , como se muestra en FIG.19.

Al girar el ángulo ?, el punto de apoyo P de la masa soportada, en el extremo superior del elemento 14 de longitud lp, junto con el elemento de acople 9, experimenta un descenso relativo de una magnitud: sp = lp (7 - eos ?) (12) y un desplazamiento adicional excéntrico: u = lp - sin ? (13) El desplazamiento total excéntrico del punto P se expresa: e — e + u e = e + lp - sin ? (14) El ascenso resultante del punto P es: hp = h - sp FIG.21 El punto P, el extremo superior del elemento de apoyo 14, se mueve en una superficie cóncava, de una curvatura suave. La curvatura y la posición estable son determinadas por las dimensiones relativas de cada elemento de una unidad a otra y, particularmente, por la altura lp. La selección de la longitud lp está limitada por la altura a partir de la cual el sistema se vuelve inestable. El dispositivo de acuerdo a la FIG.21 representa un péndulo virtual que soporta a un objeto en apoyo biaxial en el punto P, de forma tal como si el objeto soportado estuviera suspendido de un péndulo largo con longitud lv, moviéndose en una superficie curva de radio p. Con e y. hp de las ecuaciones (14) y (15) se determina la longitud del péndulo virtual por medio de la ecuación (6). Adicionalmente se aplican las ecuaciones (7) a (11). Con aproximadamente la misma funcionalidad, los elementos de apoyo 11 pueden ser diseñados como cables para economizar elementos mecánicos, debido a que los elementos de apoyo 11 están sujetos exclusivamente a cargas de tensión.

El punto de apoyo de la carga de los módulos de protección antisísmicos posee una movilidad espacial como si fuera el extremo inferior de un péndulo muy largo. Este punto se mueve sobre una superficie virtual ligeramente curva. El punto de apoyo de carga tiende siempre hacia la posición más baja, es decir, al centro de la superficie. A menor curvatura de esta superficie, menor es también la fuerza de atracción gravitacional compensatoria y menor es la velocidad de movimiento del punto de apoyo de la carga hacia el centro de la superficie. FIG.22 muestra otro ejemplo de un péndulo virtual de acuerdo al método definido en la reivindicación 1. La estructura portante 5, que está conectada con la base 6, está biaxialmente articulada con al menos dos elementos portantes estables, péndulos colgantes verticales 2, que soportan un elemento de acople de viga o un elemento de acople de plataforma 8. A través del centro del elemento de acople 8 se alcanza un elemento portante vertical 14, anclado en un apoyo verticalmente sostenido y móvil biaxialmente. Su extremo inferior está ubicado en un apoyo de bola 43, con movilidad axial pero horizontalmente fijo. En el apoyo 43, el elemento portante vertical 14 puede girar con respecto a todos los ejes horizontales.

El centro del apoyo 59 posee la misma movilidad espacial del extremo inferior del péndulo oscilante 2 de longitud lh y asciende una distancia h cuando se desplaza horizontalmente la distancia e. En el ejemplo de la FIG.22, el extremo superior del elemento portante 14 experimenta un ascenso negativo, es decir, un descenso. Este punto, por tanto, sería inadecuado como punto de apoyo de cargas. El extremo superior, al desplazarse de su posición inicial, describe una superficie convexa, tal como lo haría de un péndulo invertido. Esto representa un péndulo virtual invertido inestable de longitud Lv¡. Si existiera una carga en el extremo superior del elemento 14, dada la relación existente entre su dimensión y las de los otros elementos acoplados 2 y 8, éste sería inestable. Este elemento aisladamente, sin estar acoplado al resto, sería inestable. Sólo al estar acoplado a otros elementos, los que estabilizan la influencia de las cargas predominantes, el sistema total se vuelve estable y constituye un péndulo virtual portante.

Para alcanzar la estabilidad portante, debe escogerse una longitud la tal que se obtenga un ascenso positivo hres. El punto de apoyo de cargas P describe por tanto una superficie cóncava. El punto de cargas escogido P, junto con la longitud l„ desde el punto de apoyo 59, asciende la distancia hp si se desplaza de su posición inicial. El punto de apoyo de cargas P representa por tanto el extremo inferior de un péndulo virtual con longitud lv. FIG.23 muestra las curvaturas descritas por el punto inferior de apoyo de cargas de los péndulos colgantes 2, por el centro del elemento de acople 8 y por el punto de apoyo de cargas ubicado en el extremo superior elemento portante vertical 14. FIG.23a, 23b, 23c muestra las configuraciones de desplazamiento del objeto soportado 1 con respecto a la base 6 en las condiciones de máximo desplazamiento y superposición de las mismas. FIG.24 muestra esquemáticamente un péndulo virtual de acuerdo al principio ilustrado en las FIG.22 y 23c, mostrando su posición de reposo y sus configuraciones de movimiento de la base 6 con respecto al objeto soportado 1. Si la base 6 se desplaza una cantidad e sísmicamente, el objeto 1 , soportado por los péndulos virtuales asciende la mínima distancia de hp. La magnitud del desplazamiento s de la base 6 con respecto a la altura HM de los módulos de protección antisísmicos muestra que con la altura promedio entre pisos es posible alcanzar grandes amplitudes de oscilación. Las características del movimiento representan a un péndulo matemático. Su período natural está determinado sólo por la longitud efectiva del péndulo virtual. Esto puede ejemplificarse a través de un péndulo de reloj. Si durante un sismo los puntos de apoyo superiores de los péndulos 2, que están conectados a la base oscilante, se mueven en una y otra dirección, la masa suspendida del péndulo virtual no puede seguir el movimiento oscilante rápido del punto de apoyo superior del péndulo, debido a su inercia, determinada a su vez por las características del péndulo virtual. Si el cambio de dirección del movimiento ocurre rápidamente, la masa soportada se mantiene prácticamente en reposo. 4.3 Resultado de la solución del problema El presente invento ofrece la solución al problema, de acuerdo al método de la reivindicación 1 y a los dispositivos descritos que se deducen del mismo.

Los diseños ventajosos del invento constituyen los temas de las sub-reivindicaciones.

El invento asegura la ausencia de resonancia del edificio cuando se producen vibraciones del terreno debidas a sismos. Las aceleraciones horizontales y las fuerzas cortantes del movimiento del terreno no son transmitidas a la estructura del edificio. Esto constituye una protección antisísmica integral, que cubre al edificio u objeto incluso contra las máximas vibraciones horizontales del terreno. Con el método del presente invento y con la selección adecuada de los parámetros de diseño es posible mantener al objeto soportado casi sin movimiento, incluso si el terreno se mueve con grandes amplitudes y altas aceleraciones. La aplicación del principio del invento prolonga el período de oscilación natural del objeto soportado. Consecuentemente, debido a la fuerza de inercia de la masa, el objeto no puede seguir los movimientos oscilatorios del terreno y de la cimentación. El objeto protegido o edificio permanece totalmente en reposo incluso en caso de un sismo con la máxima magnitud. Esta eficiencia puede probarse matemáticamente de una forma transparente. El comportamiento del invento como una protección antisísmica efectiva se ha podido demostrar a través de una simulación en un modelo a escala reducida con aceleraciones de hasta 1.2 g. De esta forma, el objeto es aislado completamente de los movimientos horizontales del terreno. Es un sistema de aislamiento de base efectivo, una estructura portante de poco peso, que permite al objeto soportado una movilidad espacial, tal como si estuviera suspendido de un péndulo muy largo. El dispositivo portante es llamado un péndulo virtual con período largo de oscilación. Los parámetros de diseño pueden escogerse dentro de un amplio intervalo. La diferencia entre la frecuencia natural de oscilación del sistema y las frecuencias dominantes de la oscilación sísmica puede determinarse de tal forma que los sistemas de oscilación de la estructura y de la base estén totalmente desacoplados. La estructura soportada, por tanto, permanece verticalmente en su posición de reposo. Dado que la estructura soportada no puede seguir los movimientos de oscilación del terreno, no existen fuerzas de reacción de masa causadas por aceleraciones. Consecuentemente, no existen fuerzas cortantes peligrosas y se previenen todos los daños sísmicos.

La masa del edificio es suspendida de péndulos «virtuales" con una gran longitud efectiva, con el punto de suspensión ubicado a una determinada altura sobre el edificio. Los módulos de protección antisísmicos, basados en un péndulo virtual, ofrecen una protección efectiva contra sismos de hasta la máxima magnitud y potencial destructivo. Por primera vez es posible diseñar y equipar cualquier tipo de estructura, nueva o existente, incluyendo rascacielos y torres esbeltas, completamente a prueba de sismos. El nuevo módulo de protección antisísmica alcanza las características del comportamiento de un péndulo muy largo, sin su extensión vertical física. Representa por tanto un péndulo «virtual" con una gran longitud efectiva. Requiere poca altura de instalación, ya que se adapta en un solo piso, que puede ser el sótano o primera planta de un edificio.

El punto de apoyo superior del péndulo virtual está conectado rígidamente con la base a través de la estructura de apoyo del módulo de protección antisísmico. Una masa suspendida de un péndulo largo sólo se puede mover muy lentamente. El tiempo requerido para una oscilación es grande. Con esta tecnología, el período del sistema del péndulo virtual puede ser libremente escogido, por ejemplo 20 segundos o mayor, mismo que determina el diseño de los miembros estructurales del dispositivo. Los típicos períodos de oscilaciones sísmicas se ubican entre 0.5 y 2 segundos. Si el punto superior de suspensión del péndulo es desplazado rápidamente, la masa suspendida del péndulo se desplaza a su nueva posición con una velocidad determinada por las características de oscilación de un péndulo con una longitud grande. El comportamiento del sistema de protección antisísmica no está determinado por la magnitud del impulso. Independientemente de la magnitud del sismo, de la velocidad del terreno, de la aceleración de la cimentación del edificio, del contenido de frecuencias de la oscilación sísmica, de la naturaleza armónica o transiente de la excitación, el resultado es siempre el mismo. Cualquier aceleración transferida a la estructura soportada es reducida a valores menores de 0.01 g, que son difícilmente perceptibles. La eficiencia protectiva de este principio es siempre la misma para todas las velocidades y aceleraciones del terreno. La estructura soportada se mueve muy poco tanto en sismos débiles como en el más fuerte posible. De acuerdo al principio del presente invento, no se redistribuye, transforma o absorbe energía, sino que no se transmite ninguna energía del movimiento a la estructura.

