WO2002050377A1 - Sistema constructivo de cimentaciones con placas antisismicas - Google Patents

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    • E02D31/08—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution against transmission of vibrations or movements in the foundation soil

Definitions

  • the state of the art considers the earthquakes practically unpredictable.
  • the main causes that produce the earthquake are plate tectonics, and their immediate effects are elastic forces, which, starting from the focus or hypocenter, cross the Earth (longitudinal or primary waves and transverse or secondary waves). These forces, upon reaching the surface, at the earth - air or earth - water interface, produce surface forces of different intensity and wavelength (Love, Rayleigh, Lungae or L waves).
  • Another field of research tries to achieve ductile and resistant materials that absorb or dampen seismic waves.
  • the purpose of the invention is to isolate the foundations of the elastic force of the earthquake, by means of anti-seismic plates, thus avoiding that the static balance of the constructed system is destroyed (buildings, bridges, etc.) and that the seismic waves cannot propagate to the rest of the construction.
  • the anti-seismic plates, -Fig.l- are containers preferably of square shape and variable thickness, which are divided into two parts -Fig.2-.
  • the seismic plate has to withstand high pressures.
  • part "A” the incomprehensibility of the liquids has been taken into account
  • part "B” where the vacuum has occurred
  • spacers (2) have been placed between the faces (1 and 3), preferably spherically, to obtain the greatest possible resistance with minimum contact.
  • the force "F4" would be the decompensation of the faces.
  • the force "F3” would be the action and the force "F4" the reaction.
  • the seismic plates (2) are placed and then the iron corresponding to the reinforced slab (8), the one of the walls (5) and the one that surrounds the shoe or basket (4).
  • the slab (8) is concreted, then the walls (5) and the basket containing the shoe (4) are formed. Once concreted and stripped, the seismic plates (2) are placed inside the basket, thus protecting the shoe.
  • a single plate At the base of the shoe a single plate will be placed, and on the perimeter (in this case four faces, -fig.4-) it will also be a single plate (2) -fig.4-, in case of being four plates, they should be communicated in a closed circuit in the part corresponding to the liquid (A) -fig.2-.
  • the iron of the grill of the shoe (3), and the iron of the pillar (1) is placed and concreted.
  • the spaces (9) can be an air chamber or be filled with gravel or similar, to obtain greater static force
  • the floor or forged (10) will have an expansion joint with the walls and with the pillars.
  • the terrain is represented in Figures 4 and 5 as No. 11.
  • a shoe is shown in which its conical shape stands out, especially suitable for projects of buildings of low static weight or insulated footings, (bridges, elevated roads, etc.). It can have other shapes, pyramidal, cylindrical, etc.
  • this class of shoes is to present the smallest surface area possible to surface seismic waves and form angles of refraction, thus facilitating the force to spread where less resistance is offered, that is, surrounding the shoe ("1 ”) in addition to obtaining a resultant force of downward thrust or anchor, which adds to the static force.
  • the force "Fl” -fig.6- is the force of the surface seismic waves that act on the shoe (1), part of this force surrounds the shoe and spreads upwards when it finds less resistance, and another part of the force acts on the seismic plate (2), producing a pressure in the liquid, which by pressing perpendicular to the walls that contain it, gives us the "Rl” and “R2" results (it is understood that two opposite points of the perimeter where the resulting ones are formed) have been considered.
  • the buried walls -fig.7- have the purpose of protecting the constructions already made of the surface seismic waves that are the most destructive.
  • the walls could be constructed as barriers to dampen surface forces, and although in this way the wall would pass the longitudinal or primary waves and the like, which are transferred through solids and fluids, these are not the most dangerous.

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Abstract

Objeto: Aislar las cimentaciones y el resto de la construcción del seísmo. Las placas antisísmicas (2) son recipientes herméticos divididos en dos partes. En la parte 'B' se ha producido el vacío para que las ondas sísmicas longitudinales o primarias que se propagan a través de los sólidos y los fluidos, queden anuladas en su mayor parte. En la parte 'A' se ha introducido un líquido a presión para anular la línea de fuerza de las ondas transversales o secundarias que se propagan a través de los sólidos. Se destaca que 'F1' es la fuerza lateral de la onda sísmica superficial que actúa sobre la placa, produce una presión sobre el líquido que comprime la zapata (1) con una resultante nula. 'F2' sería la descompensación de las caras que presiona sobre el terreno. Aplicaciones: toda clase de cimentaciones, grandes superficies para preservar las infraestructuras, etc. Alternativas: zapatas cónicas, muros enterrados, apoyos de vigas, etc.