Dado que no se permiten los movimientos oscilatorios, tampoco ocurren fuerzas de reacción causadas por aceleraciones, con lo que se previenen los daños sísmicos. El objeto soportado es aislado completamente de los movimientos horizontales del terreno, alcanzando el aislamiento de base efectivo máximo. De esta forma, un edificio no requiere el refuerzo adicional antisísmico, como lo prescriben los reglamentos modernos de construcción. Un modelo a escala reducida ha demostrado los comportamientos predichos y esperados. 4.4 Fricción ampliamente reducida con los desplazamientos horizontales En el presente invento, debido al principio de diseño de la solución, la fricción existente físicamente en los puntos de apoyo de los elementos estructurales es efectivamente reducida a grandes niveles, lo que implica una baja resistencia lateral de la masa desplazada. El resultado es un coeficiente de fricción extremadamente bajo. Por lo tanto, no existen fuerzas de aceleración importantes debidas a fricción que se transmitan de la base a la estructura. Consecuentemente, el edificio puede desplazarse fácilmente. Las fuerzas de viento podrían fácilmente desplazar al objeto soportado desde ia posición de reposo hasta el máximo desplazamiento posible. Consecuentemente, si ocurre un sismo cuando el objeto se encuentra desplazado de su posición inicial, el desplazamiento disponible real sería reducido en la dirección del desplazamiento inicial debido a la acción del viento. El principio de diseño de la estructura de apoyo de la nueva solución reduce físicamente la fricción efectiva a valores muy bajos, por medio de un alto factor de reducción. La resistencia al desplazamiento es: W = m *g *µmd (16) valores alcanzados: µmd= 0,002 0,004 Consecuentemente, debido a la baja fricción efectiva, se transmiten sólo fuerzas muy bajas debido a la aceleración de la masa soportada. El espacio disponible para desplazamientos adicionales nunca debe ser menor que el desplazamiento potencial posible del sismo esperado. Es necesario, por tanto, adicionalmente a la tarea inicial de aislar el objeto soportado de los movimientos del terreno, incluir elementos en la solución integral que mantengan a la estructura en su posición centrada cuando ocurra un sismo. 4.5 Centrado de los objetos soportados y compensación de las fuerzas de viento Los movimientos de los puntos de apoyo del objeto soportado sobre módulos de protección antisísmica ocurren en una superficie cóncava de curvatura muy suave que puede aproximarse a un casquete esférico. La curvatura de la superficie descrita por el punto de apoyo al desplazarse no es constante, lo cual no afecta ni la funcionalidad ni el comportamiento del sistema. Cuando se desplaza totalmente, ocurre un ascenso en la fuerza de reubicación causado por la gravedad, el cual produce un autocentrado del punto de apoyo. Sin embargo, el punto de apoyo puede no quedar ubicado justo en la posición central, debido a la fricción existente. La fuerza cortante efectiva que actúa en el sistema cuando se produce un desplazamiento desde su posición de reposo y que resulta de la inercia de la masa del objeto suspendido del péndulo virtual es: SH = m- (17) SH fuerza cortante debida a la gravedad m masa soportada g aceleración de la gravedad e desplazamiento desde la posición media lv longitud del péndulo virtual La resistencia horizontal al desplazamiento debida a la fricción es: WH = m - g - µred (18) WH resistencia horizontal contra el desplazamiento µred coeficiente reducido de fricción La resistencia horizontal contra el desplazamiento, de acuerdo al principio de diseño de los módulos de protección antisísmica, es extremadamente baja. Esto se debe al hecho de que el coeficiente de fricción es reducido de acuerdo a la relación de la mitad del diámetro de las esferas de los elementos de apoyo del péndulo entre la longitud del péndulo.

El coeficiente de fricción reducido se calcula como: D, /2 µre?¡ = µ-? L,p- m µ coeficiente de fricción de los apoyos esféricos del péndulo. D diámetro de los apoyos esféricos de los elementos de apoyo del péndulo LP longitud de los elementos portantes del péndulo Debido al desacople deseado de los movimientos del terreno, la superficie de movimiento del extremo inferior del péndulo presenta una muy baja curvatura en el área central. Sin embargo, a pesar de la extremadamente baja fricción existente, aparece con la vibración una histéresis con un desplazamiento horizontal de la posición media: A = /v / sin (are sin ' are eos µ^d) (20) AH desplazamiento horizontal final desde la posición media El concepto de los módulos de protección antisísmicos permite diseñar para desplazamientos probables grandes, tal que en el caso de movimientos extremos del terreno, exista aún suficiente espacio disponible respecto a la base, aún cuando la posición inicial no fue la posición media. La posición inicial del edificio puede variar debido a las fuerzas de viento y debido a las distintas posiciones que se alcanzan cuando finaliza el sismo. Si esto no fuera de importancia, no se requeriría un centrado adicional del edificio y resistencia contra fuerzas de viento. Sin embargo, es necesario que el edificio permanezca en la misma posición, por lo que puede instalarse un dispositivo de autocentrado como se describe a continuación.

FIG.25 muestra una solución simple para el centrado y fijación horizontal. Tal dispositivo es necesario en al menos 2 puntos del edificio. Este puede también integrarse dentro de los módulos de protección antisísmica. Un resorte preesforzado 41 se conecta a la base en su extremo inferior. En el extremo superior, el resorte soporta al fuste 42, que se adhiere axialmente móvil dentro de un apoyo esférico 43, el cual es conectado rígidamente a la estructura soportada. El resorte 41 es sometido a una tensión tal que la fuerza de palanca horizontal en la posición del apoyo 43 equilibra cualquier fuerza de viento esperada, sin flexionar el resorte 41 , que levantaría los espirales en un lado del resorte y por tanto inclinaría al fuste 42. Si ocurriera un movimiento horizontal de la base con respecto a la masa soportada del edificio debido a un sismo con altas aceleraciones, causaría un impulso de la masa acelerada del edificio que sobrepasaría significativamente cualquier carga de viento, por lo que debido a la acción del momento resultante en el fuste 42 se flexionaría el resorte 41. La base experimenta un desplazamiento e con respecto al edificio. Si se experimenta un cambio adicional, después de soportar el momento inicial, la fuerza ya no aumenta linealmente sino desaceleradamente. Por tanto, se mantiene una baja fuerza de reacción del resorte debido a la amplitud de oscilación S. La fijación horizontal puede también aplicarse en la posición contraria, mientras la unión 43 se conecta a la base 6 o se encierra dentro de la cimentación, y el fuste 42 se suspende hacia abajo del resorte 41 conectado al elemento estructural 51. FIG.26 muestra una solución comparable para mantener al edificio centrado por medio de un bloque elástico de acero y hule 48. Al dimensionarse adecuadamente, esta solución ofrece un comportamiento comparable al de FIG.25. La diferencia es que acá no existe interrupción del momento. Desde el inicio, los movimientos ocurren linealmente dependiendo de la fuerza horizontal. Esta solución es aplicable también para la posición opuesta. FIG.27 muestra un dispositivo para mantener un edificio centrado, mientras al menos dos puntos de la estructura soportada 51 están rígidamente conectados al dispositivo mencionado 50. Una esfera 44 se sostiene en un plato 49 con apoyos rodantes y se presiona en un cono centrante 45 por medio del resorte 47 con fuerza vertical Fv , que iguala a la máxima fuerza horizontal esperada Fh , debida a la acción del viento.

Fv = Fh * tg ( y/2 ) (21) Fv fuerza vertical Fh fuerza horizontal ? abertura angular del cono centrante Si la fuerza Fv supera a la máxima fuerza de viento posible, lo cual sólo puede ser causado por la acción de un sismo, entonces el cambio del cono centrante 45, causado por el cambio de la base 6, presiona la esfera 44 contra el resorte 47 por medio del pistón 52. El resorte 47 se somete a compresión. Consecuentemente, la esfera 44 se desplaza dentro del área del cono centrante 45 con una abertura angular creciente o una inclinación reducida ?. De esta forma disminuye la fuerza horizontal transferida y se anula cuando la esfera sale del área del cono y alcanza la superficie plana. El fluido desplazado por el pistón 52 ingresa por medio de la válvula cheque 53 a un depósito externo o interno 55. Cuando el resorte se somete a compresión, se reduce la velocidad de movimiento del pistón 52, dado que el fluido sólo puede regresar a través del orificio regulador 30. - Debido a la alta velocidad de oscilación de la base, la esfera 44, que regresa lentamente, no alcanza a caer dentro del centro escalonado del cono centrado 45, sino que se ubica en la sección de inclinación ligera. Consecuentemente, las fuerzas horizontales transmitidas son bajas. Cuando la oscilación se detiene, la esfera 44 se ubica en la porción escalonada del cono centrante y centra al objeto soportado nuevamente con una fuerza horizontal efectiva Fh. FIG.28 representa otros método y dispositivo para el centrado de la estructura y la compensación de las cargas de viento. Entre la pared del sótano 22 y la pared de la cimentación 20 en la base 6, se instalan al menos dos elementos horizontales de apoyo 24, en cada uno de los dos lados opuestos, y al menos un soporte horizontal en cada uno de los otros dos lados restantes de un edificio de planta rectangular. El elemento de apoyo horizontal 24 se describe en una vista en planta. La dirección de los apoyos rodantes 25 es horizontal y se instalan al mismo nivel de la pared de cimentación 20. Todos los otros objetos del diagrama se muestran en una vista en sección. El elemento de apoyo horizontal 24 consiste de un cilindro hidráulico 40 con un émbolo de pistón totalmente extendido, que posee una dirección rodante montada en uno o más apoyos rodantes 25. Entre el apoyo rodante y una lámina 26 fija a ia pared de la base, existe una abertura mínima si el sótano está exactamente centrado en la base. La dirección de acción de los apoyos móviles es horizontal.

Para garantizar la misma dirección del émbolo del pistón con la de la dirección rodante, el extremo del émbolo está conectado al cilindro 40 a través de una unión articulada para garantizar la rotación. Cuando la pared de la cimentación 20 se desplaza hacia la estructura 22, el pistón se mueve dentro del cilindro 40, presionado por los rodillos 25 y el émbolo del pistón, desplazando el fluido contenido dentro de uno o varios acumuladores hidráulicos 127, que pueden ser del tipo de membrana, burbuja o pistón, y presiona al otro lado de la membrana 28 un gas, aire o nitrógeno. De forma tal que el cilindro hidráulico trabaja como un apoyo de resorte con una rigidez de gas. Si el émbolo del pistón está completamente extendido contra el cierre mecánico dentro del cilindro 40, entonces la válvula de control 29, manejada por el émbolo del pistón, se encuentra en posición abierta. La presión de gas en los acumuladores presiona al fluido a través del orificio regulador 30 pasando por la válvula 29 abierta dentro del drenaje del depósito 32. Si el émbolo del pistón es presionado dentro del cilindro por la pared de la cimentación 20 aproximándose a la pared del edificio 22, entonces la válvula de control 29 se abre y el fluido se desplaza del tubo de presión 33 dentro de los acumuladores hidráulicos 127 y consecuentemente provoca un incremento de presión hasta que la fuerza resultante en el cilindro presiona al émbolo del pistón nuevamente y regresa al edificio a su posición original. Este proceso es efectivo cuando el edificio se encuentra sujeto a fuerzas de viento y es desplazado fuera de su posición media relativa a la base, debido a su fácil movilidad. Dado que las fuerzas de viento no cambian repentinamente, sino que aumentan o disminuyen dentro de un determinado período de tiempo, el proceso de ingreso y egreso del fluido dentro del orificio regulador 30 es suficientemente rápido para mantener el control del proceso a la velocidad requerida, asegurando que el edificio se mantiene en su posición media original. Cuando la pared de ia base oscila rápidamente hacia y lejos del edificio, como ocurriría en caso de un sismo, entonces el movimiento rápido del pistón y consecuentemente el rápido proceso de apertura y cierre de la válvula 29, minimizan el proceso de ingreso y egreso del fluido a través del orificio regulador 30 dentro y fuera del sistema de resorte de aire. La fuerza del resorte de gas en el cilindro 40, que se encontraba inicialmente en equilibrio con la fuerza de viento, varía sólo ligeramente, debido a la baja velocidad del resorte y debido al ingreso y egreso alternante del fluido a través del orificio regulador 30 con la frecuencia de un sismo y los movimientos de del pistón y de la válvula de control 29.

El sistema puede diseñarse de tal forma que las fuerzas resultantes se mantengan lo suficientemente bajas, las que al relacionarse a la masa del edificio, produzcan aceleraciones efectivas muy bajas a medida que se cambia la dirección con la frecuencia del sismo. El sistema hidráulico es alimentado centralmente desde un depósito 32 a través de una bomba 36, la cual es accionada por un motor 34 manejado por un interruptor de control de presión 35. La energía para el motor puede ser proporcionada de forma autónoma a través de energía solar o eólica. La energía hidráulica es almacenada en un arreglo de depósitos de presión hidráulica 38, de forma que puede reducirse la potencia necesaria de la bomba 36. Al ocurrir un sismo, se dispone de suficiente energía externa que puede ser utilizada para este sistema, en el que el pistón del dispositivo portante horizontal puede combinarse con una bomba de pistón 37. Durante el movimiento rápido de la base de cimentación hacia el sótano del edificio, la bomba de pistón 37 envía fluido desde el depósito 32 hasta el depósito de presión 38. Esto alimenta el flujo de masa del líquido que regresa del sistema de resorte, que consiste del cilindro 40 y los acumuladores 127, a través del agujero regulador 30 dentro del drenaje cuando la válvula de control 29 se abre con la frecuencia del sismo durante la mitad de una oscilación. FIG.29 muestra un soporte horizontal a través de un ala 39. Con esta configuración es posible alcanzar desplazamientos grandes y cambios de distancia a la pared de cimentación. El ala 39 está conectada a un marco 46, que es sujetado al edificio y soportado por uno o varios cilindros 40 a la pared del sótano del edificio 22. En el extremo del ala 39 existe una palanca rotativa con uno o más apoyos rodantes 25, dependiendo de la carga soportada, los que se mueven a lo largo de una pista plana 26 montada sobre la pared de la cimentación 20. Pueden utilizarse superficies deslizantes en lugar de los apoyos rodantes. En el marco 46 existe una válvula de control 29 que se opera con el ala 39, que tiene la misma función de la válvula en la FIG. 28. El equipo hidráulico es el mismo del ejemplo en la FIG. 28. En esta solución son necesarios al menos seis dispositivos para mantener al edificio en su posición original con respecto a sus tres ejes: los dos ejes horizontales y un eje vertical. El dispositivo portante horizontal permite desplazamientos grandes del edificio con respecto a la base. El sistema de resorte, que consiste de un cilindro hidráulico 40 y que está conectado a acumuladores hidráulicos similares a los del ejemplo de la FIG. 28, posee una fuerza inicial del resorte, sin la influencia de las fuerzas externas horizontales de viento, de acuerdo a la siguiente ecuación: Fo = C0 f (22) donde f es la distancia recorrida por la deflexión del resorte. Cuando el movimiento del resorte es grande, su velocidad no es constante debido a la compresión politrópica del gas. Al tenerse un desplazamiento de la cimentación con respecto a la estructura soportada de una magnitud e, la fuerza ?F0, causada por la rigidez del sistema, impacta a la masa del edificio como una fuerza de aceleración. En el caso de viento, la fuerza de apoyo del sistema aumenta automáticamente hasta equilibrar a la fuerza de viento, tal como se describe en el ejemplo de la FIG. 28, sin que el edificio se desplace significativamente de su posición original. Si mientras se encuentra una fuerza equilibrante de viento Fw aplicada sobre el edificio, se experimenta simultáneamente un desplazamiento de la base debido a un sismo, y ocurre consecuentemente un desplazamiento de la base respecto al edificio de una magnitud e , se aumenta la fuerza en el sistema de apoyo de resorte de acuerdo a la siguiente ecuación: Fw = C2 -f+ F„ (23) Esta función posee una mayor pendiente que una que se originara de la posición del reposo, debido a la relación del volumen de fluido desplazado respecto al volumen transformado de gas que implica una mayor fuerza del resorte y una mayor compresión del gas. Cuando la pared de la base 20 se desplaza una cantidad e , la fuerza de apoyo horizontal aumenta en una cantidad AF„, y sólo este incremento de fuerza AFW actúa sobre la masa del edificio como una fuerza de aceleración, que no es mucho mayor que la fuerza AF0 de reposo. FIG.30 representa fundamentalmente el mismo sistema de apoyo horizontal por medio de un ala como se describió en la FIG.29. Adicionalmente, este dispositivo está equipado con una bomba de pistón 37, ubicada, tal como el cilindro 40, entre el ala 39 y el marco 46. La bomba de pistón 37 posee la misma función del dispositivo descrito en la FIG. 28. FIG.31 muestra el principio de centrado y el sistema de compensación de fuerzas de viento, cuando el cuerpo principal de un edificio está soportado por módulos de protección antisísmica 56 por debajo de la planta baja, y una parte del edificio de uno o varios sótanos separados de la superestructura están soportados por sus propios módulos de protección antisísmica 56u. Debido a la acción autocentrante de la fracción del edificio 22, soportado con fricción baja y que no puede experimentar fuerzas de viento, no necesita del dispositivo compensatorio de fuerzas de viento. Se mantiene siempre autocentrado, aún cuando esté oscilando, y funciona como posición de referencia para el centrado de la porción superior del edificio. La distancia entre ambos puntos de referencia 60 (en las porciones superior e inferior del edificio) puede ser medida por medios mecánicos o externos, misma que se utiliza para operar la válvula de control del dispositivo de compensación de fuerzas de viento 27. 4.6 Aislamiento del impacto vertical del objeto soportado Para edificios con una cierta relación altura a ancho, para los que el volteo no es problema, puede instalarse adicionalmente un dispositivo para reducir o casi eliminar las aceleraciones verticales. Esto sería muy conveniente en hospitales, instalaciones industriales con procesos de producción sensibles, tales como en la fabricación de circuitos de computadoras, o para plantas químicas y nucleares. Un edificio equipado con esta tecnología permanecería virtualmente en reposo en caso de un sismo. La inercia del edificio que se opone a las aceleraciones de la vibración horizontal de la base produce fuerzas cortantes de reacción dentro de la estructura del edificio que pueden llegar a exceder la resistencia cortante de los materiales del edificio durante un sismo. Las fuerzas cortantes horizontales son la principal causa de falla estructural en sismos. Por otro lado, las aceleraciones verticales pueden ser soportadas por un edificio sin experimentar daños, dado que los cálculos de diseño y proporcionamiento de la resistencia de un edificio consideran un factor de seguridad que se aplica a las cargas muertas y vivas. Consecuentemente, no existen daños estructurales debido a aceleraciones verticales, a menos de que estas aceleraciones verticales sean superiores a 1 g, lo que implicaría que el objeto soportado sea cercenado de su cimentación. Los módulos de protección antisísmica pueden ser equipados con resortes verticales adicionales, si se considerara necesario incluir amortiguamiento de la vibración vertical.

FIG.32 muestra esquemáticamente un ejemplo de un apoyo de resorte de un edificio 51. El apoyo del edificio 16 está diseñado como un cilindro hidráulico 64 con una válvula de control de nivel integrada 61 y soporta la carga del edificio en la cabeza de la barra del pistón 62. El elemento de acople 8 está articulado a la base del cilindro 64. Las palancas oscilantes 63 previenen el giro vertical del cilindro móvil 64, de forma que el elemento de acople 8 no pueda girar respecto a su eje vertical. El fluido ingresa a través de la alimentación 65, mientras que el drenaje 66 alivia la circulación del fluido del apoyo de resorte. El espacio del cilindro de presión 67 está conectado a través del tubo 68 con uno o más tanques de presión hidráulicos 38. El volumen del tanque de presión hidráulico define la constante del resorte hidroneumático.

Si debido a un movimiento vertical de la base la acción del cilindro provocara una disminución del volumen del fluido desplazado del cilindro más allá del volumen de los tanques de hidropresión, entonces la presión en los tanques de presión hidráulica aumentaría sólo ligeramente. La relación del incremento de presión a la presión inicial representa el grado de aceleración con respecto a la gravedad, con la que la masa soportada experimenta una aceleración vertical debida al movimiento del terreno. Un diseño adecuado permite alcanzar la reducción necesaria de la aceleración. Al utilizarse fluidos viscoelásticos, puede alcanzarse una muy baja velocidad del resorte. FIG.33 muestra un sistema de resorte vertical comparable al del ejemplo de FIG 32, sólo que el soporte de resorte 69 está ubicado en la cabeza del módulo de protección antisísmico 56 como se muestra en FIG. 21 , en el que se ha integrado un dispositivo autocentrante y de resistencia al viento 70, como se muestra en FIG. 25. Las conexiones hidráulicas 65, 66 y 68 representan, tal como en el ejemplo de FIG. 32, la alimentación, drenaje y conexión del fluido a los tanques hidráulicos de presión 38, respectivamente. 4.7 Protección antisísmica de objetos sobre postes por medio de péndulo virtual.

Objetos tales como instalaciones de iluminación o pancartas ubicadas en la cabeza de postes o columnas pueden voltearse o fallar en caso de fuertes vibraciones horizontales del terreno, debido a la amplificación del movimiento y al aumento de la aceleración que pueda ocurrir por resonancia. Aunque la base se mantiene esencialmente paralela a su posición original durante las vibraciones horizontales y verticales, la parte superior de un poste o columna, que es la base para un objeto o un módulo de protección antisísmica, experimenta movimientos adicionales debido a la flexión del poste y a la deformación de la base elevada debido a la inclinación, tal como se muestra en la FIG.34 La magnitud de la masa soportada por la cabeza del poste determina considerablemente las características de oscilación del mismo. El momento de flexión de la fuerza de reacción de masa a través de la aceleración horizontal es menor con postes sin una masa en la cabeza, causado sólo por la masa del poste mismo. De igual manera, la masa en la cabeza aumenta la flexión y el ángulo de inclinación del extremo superior del poste.