Description

SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS. El sector de la técnica al que se refiere la presente invención, es el de la construcción sismorresi siente y la parte de la Geofísica que trata de la Sismología
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.
El estado de la técnica considera los seísmos prácticamente impredecibles. Las causas principales que producen el seísmo son la tectónica de placas, y sus efectos inmediatos son fuerzas elásticas, que partiendo del foco o hipocentro, atraviesan la Tierra (ondas longitudinales o primarias y ondas transversales o secundarias). Estas fuerzas al llegar a la superficie, en la interfase tierra - aire o tierra - agua, producen fuerzas superficiales de diferente intensidad y longitud de onda (ondas Love, Rayleigh, Lungae u ondas L).
Las ondas superficiales son las más destructivas, actuando sobre las construcciones en sentido horizontal y vertical tratando de desplazarlas. A través de las cimentaciones se propaga al resto de la construcción, produciendo temblores y torsiones.
Las investigaciones realizadas hasta la fecha, tratan sobre las causas de los seísmos, y todo lo que pueda contribuir a su predicción para evitar desastres, (los chinos pudieron predecir en 1975 un terremoto en la región de Haicheng). Por otra parte, también se intenta amortiguar sus efectos destructivos, proyectando los edificios de forma simétrica, piramidal, con los ascensores en el centro, y fortaleciendo las estructuras, incluso con hormigón enriquecido con fibras de carbono.
Otro campo de la investigación, trata de conseguir materiales dúctiles y a la vez resistentes, que absorban o amortigüen las ondas sísmicas.
Lo ideal sería amortiguar o destruir la onda sísmica antes de que actúe sobre las cimentaciones. En este sentido, estudios realizados de materiales electrorreológicos, permiten pensar que en un futuro próximo se puedan realizar cimentaciones, teniendo en cuenta sus cualidades.
Estos materiales tienen la cualidad de que mientras pasa una corriente eléctrica por su masa, se mantienen en estado sólido - rígido, y cuando cesa, cambia en cuestión de milisegundos a un estado gelatinoso, que absorbe mejor las ondas sísmicas.
En España tenemos la normativa: Norma de Construcción Sismorresi stente, NCSE 94.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para una mejor comprensión de la invención, se exponen de forma breve los conceptos más relevantes que se han tenido en consideración:
1. - Todas las fuerzas de las ondas sísmicas son de interacción por contacto, necesitando de un medio idóneo para su propagación. 2. -Las ondas sísmicas longitudinales o primarias y similares se comportan como las ondas de sonido, y se trasladan a través de los sólidos y los fluidos.
3. -Las ondas transversales o secundarias y similares se propagan sólo a través de los sólidos. ^-Incomprensibilidad de los líquidos.
5. -Una fuerza de interacción por contacto no puede propagarse a través del vacío. 6.-Una línea de fuerza no puede transmitirse a través de un liquido. 7.-Se ha tenido en consideración el Teorema de Pascal en todo su contexto. 8.-En los dibujos, se han exagerado deliberadamente las proporciones para una mejor explicación.
9.-En las fuerzas sólo se considera: dirección, sentido y punto de aplicación. La invención tiene como finalidad aislar las cimentaciones de la fuerza elástica del seísmo, mediante unas placas antisísmicas, evitando así que se destruya el equilibrio estático del sistema construido, (edificios, puentes, etc.) y que las ondas sísmicas no puedan propagarse al resto de la construcción.
Las placas antisísmicas, -Fig.l- son unos recipientes preferentemente de forma cuadrada y grosor variable, que están divididos en dos partes -Fig.2-.
En la parte "A" se ha introducido un líquido o semilíquido a una pequeña presión, con la finalidad de convertir la onda sísmica en presión, y destruir su línea de fuerza. En la parte "B", se ha producido el vacío para impedir la propagación de las ondas longitudinales, ya que ésta, se propaga a través de sólidos y fluidos, pero no del vacío.
La placa antisísmica tiene que soportar grandes presiones. En la parte "A" se ha tenido en consideración la incomprensibilidad de los líquidos, y en la parta "B" (donde se ha producido el vacío) se han colocado unos separadores (2) entre las caras (1 y 3), preferentemente de forma esférica, para obtener la mayor resistencia posible con el mínimo contacto.
En la figura 2, se destaca que la cara 1 y la cara 3 tienen una pequeña flexibilidad, con la finalidad de que la fuerza mecánica de la onda sísmica, presione sobre el líquido del recipiente "A".
La cara 4 de la figura 2, estará siempre en contacto con el sistema construido, como se puede ver en la figura 3.
Siguiendo un orden o frecuencia de la fuerza elástica del seísmo, primero actúa sobre la cara 1 -Fig2-, esta fuerza sobre los separadores (2), y estos sobre la cara 3, esta sobre el líquido del recipiente "A", donde la fuerza se convierte en presión sobre la cara 4, y esta cara sobre el sistema construido. En la figura 3, tenemos la correcta colocación de las placas antisísmicas "2", en la base de la zapata "1" y sus laterales o perímetro. Las placas del perímetro (si no es una sola placa que rodee la zapata) estarán comunicadas entre sí por la parte del recipiente "A", con la finalidad de que el líquido reaccione en el mismo instante en todo el perímetro. La fuerza "Fl" representa la fuerza estática del edificio, la fuerza "F2" es la reacción del terreno, esta fuerza puede ser sustituida por cualquier otra fuerza igual o menor (seísmo) sin que se rompa el equilibrio estático.