Si se instala un módulo de protección antisísmica entre la cabeza del poste y el objeto soportado, la cabeza del poste experimenta sólo la masa del módulo, que puede ser considerablemente menor que la masa del objeto soportado. El ángulo de flexión del extremo del poste se disminuye de esta forma. Para prevenir que el objeto soportado esté sujeto a cambios adicionales de inclinación del poste, dado que las vibraciones respecto al eje de volteo podrían dañar o desactivar al objeto, el módulo de protección antisísmica necesita compensar o al menos disminuir este cambio de inclinación. FIG.35 muestra una vista lateral y una sección parcial de un módulo de protección antisísmica en la cabeza del poste 71. El dispositivo soporta la viga 72, que podría soportar instalaciones de iluminación, por ejemplo. FIG.35a es una sección transversal de FIG 35 y FIG.35b muestra una vista en planta. El poste soporta en su cabeza cuatro vigas de apoyo 73, las cuales soportan dos a dos las barras 74. En cada uno de los cuatro extremos de las barras 74 se suspenden biaxialmente articulados péndulos 2. La viga 72 está conectada por medio de dos vigas de apoyo 75 a dos elementos de acople 8. Los elementos de acople 8 se sostienen biaxialmente articulados de dos péndulos colgantes 2 y están suspendidos biaxialmente de un tercer punto de apoyo, que es el extremo superior de un péndulo invertido 7, que se articula en su extremo inferior biaxialmente a la cabeza del poste 71. Los elementos de apoyo de los péndulos 2 y 7 se ubican e inclinan en el espacio de forma tal que el poste 71 sufre una inclinación de flexión en su cabeza, respecto de la vertical, mientras que la viga 72 se mantiene en su posición horizontal. Debido al desacople de vibración de la viga 72 con sus elementos de apoyo respecto a las vibraciones del poste por el movimiento del terreno, las masas soportadas en la cabeza no producen fuerzas de reacción en el poste, con lo que se reducen las cargas dinámicas en el mismo. FIG.36 muestra la protección antisísmica de una instalación de alumbrado en la cabeza del poste 71 que utiliza un péndulo virtual de acuerdo al principio descrito en FIG. 21. En la cabeza del poste se ubican tres elementos de apoyo 76, en forma de anillos biaxialmente articulados. Cada anillo soporta en su vértice un elemento de apoyo 11, que es un péndulo suspendido inclinado en el espacio. En el extremo inferior 12 de los tres péndulos suspendidos 11 se soporta un elemento de acople 9, biaxialmente articulado, que aparece en la FIG. 36a como una estrella de tres puntos en planta. El elemento de acople 9 soporta en su cabeza en una unión universal 77 un elemento de apoyo 78 que se extiende a tres o más barras 79, conectadas por un anillo 80, que a su vez soporta varias lámparas 81. Los péndulos 11 pueden diseñarse como cables según se muestra en FIG. 36b. Un tubo elástico permite la conexión eléctrica entre el poste 71 y las lámparas 81. FIG.37 muestra un segundo ejemplo de aplicación del péndulo virtual, de acuerdo al principio descrito en la FIG. 21 , para el aislamiento de vibración de una viga de apoyo de lámpara 82 respecto a la vibración del poste 71 , la cual es la suma de las vibraciones del terreno más las vibraciones elásticas del poste. El poste 71 posee en su cabeza tres brazos de apoyo 76, en cuyos extremos se conectan tres péndulos suspendidos, bien sea como barras rígidas biaxialmente articuladas 11 ó como cables. Los péndulos suspendidos soportan en su extremo inferior, biaxialmente articulados, un elemento de acople trípode 9, que posee en una unión universal 77 un elemento de apoyo colgante 78 rígidamente conectado a las tres vigas de apoyo de las lámparas 82. FIG.38 muestra un ejemplo de un apoyo aislado de vibraciones para un grupo de lámparas en la cabeza de un poste, utilizando el péndulo virtual basado en el principio descrito en la FIG. 23. En la cabeza del poste 71 existen tres o más brazos de apoyo 76, cuyos extremos superiores están conectados a un péndulo suspendido, bien como cable 83 o como barra 2 con uniones universales a cada lado, soportando en su extremo inferior un elemento de acople 8 con barras de apoyo 73, correspondientes al número de péndulos. En el centro 13 del elemento de acople 8 se ubica la barra de apoyo vertical 14 soportada en una unión universal. El extremo inferior de la barra de apoyo 14 es axialmente móvil y se encuentre radialmente y biaxialmente soportado en la cabeza del poste 71. En la cabeza de la barra de apoyo vertical 14, una unión universal sostiene un elemento de apoyo de lámpara 82, que con cuyas barras de apoyo 79 funciona como apoyo para las lámparas 81. FIG.39 muestra una variación de la aplicación del mismo principio tal como en el ejemplo de FIG. 38, mientras que acá los brazos de apoyo 76 están ubicados dentro de la configuración de los péndulos colgantes. Los péndulos colgantes, biaxialmente móviles en ambos extremos y que pueden ser cables 83 o barras rígidas 2 con apoyos biaxiales, soportan un anillo 80, el cual por medio de radios 73 sostiene un cilindro 84 en el centro. El cilindro 84 soporta al elemento de apoyo vertical 14 por medio de una unión universal 77. El resto del diseño coincide con el ejemplo de la FIG. 38. 4.8 Protección antisísmica de objetos colgantes por péndulos virtuales Los objetos colgantes del techo, tales como lámparas, rótulos o señales de indicación, también comienzan a oscilar cuando vibra el edificio. Los objetos colgantes, por sí mismos, representan péndulos, con cuyas dimensiones usuales pueden alcanzar la resonancia. Las amplitudes de oscilación pueden ser considerables y estos objetos pueden impactar el cielo y por tanto dañarse, destruirse o ser cercenados. Existe peligro de que objetos colgantes eléctricos puedan causar fuego o cortocircuitos. Si existieran objetos colgantes pesados, tales como los candelabros en salas y auditorios, su caída pudiera incluso arriesgar a las personas. Para asegurar los objetos colgantes, es posible suspenderlos de péndulos virtuales.

FIG.40 muestra la suspensión de una instalación de alumbrado de un péndulo virtual de acuerdo al principio descrito en FIG. 21. Tres cables se atan al cielo en los puntos esquineros de un triángulo equilátero, apuntando hacia abajo y formando igual ángulo hacia el centro común. Los extremos inferiores se fijan a los puntos esquineros del triángulo equilátero inferior de la pirámide 85. En la punta de la pirámide se articula biaxialmente una barra 86 por medio de dos anillos de cadenas que sirven como apoyo de las lámparas.

FIG.41 muestra una lámpara que cuelga de un péndulo virtual de gran longitud comparable al ejemplo de la FIG. 40. En este caso el elemento de acople 9 consiste de tres brazos de apoyo 76, que representan las aristas de una pirámide de tres lados. FIG.42 Las lámparas 87 están suspendidas en filas respectivamente de dos péndulos virtuales de acuerdo a la FIG. 11. El péndulo estable colgante, en forma de una barra biaxial 2 ó de un cable o cadena 83, se conecta al cielo. En su extremo inferior soporta un extremo del elemento de acople 8, biaxialmente móvil. Una estructura de apoyo 5, consistente de cuatro elementos: barras, cadenas o cables, se conecta biaxialmente de forma móvil al cielo, mientras que los cuatro elementos de apoyo 5 forman las aristas de una pirámide invertida. En su extremo forman el punto de apoyo 88 que es el punto de apoyo biaxial inferior del péndulo invertido 7, que en su extremo superior está biaxialmente articulado al otro extremo del elemento de acople 8. La barra de apoyo 89, articulada axialmente, cuelga del elemento de acople 8 y sostiene la lámpara 87 con un resorte vertical. 4.9 Reducción de vibraciones a través de masas en péndulos virtuales Los sismos y vientos fuertes pueden provocar vibraciones horizontales en estructuras como rascacielos, torres esbeltas, mástiles altos y chimeneas, las cuales pueden tener efectos críticos. Para reducir las cargas de flexión causadas por las deformaciones y prevenir fatiga del material, pueden utilizarse dispositivos reductores de vibraciones como amortiguadores de masas acopladas muy efectivos. Para ello se ubican masas adicionales en la parte superior de la estructura, o en los puntos donde ocurran las mayores amplitudes como en el caso de chimeneas o mástiles atirantados. Estos dispositivos son capaces de oscilar y de conectarse a la estructura a través de resortes y amortiguadores, o son accionados por sistemas activos, contrarrestando los movimientos de la estructura por medio de las fuerzas de reacción de las masas desplazadas o de los reductores de vibración. Los péndulos virtuales pueden aplicarse muy efectivamente para el apoyo de estas masas. Dado que requieren poco espacio, los péndulos virtuales pueden ser diseñados para cualquier frecuencia de vibración deseada de los reductores de vibraciones por medio de la selección adecuada de los parámetros de dimensionamiento. En el caso de sistemas activos de reducción de vibraciones, la utilización de péndulos virtuales es muy ventajosa, debido a la muy baja fricción del punto de apoyo de la masa y debido a la capacidad de escoger libremente el período de vibración del sistema. FIG.43 describe un reductor pasivo de vibraciones en una torre. Tres péndulos virtuales Pv, de acuerdo al principio mostrado en FIG.11 , soportan al amortiguador de masas acopladas 90. Amortiguadores 91 soportan horizontalmente a la masa respecto a la masa del edificio. FIG.44 El presente sistema activo de reducción de oscilaciones consiste de un amortiguador de masas acopladas 90, que está soportado por tres péndulos virtuales de acuerdo al principio mostrado en FIG. 11 , y a la masa de referencia 92, que está soportada por tres péndulos virtuales de acuerdo al principio mostrado en FIG. 9. Los péndulos virtuales para la masa de referencia 92 están diseñados con muy baja fricción, un ciclo de histéresis muy pequeño y un período natural muy largo. Los sensores 93 para determinar la posición de la masa de referencia 92 (que está desacoplada de todos los movimientos horizontales de la estructura) con respecto a la posición de la estructura, proporcionan los parámetros de ingreso de control, a través de un controlador, para el movimiento del amortiguador de masas acopladas 90 a través de los actuadores 94. FIG.45 muestra un sistema de reducción de oscilaciones con el apoyo del amortiguador de masas acopladas 90 a través de tres péndulos virtuales Pv , de acuerdo al principio mostrado en FIG. 13, como el utilizado en un sistema activo o pasivo. Los elementos de apoyo de carga de tensión pueden ser diseñados en este ejemplo como cables 83. FIG.46 muestra el apoyo del amortiguador de masas acopladas 90 o de la masa de referencia 92 de un sistema activo por tres péndulos virtuales Pv de acuerdo al principio mostrado en FIG. 21. Los péndulos estables colgantes 11 en este ejemplo están diseñados como cables. FIG.47 Para un sistema de reducción de oscilaciones para mástiles, se diseña el amortiguador de masas acopladas 90 como un anillo alrededor del mástil y está soportado por tres péndulos virtuales Pv de acuerdo al principio mostrado en FIG.11. El péndulo estable colgante 2 no está conectado directamente al elemento de acople 8, sino a través de una extensión 95 que no funciona como un péndulo, mientras una palanca intermedia 96 es levantada a un nivel superior. De esta forma se requiere menor espacio radial y se reduce la resistencia al viento. Los paneles 97 previenen la superposición de fuerzas de viento en la función del reductor de oscilaciones. FIG.48 Para el sistema pasivo de reducción de oscilaciones para una torre de armadura, el amortiguador de masas acopladas está diseñado como un anillo plano alrededor del mástil para reducir la resistencia contra el viento. El amortiguador de masas acopladas 90 está soportado por tres péndulos virtuales Pv de acuerdo al principio mostrado en FIG.11. El regreso a la posición original se logra a través de la fuerza autocentrante del péndulo virtual Pv y el resorte 98 en la unión inferior al péndulo invertido inestable 7. El amortiguamiento se logra por el disco de fricción 99. Los péndulos colgantes estables 2 son diseñados como cables. Para evitar la acción de las fuerzas de viento, la estructura del sistema de reducción está cubierta del panel 97 aerodinámicamente efectivo. 4.10 Reducción de la amenaza de licuación del suelo.

Durante la oscilación del terreno en un sismo, los momentos alternantes de la masa del edificio crean altas cargas de cimentación, que bajo ciertas condiciones de suelo, pueden causar un debilitamiento del terreno y una disminución de su capacidad de carga. En este caso el edificio puede hundirse dentro del terreno. Dado que los edificios soportados por péndulos virtuales están aislados de las vibraciones horizontales del terreno, no se producen fuerzas de reacción debidas a momentos de volteo y por tanto se evitan los efectos que conducen a ía licuación del terreno.

Las fuerzas de reacción de masa de un edificio oscilante causan en ciertas condiciones de terreno licuación con consecuencias fatales. El suelo se vuelve un líquido altamente viscoso y los edificios voltean y se hunden dentro del mismo. Si la masa del edificio fuera menor que la masa del terreno que es desplazado por el edificio, entonces el edificio flotaría y se mantuviera vertical sobre el suelo licuado. Los módulos de protección antisísmica basados en péndulos virtuales reducen las fuerzas de reacción del edificio en un factor 3/1000. En ciertos casos se evita totalmente el fenómeno de licuación. Mientras el suelo vibra horizontalmente, los momentos de volteo de la masa acelerada del edificio sumada a la carga estática de la fundación producen altas cargas dinámicas que cambian de dirección con la frecuencia de oscilación del terreno. La carga adicional alternante en las orillas de la cimentación causada por la aceleración de la masa del edificio es: La = m a.^ (24) m masa del edificio a Aceleración del centro de gravedad del edificio. hm altura del centro de gravedad del edificio sobre la arista de volteo. W Mayor distancia de las aristas de volteo en la dirección de la oscilación de la base Las presiones alternantes del terreno causan una acción de bombeo en el agua de un suelo saturado. La reducción de la fricción adhesiva entre los elementos del terreno, tales como arena y roca, debido a su presión de flotación provoca que el suelo se transforme en un fluido viscoso. Los edificios pueden hundirse dentro del suelo y si la distribución de fuerzas no es simétrica, pueden también voltearse. Si un edificio está soportado por los presentes dispositivos, no se producen las anteriores reacciones en la masa soportada, dado que la masa no experimenta aceleraciones significativas. Las cargas estáticas no se superponen con aquellas cargas dinámicas de los momentos de volteo, con lo que se reduce considerablemente la amenaza de licuación.

FIG.49 Para reducir adicionalmente el peligro de licuación en suelos muy suaves y saturados por debajo de los péndulos virtuales Pv , se instala adicionalmente una cimentación especial a base de módulos de protección antisísmica. La cimentación está diseñada como una estructura rígida y ligera de forma y dimensiones tal que la masa del suelo desplazado iguala a la masa de todo el edificio. Para reducir el impacto de las fuerzas mecánicas de las ondas de compresión del terreno a la cimentación, el lado inferior de la cimentación 100 se diseña de forma curva con curvatura creciente hacia la frontera exterior. FIG.50 Si se tuviera un terreno en el que un sedimento suave y húmedo se ubica sobre una capa firme o de roca poco profunda, pueden utilizarse pilotes de cimentación adicionales 103 junto con la cimentación que se muestra en la FIG.49. 4.11 Sello del edificio entre la base y el objeto soportado FIG.51 Entre las paredes del sótano, que están empotradas en el terreno y que oscilan durante un sismo, y la estructura del edificio 51 que está soportada por módulos de protección antisísmica de péndulos virtuales y que permanece en reposo, existe una junta 113 para el movimiento, que no está sujeta a viento, polvo, humedad e insectos. En un lado de la junta, preferiblemente en el lado superior, se instalan bandas de cerda de cepillo 101 y en el centro lana de aislamiento 104. En el otro lado de la junta se monta un marco enrejado 102 con aristas inclinadas. FIG.52 Si se instalan resortes y amortiguadores verticales para la compensación de las aceleraciones verticales además de los módulos de protección antisísmicos, es necesario acomodar el movimiento del sello de la junta por medio de un resorte vertical. Un marco de sello con forma de U 106 es presionado por resortes 107, por ejemplo resortes de espiral o de hojas, contra la estructura 51 del edificio aislado o una lámina deslizante de protección 105. El marco 106 es guiado verticalmente por el marco U 108, que se fija a la pared del sótano 22. Una franja de sello 109 presionada por un resorte, sella el marco 108 del marco 106. Las bandas de sello 109, también presionadas por resortes y un paquete de sello 110, sellan el marco 106 del edificio aislado de la base o la lámina deslizante de protección 105. 4.12 Menor riesgo de incendio a través de la interfase mejorada FIG.53 Dado que la masa del edificio es acelerada en una y otra dirección durante un sismo, las fuerzas de reacción de la masa ejercen una presión al terreno alrededor del edificio a través de las superficies verticales de las paredes del sótano 22. El terreno es presionado o descargado. Es probable que ocurran esfuerzos entre el terreno y las tuberías principales de gas, agua y electricidad 111, así como entre las conexiones y el edificio, lo que puede provocar fracturas. Daños a las tuberías de gas y cables de electricidad pueden causar fuego o un corto circuito. Este riesgo de incendio se disminuye debido a la reducción de la compresión del terreno y de las tuberías, ya que no existen fuerzas de aceleración causadas por la masa del edificio, sino sólo por la masa de la cimentación, la cual es relativamente pequeña. El potencial de fracturas se reduce también considerablemente. Las conexiones flexible de las tuberías y cables del edificio diseñadas como uniones colgantes „U" 112, permiten movilidad, de forma tal que el movimiento relativo de la base oscilante respecto a la estructura del edificio aislado en la base 51 no causa daños. 4.13 Aberturas tolerantes bajo edificios.

Incluso en el caso más improbable de que una línea de falla se desplace en direcciones opuestas justamente por debajo de un edificio, o que se produzca una abertura en el terreno, el edificio tiene altas probabilidades de sobrevivir debido a la capacidad de los dispositivos para moverse independientemente del resto y a la capacidad de igualar las distancias de apoyo cambiadas en la base. Los dispositivos proporcionarían aún estabilidad a la estructura soportada. FIG.54 La separación t entre los elementos de apoyo rígidamente montados y la estructura soportada 51 no cambia. La separación entre los módulos de protección antisísmica 56 en la cimentación 20 es la misma. Si ocurriera una apertura en el terreno entre los módulos de protección antisísmica 56, debido a las ondas sísmicas de compresión, la separación de los módulos de protección 56 se amplía en el ancho de la brecha SP. Los módulos de protección antisísmica, al ser péndulos virtuales, desplazan los puntos de apoyo de la carga hacia el centro de sus amplitudes por debajo del punto virtual de suspensión. Si se amplía la separación entre los puntos virtuales de suspensión de dos péndulos virtuales, entonces los puntos de apoyo de carga conectados rígidamente alcanzan una posición equilibrada, de forma tal que la desviación de la posición original media es la misma para ambos péndulos virtuales. 4.14 Reducción del impacto de explosiones En el caso de explosiones cerca de un edificio, con altas presiones del aire que superan las cargas de presión de la tormenta más fuerte, el objeto o edificio equipado con este sistema de apoyo puede desplazarse en cualquier dirección, reduciendo por tanto los momentos de carga del aire. El sistema de resistencia al viento responde automáticamente a la fuerza de viento con un parámetro de control de respuesta que corresponde a la velocidad de cambio de la fuerza del viento. Un incremento de las cargas de presión del aire por una explosión ocurre en tiempos extremadamente cortos, lo cual no permite un incremento significativo de la fuerza de resistencia para la compensación del viento a través del control automático. Por tanto, si repentinamente impacta una onda de aire a presión, el edificio se mueve con una muy baja fuerza de reacción, lo que reduce considerablemente el impacto del impulso.

Breve descripción de los dibujos FIG.1 es una representación de una casa soportada por los módulos de protección antisísmica que representan péndulos virtuales de gran longitud, con un comportamiento como si la casa estuviera suspendida de péndulos de gran longitud L, FIG.2 - FIG.4 muestra dispositivos de protección antisísmica de acuerdo a formas anteriores, tomados de dibujos de la literatura respectiva (documentos referenciados) FIG.5 es una descripción esquemática de un péndulo matemático y muestra los símbolos de referencia y los valores de función que serán utilizados para la discusión fundamental en la sección «Planteamiento para resolver el problema". FIG.6 y FIG.7 muestra la superposición de movimientos armónicos ascendentes y descendentes. FIG.8 ilustra el invento y muestra esquemáticamente una comparación de los péndulos estable e inestable como elementos de apoyo. FIG.9 es una descripción esquemática simplificada de un ejemplo de un dispositivo que representa un péndulo virtual de gran longitud con relativamente poca extensión vertical real. Se ilustra el principio efectivo de solución del invento, mientras un punto del diseño cinemático sirve como punto de apoyo para el objeto soportado, con un comportamiento en el espacio como si este punto fuera el extremo oscilante de un péndulo largo. FIG.10 es una ilustración simplificada de una vista en planta del diagrama de FIG. 9. FIG.11 muestra los símbolos de referencia utilizados para el diagrama de un péndulo.

FIG.12 es una descripción esquemática simplificada de una variación del diseño mostrado en FIG.9. FIG.13 describe un péndulo virtual como una variación del diseño mostrado en FIG. 12, donde la palanca que conecta al péndulo colgante estable y la palanca que conecta al péndulo invertido inestable están ubicadas en distintos niveles. FIG.14 - FIG.16 muestra el péndulo virtual tal como en FIG. 13 en diferentes fases de movimiento. FIG.17 muestra el movimiento del péndulo virtual de la FIG. 13 con respecto a la base oscilante. FIG.18 es una descripción esquemática simplificada de una segunda solución para la realización de un péndulo virtual diferente del realizado en el ejemplo de FIG.9. FIG.19 muestra esquemáticamente una vista en planta del ejemplo en FIG. 18.

FIG.20 y FIG.21 muestran ilustraciones esquemáticas simplificadas adicionales ai ejemplo de FIG. 18 y FIG. 19 para realizar un péndulo virtual de gran longitud. FIG.22 es una descripción esquemática de las variaciones del péndulo virtual. FIG.23, 23a, 23b, 23c muestran el diagrama de un péndulo virtual y sus posiciones de movimiento. FIG.24 muestran el movimiento del péndulo virtual relativo a la base. FIG.25 muestran una ilustración conceptual de un dispositivo de centrado y compensación de fuerzas de viento para un objeto soportado por péndulos virtuales. FIG.26 es una ilustración de un dispositivo para el centrado de un objeto soportado por péndulos virtuales por medio de un resorte de bloque elastomérico. FIG.27 es un dispositivo centrante y de compensación de fuerzas de viento para un objeto soportado por péndulos virtuales por medio de una bola rodante, la cual es presionada dentro de un cono por la fuerza de un resorte. FIG.28 muestra una ilustración simplificada de un diagrama para un sistema hidroneumáticamente controlado para el centrado y la compensación de fuerzas de viento para un objeto soportado por péndulos virtuales. FIG.29 muestra un dispositivo para el centrado y la compensación de fuerzas de viento de un objeto soportado por péndulos virtuales, por medio de alas, que soportan horizontalmente al edificio contra las paredes de la cimentación a través de las fuerzas de los resortes hidroneumáticos. FIG.30 muestra el mismo dispositivo de la FIG. 29 con la integración adicional de una bomba hidráulica que obtiene su energía del movimiento de la base durante un sismo. FIG.31 muestra un sistema para el centrado y la resistencia contra cargas de viento donde una parte del edificio no está sujeto a fuerzas de viento, lo que sirve como una posición de referencia. FIG.32 muestra esquemáticamente un sistema de resorte vertical para reducir aceleraciones. FIG.33 describe un módulo de protección antisísmica con un sistema de resorte vertical integrado y resistencia a cargas de viento. FIG.34 muestra deformaciones elásticas de postes de alumbrado externo durante oscilaciones críticas. FIG.35 muestra un péndulo virtual en la cabeza de un poste.

FIG.35a muestra una sección transversal de FIG. 35. FIG.35b muestra una vista en planta de FIG. 35. FIG.36, 36a, 36b muestra un grupo de lámparas en la cabeza de un poste con péndulos virtuales de aislamiento de vibraciones y detalles. FIG.37 - FIG.39 muestra variaciones de lámparas aisladas de vibraciones en postes.

FIG.40 y FIG.41 muestra lámparas colgantes con péndulos virtuales de aislamiento de vibraciones de acuerdo al diagrama de FIG. 21. FIG.42 muestra la suspensión de una fila de lámparas de péndulos virtuales de acuerdo al diagrama de FIG. 9. FIG.43 muestra un amortiguador de masas acopladas soportado por péndulos virtuales de acuerdo al diagrama de FIG. 9. FIG.44 muestra un amortiguador de masas acopladas tal como en FIG. 43 con una masa de referencia soportada por péndulos virtuales de acuerdo al diagrama de FIG. 21. FIG.45 muestra un amortiguador de masas acopladas soportado por péndulos virtuales de acuerdo al diagrama de FIG. 13. FIG.46 muestra una masa soportada por un péndulo virtual de acuerdo al diagrama de FIG. 21 que puede ser un amortiguador de masas acopladas o una masa de referencia.

FIG.47 muestra un amortiguador de masas acopladas soportado por péndulos virtuales sobre un mástil. FIG.48 muestra un amortiguador de masas acopladas soportado por péndulos virtuales sobre una torre de armadura. FIG.49 muestra una cimentación de protección antisísmica como una cimentación para péndulos virtuales. FIG.50 muestra una cimentación de protección antisísmica con pilotes de cimentación como una cimentación para péndulos virtuales. FIG.51 muestra el sello de una junta de movimiento para edificios aislados de la base.

FIG.52 muestra sellos de la junta de movimiento para el aislamiento horizontal y vertical de la base de un edificio. FIG.53 muestra la configuración de interfase para las instalaciones de un edificio aislado en la base. FIG.54 ilustra el impacto de una abertura del terreno por debajo de un edificio soportado por módulos de protección antisísmica durante un sismo.

FIG.55 muestra un módulo de protección antisísmica como un dispositivo para soportar edificios y objetos por medio de un péndulo virtual, de acuerdo al diseño mostrado en FIG. 21 , instalados en la base de un edificio. FIG.56 muestra un módulo de protección antisísmica con un resorte vertical en el sótano de un edificio. FIG.57 es un módulo de protección antisísmica, como el mostrado en FIG. 21 con la integración de un dispositivo para el centrado y la compensación de fuerzas de viento de acuerdo al diagrama de FIG. 25. FIG.58 es un módulo de protección antisísmica como el mostrado en FIG. 55 combinado con un bloque elastomérico como resorte de centrado y de resistencia a las fuerzas de viento. FIG.59 muestra un módulo de protección antisísmica instalado en el primer nivel, como un dispositivo para soportar edificios y objetos por medio de un péndulo virtual, de acuerdo al principio de diseño mostrado en FIG. 12. FIG.60 muestra un corte vertical de un edificio, soportado por módulos de protección antisísmica como se muestra en FIG. 59, con la descripción de dispositivos de apoyo horizontal para el centrado del edificio y la resistencia contra fuerzas de viento. FIG.61 es una sección horizontal a través del sótano de un edificio y su marco de cimentación en el plano de los dispositivos centrantes de acuerdo al ejemplo de FIG. 30, mostrando la ubicación de estos dispositivos. FIG.62 muestra el desplazamiento de la base respecto a la cimentación de un edificio, que permanece en reposo, en una dirección paralela a la pared del edificio. FIG.63 muestra el desplazamiento de la base respecto a la cimentación de un edificio que permanece en reposo en una dirección inclinada a la pared del edificio. FIG.64, 64a, 64b describe péndulos virtuales para el apoyo de rascacielos. FIG.65 muestra un péndulo virtual de acuerdo al diagrama de FIG. 21 construido dentro de una base de concreto. FIG.66 muestra el apoyo por péndulos virtuales de una carretera elevada. FIG.67 muestra el apoyo de una base de puente por péndulos virtuales. FIG.68 muestra el apoyo de una torre de armadura por péndulos virtuales de acuerdo al diagrama de FIG. 21. FIG.69 muestra el apoyo de una línea de tubería por péndulos virtuales.

FIG.70 muestra el apoyo de un puente de una línea de tuberías por péndulos virtuales. 6 Descripción de las realizaciones preferidas FIG.1 'muestra que, de acuerdo al presente invento, un edificio o un objeto que se proteja contra sismos, está soportado a través de dispositivos portantes, acá llamados módulos de protección antisísmica, que soportan la masa del edificio. Los módulos de protección antisísmica están firmemente conectados al terreno por una cimentación común o por cimentaciones individuales para cada módulo. Los módulos de protección antisísmica 56 soportan la estructura del edificio y permiten que los puntos de apoyo se muevan de tal manera como si el edificio estuviera suspendido de péndulos muy largos. Como se explicó anteriormente, el objeto soportado experimenta sólo aceleraciones mínimas comparadas con los niveles de aceleración sísmica de los movimientos del terreno. Requiriendo muy poca altura, los módulos de protección antisísmica se comportan como un péndulo virtual Pv de una gran longitud virtual lv y con un período largo. Estos dispositivos de apoyo pueden ser diseñados para cualesquiera amplitudes deseadas o necesarias del movimiento del terreno, de tal forma que incluso los movimientos horizontales extremos de la base no serán transmitidos al objeto soportado. Por medio de un diseño y dimensionamiento adecuado de los módulos puede alcanzarse una frecuencia natural del edificio soportado por módulos de protección antisísmica que sea muchas veces menor que las frecuencias dominantes sísmicas típicas del movimiento del terreno. FIG.55 muestra la instalación de módulos de protección antisísmica 56 de acuerdo al diseño de la FIG. 21 , en la base de un edificio. Tres elementos de apoyo 11 tienen en sus extremos un apoyo esférico biaxial 15 o alternativamente una unión universal o junta esférica, que los conecta en su extremo superior a una estructura de apoyo 5 y en su extremo inferior al elemento de acople 9 que está suspendido de estos tres elementos de apoyo. En su extremo superior, el elemento de apoyo 9 está unido a través de una conexión esférica 17 al apoyo del edificio 16, que está conectado a la estructura de apoyo 51. Un fuelle plegadizo 18 hecho de un material elastomérico o de metal sella herméticamente el apoyo de conexión esférico. Un sello deslizante 19 cubre la junta entre la estructura soportada (que se puede mover relativamente a la base 6) y la pared del sótano de la base 6.

FIG.56 muestra un módulo de protección antisísmica 56 de acuerdo al diagrama de FIG. 12, instalado en el sótano de un edificio. El aislamiento de oscilación vertical, de acuerdo al diagrama de la FIG. 32, está integrado dentro del elemento de apoyo del edificio 16. El sello de la junta de movimiento 114 entre la base y el edificio aislado está diseñado de acuerdo al diagrama de la FIG. 52. FIG.57 muestra un módulo de protección antisísmica 56 similar al módulo en la FIG. 21.

Acá se ha integrado adicionalmente un dispositivo 57 para el centrado y compensación de fuerzas de viento de acuerdo a la FIG. 25. Esta solución tiene la ventaja de ahorrar espacio.

Las funciones de apoyo del objeto así como de centrado y compensación de fuerzas de viento están integradas en un sólo módulo. FIG.58 muestra un módulo de protección antisísmica 56 con otra combinación de funciones de apoyo y centrado. La función de centrado es ejecutada por un resorte de bloque elastomérico 48. FIG.59 muestra el diseño de un módulo de protección antisísmica de acuerdo al diagrama de la FIG. 12, en una versión para carga pesada (para rascacielos), de instalación sobre la superficie del terreno. El péndulo colgante estable 2 posee en ambos extremos un apoyo esféríco o unión universal. En su extremo superior está suspendido de la estructura de apoyo 5. En su extremo inferior, el péndulo 2 está unido con la viga 8, que es un elemento de acople. El otro lado del elemento de acople 8 descansa sobre un péndulo invertido inestable 7, unido a través de un apoyo esférico 17 o alternativamente una unión universal. En su extremo inferior, el péndulo invertido 7 está unido con la cimentación 20 a través del mismo apoyo 17 como en su extremo superior. La viga 8 está unida a través de un apoyo monoaxial simple con el apoyo del edificio 16 que soporta la estructura del edificio 1. La planta baja y el sótano 22 del edificio son parte de la estructura del edificio 1. La junta 23 entre el sótano 22 y la cimentación 20 está cubierta por el piso de la primera planta y sellada de la cimentación por medio de un sello deslizante 19. Las conexiones 21 para agua, energía comunicaciones, están realizadas por medio de un dispositivo colgante flexible con forma de U entre la cimentación 20 y el sótano 22, de forma que los movimientos relativos de la base respecto al edificio son posibles sin ocasionar daños en las mismas. FIG.60 muestra una sección parcial vertical de un rascacielos soportado por módulos de protección antisísmicos 56 como se muestra en FIG. 59, que están alineados a lo largo de las orillas del edificio. En un plano 54 del sótano 22 se ubican dispositivos de apoyo horizontal 24, del tipo descritos en FIG. 29 o FIG 30, y se conectan al edificio con los equipos hidráulicos correspondientes de acuerdo a FIG. 28.

FIG.61 muestra una sección horizontal en el plano 54 de la FIG. 60 a través de un sótano 22 y una cimentación 20, cuyo perímetro alrededor del sótano sirve como apoyo para los módulos de protección antisísmica. A cada lado del sótano 22, que puede moverse en todas direcciones, se fijan dos dispositivos 24 para compensar horizontalmente las fuerzas de viento y centrar exactamente al edificio con respecto a la cimentación. Los dispositivos de apoyo horizontal corresponden al diseño mostrado en FIG. 30. Si existiera un incremento de las fuerzas de viento hacia el edificio, éste permanece en reposo en la misma posición como se muestra en FIG. 61. Los dispositivos de apoyo horizontal reaccionan inmediatamente ante cualquier movimiento e incrementan las fuerzas de oposición en los elementos de resorte para equilibrar las fuerzas de viento. En la posición media exacta, sin fuerzas externas de viento, existe una junta mínima entre los baleros y las paredes de la cimentación. Todos los cilindros de resorte están completamente extendidos hasta su reposo hidráulicamente amortiguado. FIG.62 Si ocurriera un movimiento de la base en la dirección de las flechas 58 debido a un sismo, los dispositivos horizontales de apoyo 24 se presionan contra sus fuerzas de resorte en el lado del edificio donde éste se mueve hacia la pared de la cimentación. En el lado opuesto del edificio, éstos se despegan de la pared. FIG.63 Si la base se mueve en una dirección 58 no paralela a una orilla del edificio, los dispositivos de apoyo horizontal se presionan en contra de sus fuerzas de resorte en dos lados del edificio y se despegan de la pared en dos lados opuestos. FIG.64 muestra una vista parcial del exterior de un rascacielos soportado sobre la superficie visiblemente por módulos de protección antisísmica 56, de acuerdo al principio de péndulos virtuales. Los péndulos virtuales, de acuerdo al diagrama mostrado en FIG. 12, están ubicados en pares con simetría de espejo con respecto al otro. Los péndulos colgantes estables 2 están soportados en pares, para compensar las tolerancias, por una viga balanceante 115, que está soportada en un apoyo monoaxial por un pilar 116. La configuración de los módulos de protección antisísmica muestran que son adecuados para su instalación en estructuras existentes a base de marcos de acero. Las secciones G de los pilares existentes están sustituidas por los elementos de los péndulos virtuales. FIG.64a y FIG.64b representan una sección transversal vertical de una vista de la FIG. 64 y muestran la interfase del edificio con el terreno, así como la junta de movimiento y su sello 114. Una muestra los módulos de protección antisísmica ubicados fuera del edificio, mientras que la otra los muestra ubicados dentro de la fachada del edificio.

FIG.65 muestra un péndulo virtual como un módulo de protección antisísmica de acuerdo al principio mostrado en FIG. 21. Dentro de una cubierta 117, la cual se fija con concreto dentro de la base 6 donde se ubica y fija al módulo a través de conexiones de placa. El elemento de apoyo 89 está conectado al objeto soportado a través de conexiones de placa. Los elementos de apoyo, péndulos colgantes estables 11 , son diseñados como cables. El elemento de apoyo 14 es centrado y equipado contra fuerzas de viento por el resorte 118, mientras se tensiona hacia abajo por el resorte 119 para compensar las aceleraciones verticales negativas. El elemento de apoyo 89 está soportado en el elemento portante 14 por un apoyo esférico biaxial 17 y soporta la carga del objeto soportado a través de una guía telescópica 120 y un resorte mecánico 126 (o resortes neumáticos). FIG.66 describe el aislamiento de vibraciones de la plataforma 122 de una carretera elevada de los movimientos laterales del pilar 121. Así se reducen las cargas de volteo sobre el pilar, ya que, si éste se acelerara lateralmente, no experimentara las fuerzas de reacción de la masa de la plataforma, sino sólo las fuerzas de reacción de su propia masa y de una pequeña parte de la masa de los módulos. El diseño de un péndulo virtual está realizado de acuerdo a la FIG 13. Si el punto de apoyo de la plataforma fuera un apoyo fijo, el elemento de acople se mantiene en su posición media por medio de resortes horizontales 126. Sólo cuando la fuerza del resorte es superada, se permiten los movimientos libres relativos entre la plataforma 122 y el pilar 121. FIG.67 muestra el aislamiento de vibraciones de un pilar de una carretera elevada en la base del pilar. El péndulo virtual está basado en el principio mostrado en FIG. 9. Como acá se describe, el pilar representa un apoyo flotante de puente. El péndulo de apoyo colgante estable 2 consiste de dos barras verticales 123 y de dos vigas transversales 124. FIG.68 muestra una torre de armadura soportada por módulos de protección antisísmica de acuerdo al diseño mostrado en FIG. 21 y equipados con dispositivos resistentes a fuerzas de viento. FIG.69 muestra el apoyo de una línea de tubería a través de dos péndulos estable 2 e inestable 7, de acuerdo al diagrama de la FIG. 9. El elemento de acople 8 está diseñado como un apoyo para el tubo. El centro de la sección transversal del tubo describe al desplazarse horizontalmente una curva como si fuera el extremo de un péndulo largo. El tubo por tanto está suspendido de un péndulo virtual. El péndulo invertido 7 se mantiene en su posición vertical por un resorte 47. Sólo un cierto momento de volteo en el péndulo 7 puede comprimir el resorte 47. FIG.70 representa un puente de tubería, como los utilizados en plantas químicas y refinerías, soportado por péndulos virtuales. El soporte de cargas 89 está apoyado en un elemento de acople 8 que a su vez está apoyado en un péndulo estable colgante 2 y en un péndulo inestable invertido 7.

Claims (29)

1. Reivindicaciones 1. Método para proteger objetos, particularmente edificios, contra las fuerzas dinámicas de las aceleraciones de la base (6), por ejemplo causadas por sismos, donde los efectos de los elementos portantes estables (2,11) sobre un sistema portante que soporta al objeto (1), posibilitan la oscilación en cualquier dirección lateral y el ascenso de la masa del objeto (1), y los elementos portantes inestables (7,11 ,14), posibilitan la oscilación en cualquier dirección lateral y el descenso de la masa del objeto (1), están superpuestos a través de elementos de acople, de forma tal que durante los movimientos horizontales sísmicos de la base (6), el desplazamiento de los puntos de apoyo (10) conectados a la base de los elementos portantes (2, 7, 11), relativos a la posición inicial de la masa del objeto soportado (1), causa sólo un ascenso mínimo del objeto soportado (1) en los puntos de apoyo de carga (P) en los elementos de acople o los elementos combinados portantes y de acople, los que, debido al bajo gradiente de las rutas de movimiento en el espacio relativo de la base de los puntos de apoyo (P), genera sólo una pequeña fuerza re-establecedora estabilizante centrante (FR) causada por la gravedad sobre la masa del objeto (1), y consecuentemente se obtiene una aceleración insignificante del objeto soportado (1) con un largo período de su oscilación natural, incluso durante grandes aceleraciones laterales de la base (FIG. 9, 12, 13, 16, 17, 21 , 22, 23, 24).
2. 2. Dispositivo que realiza el método de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, para el apoyo desacoplado de vibraciones de un objeto (1) en sus puntos de apoyo de carga estática (P) respecto de una base oscilante (6), el objeto (1) es soportado en cada punto de apoyo (P) por un dispositivo consistente en un elemento de acople o un elemento combinado de acople y apoyo (8, 9, 14), soportado y conectado a la base oscilante (6) por elementos portantes (2, 7, 11), capaces de oscilar en cualquier dirección y unidos por el elemento de acople o el elemento combinado de apoyo y acople (8, 9, 14), y caracterizados por el hecho de que el dimensionamiento y ubicación de los elementos portantes (2, 7, 11 , 14) en sus posiciones iniciales de reposo es escogido de forma tal que en cada elemento de acople o elemento combinado de apoyo y acople (8, 9, 14) el punto de apoyo (P) del objeto soportado (1) es capaz de moverse libremente en cualquier dirección lateral, comparable al trazo del movimiento en un casquete cóncavo esférico en el que el extremo libre de un péndulo muy largo suspendido biaxialmente se movería, alcanzando el efecto de un péndulo virtual que es capaz de oscilar en todas las direcciones (FIG. 9, 12, 13, 16, 17, 21 , 22, 23, 24).
3. 3. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que durante una vibración horizontal de la base oscilante (6), el elemento de acople (8, 9) es elevado en un lado donde está unido a los elementos portantes (2, 7, 11) y es descendido en el lado opuesto, y que el punto de apoyo (P) de elemento de acople (8, 9, 14) que soporta al objeto (1) experimenta sólo un mínimo ascenso y se mueve de forma tal que describe una curva ligeramente cóncava (FIG. 9, 12, 13, 16, 17, 21).
4. 4. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado por el hecho de que existen dos elementos portantes (2,7) biaxialmente articulados a un elemento de acople (8, 8b), donde uno de los dos elementos portantes (2) es realizado como un péndulo estable colgante, que en su extremo superior está biaxialmente articulado a un punto de apoyo (10), que está conectado rígidamente a la base (6), y donde el otro de los dos elementos portantes (7) está realizado como un péndulo inestable invertido, que está biaxialmente articulado en su extremo inferior a la base (6), y donde el elemento de acople (8, 8b) está conectado al objeto soportado (1) a través de dos apoyos, creando un eje horizontal, de forma que el elemento de acople (8) no puede rotar respecto al eje vertical del objeto (1). (FIG. 9, 12, 13, 16. 17)
5. 5. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el elemento de acople (8) está articulado dentro de un elemento de acople adicional (8b), conectado por un elemento vertical de acople (8a), en sus dos extremos monoaxialmente articulado a ambos elementos de acople (8, 8b), y que el elemento de acople (8b), que está monoaxialmente articulado al soporte de carga (W|) en un extremo y en el otro está soportado por la cabeza de un péndulo inestable portante (7), biaxialmente articulado. (FIG. 13 a 17)
6. 6. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado por el hecho de que tres elementos portantes (11) están biaxialmente articulados a tres puntos a lo largo del perímetro del elemento de acople (9, 14), cuando se ubican en la posición de reposo, apuntando hacia abajo e inclinados respecto al centro del elemento de acople (9), y biaxialmente a puntos de suspensión, que son conectados rígidamente a la base (6). (FIG. 18, 19).
7. 7. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el punto de apoyo (P) para el objeto (1) está ubicado sobre el plano formado por los tres puntos de apoyo (12) en el elemento de acople (9) para los elementos portantes (11). (FIG. 19, 20, 21)
8. 8. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el elemento de acople (8), biaxialmente articulado con al menos dos elementos portantes (2) en su extremo inferior, que en su extremo superior están biaxialmente articulados con puntos de apoyo (10) que están conectados rígidamente a la base (6), soporta en un apoyo monoaxial en el centro al elemento portante (14), que gira en la dirección de los puntos portantes, que conectan al elemento de acople (8) y los elementos portantes (2), y que por debajo de su apoyo en el elemento de acople (8) está ubicado en un apoyo biaxial con movilidad axial y sobre su apoyo en el elemento de acople (8) soporta al objeto (1) en un punto de apoyo biaxialmente móvil (P). (FIG. 22, 23, 24)
9. 9. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 y 8, caracterizado por el hecho de que difiere del dispositivo descrito en la reivindicación 8, en que el elemento de acople (8) está soportado por varios elementos portantes paralelos (2) simétricamente ubicados, y el elemento portante (14) está soportado en el elemento de acople (8) en un apoyo biaxial. (FIG. 22, 23, 24)
10. 10. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que, para el propósito de compensación de carga de viento, se ubica un fuste (42) por debajo del objeto soportado (1), entre la base (6) y el objeto (1), para soportar las fuerzas laterales, mientras un extremo del fuste (42) está rígidamente conectado a un extremo de un resorte de extensión preesforzado (41), cuyo otro extremo está rígidamente conectado a la base (6) o al objeto soportado (1), y mientras el otro extremo del fuste (42) se conecta axialmente dentro de un apoyo esférico móvil biaxial (43) que está conectado al objeto soportado (1) o a la base (6), y a través del cual la posición del objeto (1) y la base (6) se fijan entre sí, y se desarrolla una movilidad relativa entre la base (6) y el objeto (1), cuando una fuerza lateral que impacte al fuste (42), supere la fuerza de tensión del resorte de extensión preesforzado (41). (FIG. 25)
11. 11. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que por debajo del objeto soportado (1) entre la base (6) y el objeto (1) está ubicado un fuste para soportar las fuerzas laterales, donde un extremo del fuste está rígidamente conectado a un resorte de bloque elastomérico (48), que está conectado a la base (6) o al objeto soportado (1), y donde el otro extremo del fuste (42) se conecta dentro de un apoyo esférico biaxialmente móvil (43), conectado al objeto soportado (1) o a la base (6), a través del cual se fija elásticamente la posición relativa del objeto (1) y de la base (6). (FIG. 26)
12. 12. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que para la compensación de las fuerzas de viento se instalan debajo del objeto soportado (1) uno o más dispositivos de compensación de cargas de viento (50), donde para cada dispositivo una esfera verticalmente guiada (44), que puede girar en todas las direcciones, se presiona con una fuerza predeterminada por un resorte mecánico o hidroneumático (47) hacia abajo en el centro de un embudo centrante (45), rígidamente conectado a la base (6), que posee una apertura angular particular que aumenta desde el centro hasta 180° grados, a través de la cual aparece una conexión con forma de llave entre el objeto (1) y la base (6), que puede transmitir fuerzas horizontales hasta un cierto valor límite, determinado por la fuerza del resorte y la apertura angular en el centro del embudo (45). Cuando este valor límite es excedido por la fuerza horizontal, la inclinación del embudo (45) eleva la esfera (44) verticalmente contra la fuerza del resorte, y la esfera (44) rueda sobre el área de menor inclinación del embudo (45), a través de la cual la fuerza horizontal transmitida disminuye y se vuelve cero fuera del área del embudo (45), y por tanto, durante los movimientos relativos de la base (6) al objeto (51) causados por sismos, sólo muy bajas o ninguna fuerza vertical son transferidas de la base (6) al objeto, dependiendo de la amplitud de las oscilaciones. (FIG. 27)
13. 13. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 12 para centrar, debido a este tipo de apoyo, a los objetos o edificios que pueden moverse fácilmente en la dirección horizontal y proporcionar una fuerza de soporte, caracterizado por el hecho de que una esfera centrante verticalmente guiada (44), sostenida en una cama de baleros (49), es presionada por un resorte mecánico, hidroneumático o viscoelástico dentro de un embudo centrante (45), de forma que las fuerzas de viento que impactan a la estructura del edificio (51) no causan ninguna fuerza de reacción en el punto de conexión de la bola centrante (44) con el embudo (45), cuya componente vertical (Fv) puede presionar la bola centrante (44) dentro de su guía vertical contra la fuerza del resorte. (FIG. 27)
14. 14. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que un embudo centrante (45), fuera del círculo formado por la línea de contacto de la esfera centrante (44) con el embudo en su posición inferior, posee una abertura angular de hasta 180°, incrementando el ángulo de apertura (?), de forma que la componente horizontal (FH) de la fuerza normal en el punto de contacto de la esfera centrante (44) con el embudo centrante (45) disminuye radialmente hacia afuera, cuando una fuerza de desplazamiento lateral, que es mayor que las máximas cargas horizontales de viento, presiona a través de la esfera centrante (44) al resorte vertical en su guía vertical, y el punto de contacto de la esfera centrante (44) con el embudo centrante (45) se mueve radialmente hacia afuera del embudo centrante (45). (FIG. 27)
15. 15. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que la esfera centrante (44) puede moverse sin amortiguamiento en su guía vertical, si una fuerza vertical (Fv), causada por un desplazamiento horizontal del embudo centrante (45), excede la fuerza del resorte, y que una presión restablecedora de la guía vertical con la esfera centrante (44) por el resorte es desacelerada a muy baja velocidad por una estrangulación hidráulica, tal que el período para una oscilación completa del resorte es múltiplo del período de oscilación máximo del sismo. (FIG. 27)
16. 16. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que para la compensación de las cargas de viento, se instalan entre las paredes verticales de la base (6) y el objeto soportado tres pares de resortes mecánicos o hidroneumáticos (47) con una baja constante del resorte ubicados con simetría de espejo alrededor del objeto soportado, un par para cada eje de movimiento: un par para el eje vertical y dos pares para los dos ejes horizontales, y hacia la pared de la base tienen montados un deslizador o una palanca rodante (25), horizontalmente móvil con uno o varios rodillos en un sistema de guía extensible. (FIG. 28, 29, 30)
17. 17. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que para mantener igual distancia a todas las paredes del objeto (22) de las paredes de la base (20), a través de incluso un pequeño movimiento del resorte causado por un movimiento del objeto soportado relativo a ia base debido a una fuerza de viento, la fuerza del resorte aumenta automáticamente, gobernada por válvulas de control hidráulico, hasta que la extensión total dentro de la posición requerida es restablecida. Si durante un movimiento del resorte causado por una fuerza de viento ocurriera adicionalmente una oscilación sísmica de la base, la fuerza de reacción contra la fuerza de viento se aumenta sólo marginalmente debido a la baja constante del resorte, y consecuentemente sólo una pequeña fuerza diferencial impacta la masa del objeto soportado como una fuerza de aceleración. (FIG. 28, 29, 30)
18. 18. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 16 y 17, caracterizado por el hecho de que el movimiento relativo entre la base oscilante (6) y el objeto, soportado por péndulos virtuales, que desacoplan al objeto soportado de la base oscilante, es utilizado para accionar una o varias bombas (37) para energía auxiliar, que pueden ser configuradas independientemente o en conexión con los elementos centrantes y de compensación de fuerzas de viento, que responden a los movimientos relativos. (FIG. 28, 30)
19. 19. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que una parte del edificio (22) separada de su estructura principal (51), que no está expuesta a cargas de viento y que está soportada por péndulos virtuales (56 u), sirve como una posición de referencia para el control de la posición del edificio principal expuesto a cargas de viento. (FIG. 31)
20. 20. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que el elemento de apoyo de carga entre el punto de apoyo de carga (P) del péndulo virtual y el objeto soportado (51) está diseñado como un resorte vertical con una constante muy baja y el correspondiente amortiguamiento, donde los elementos de resorte pueden ser mecánicos, hidroneumáticos o fluidos elásticos. (FIG. 32)
21. 21. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 4, 6, 10 y 20, caracterizado por el hecho de que los dispositivos para compensación de cargas de viento (70) y absorción de impactos verticales (69) están integrados al péndulo virtual (56) en una sola unidad. (FIG. 33, 56)
22. 22. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el elemento de acople (8) de los péndulos virtuales en postes está soportado por dos péndulos colgantes portantes (2), y un péndulo invertido portante (7), y que los elementos portantes (2) y (7) están espacialmente desplazados angularmente respecto al centro, para compensar la inclinación del extremo del poste durante una oscilación y evitar también que el punto de apoyo del objeto aislado esté sujeto a la misma inclinación. (FIG. 35, 35a, 35b)
23. 23. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 4 y 6, caracterizado por el hecho de que los elementos de acople (8, 9) poseen un punto de apoyo de carga (P) ubicado en el lado inferior y que soportan objetos colgantes, y que los elementos portantes (2, 11), están constituidos de cables. (FIG. 37, 40, 41, 42)
24. 24. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por el hecho de que los elementos portantes (2) están diseñados como cables. (FIG. 38, 39)
25. 25. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 4 y 23, caracterizado por el hecho de que el péndulo portante colgante (2), cuelga del cielo, que está conectado a la base a través del edificio, y que el péndulo invertido inestable (7), está soportado en su extremo superior por el centro formado por tres o cuatro barras inclinadas, cables o cadenas (5), suspendidas del cielo. (FIG. 42)
26. 26. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 4, 5, 7 y 23, caracterizado por el hecho de que al menos tres péndulos virtuales soportan una masa como un amortiguador de masas acopladas. (FIG. 43, 44, 45, 46, 47, 48)
27. 27. Dispositivos de acuerdo a las reivindicaciones 4, 5, 6 7, 8, 9 y 23, caracterizados por el hecho de que los péndulos estables colgantes pueden ser diseñados como cables o como cadenas (FIG. 36b, 37, 38, 39, 40, 41 , 42, 45, 46, 47, 48).
28. 28. Dispositivo de acuerdo a las reivindicaciones 2 a 9, caracterizado por el hecho de que en su cimentación se construye un péndulo virtual y para la transferencia de la carga del objeto soportado al terreno de cimentación (100), posee en su lado inferior hacia los bordes una curvatura inclinada (FIG. 49, 56).
29. 29. Dispositivo de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el elemento de acople (8) funciona directamente como apoyo de un objeto. (FIG. 69)