La fuerza "F3" -Fig3-, se considera la fuerza sísmica superficial, esta fuerza presiona sobre el líquido "A", este a su vez ejerce una presión que rodea la zapata y trata de comprimirla Estas fuerzas son iguales y contrarias por lo que su resultante es nula
La fuerza "F4" sería la descompensación de las caras. La fuerza "F3" sería la acción y la fuerza "F4" la reacción.
VENTAJAS
Las ventajas a destacar son:
Se consigue amortiguar o anular las ondas sísmicas, evitando temblores y torsiones en los edificios, lo que permite realizar proyectos diferentes.
Se logra evitar el efecto psicológico del seísmo en las personas que se encuentran en los edificios, que es donde antes se perciben.
Su aplicación se adapta a cualquier construcción, lo que permite cubrir grandes zonas para proteger las infiraestructuras, tuberías de agua, gas etc.
Pueden aplicarse para amortiguar movimientos vibratorios de maquinas, ondas de sonido etc., así como servir de apoyo de las vigas o tableros en los puentes, etc.
DESCIPCION DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Alzado.
Figura 2.- Corte en sección de la placa antisísmica:
"A" espacio ocupado por el líquido; "B" espacio donde se ha realizado el vacío; "1" cara exterior en contacto con el terreno; "2" separadores de las caras "1" y "3";
"3" separación entre los espacios "A" y "B"; "4" cara exterior en contacto con el sistema construido. Figura 3. - "1" zapata y pilar; "2" placas; "Fl" fuerza estática; "F2" fuerza de reacción del terreno; "F3" fuerza superficial del seísmo; "F4" fuerza por descompensación de las caras. Figura 4. - Alzado cortado para poder apreciar las placas.
Figura 5. - Sección de la figura 4:
"1" pilar; "2" placas; "3" zapata; "4" cesta que rodea la zapata; "5" muro perimetral que rodea el edificio; "6" hormigón de limpieza; "7" hormigón de limpieza fratasado para apoyo de las placas; "8" losa armada que arriostra el edificio; "9" cámara de aire o relleno; "10" solera o forjado conjuntas de dilatación con los muros y pilares; "11" terreno.
Figura 6. - "1" zapata cónica y pilar; "2" placas; "Fl" fuerza lateral del seismo; "F2" fuerza por descompensación; "Rl" y "R2" componentes de "R3"; "R3" resultante hacia abajo. Figura 7. - Muro enterrado:
"1" hormigón de relleno; "2" placas; "3" terreno; "Fl" fuerza del seísmo. A título ilustrativo y no limitativo, se detallan tres formas de construcción preferente, dado que sus características son diferentes. En la construcción de edificios y similares, se destaca una doble barrera antisísmica, que consta de un muro perimetral del edificio, y la base del edificio, mediante las placas antisísmicas lo más grandes que sea posible, y comunicadas entre sí (en un circuito cerrado), con la finalidad de que el liquido reaccione en el mismo instante. Constará de una losa armada para arriostrar todo el edificio, y proteger las zapatas si se produjeran grietas considerables en el terreno. En las figuras 4 y 5 tenemos una forma de construcción preferente:
Después de vaciar el terreno, se alisa con hormigón de limpieza el perímetro del muro (6) y la base de la cimentación (7), se colocan las placas antisísmicas (2) y a continuación el hierro correspondiente a la losa armada (8), el de los muros (5) y el que rodea la zapata o cesta (4). Se hormigona la losa (8), posteriormente se encofran los muros (5) y la cesta que contendrá la zapata (4). Una vez hormigonado y desencofrado, se colocan las placas antisísmicas (2) en el interior de la cesta, protegiendo así la zapata.
En la base de la zapata se colocará una sola placa, y en el perímetro (en este caso cuatro caras, -fig.4-) será también una sola placa (2) -fig.4-, en caso de ser cuatro placas, tendrían que estar comunicadas en circuito cerrado en la parte correspondiente al líquido (A) -fig.2-. Se coloca el hierro de la parrilla de la zapata (3), y el hierro del pilar (1) y se hormigona.
Los espacios (9) pueden ser una cámara de aire o estar rellenos de grava o similar, para obtener mayor fuerza estática La solera o forjado (10), tendrá una junta de dilatación con los muros y con los pilares. El terreno está representado en las figuras 4 y 5 como n° 11.
En la figura 6, se muestra una zapata en la que cabe destacar su forma cónica, especialmente apropiada para proyectos de edificios de poco peso estático o zapatas aisladas, (puentes, carreteras elevadas, etc.). Puede tener otras formas, piramidal, cilindrica, etc.
La finalidad de esta clase de zapatas es presentar la menor superficie posible a las ondas sísmicas superficiales y formar ángulos de refracción, facilitando de esta forma que la fuerza se propague por donde menos resistencia se le ofrece, esto es, rodeando la zapata ("1") además de obtener una fuerza resultante de empuje hacia abajo o anclaje, que se suma a la fuerza estática.
De forma esquemática, la explicación siguiente se expone sólo a título de captar básicamente la idea de sus cualidades.
La fuerza "Fl" -fig.6-, es la fuerza de las ondas sísmicas superficiales que actúan sobre la zapata (1), parte de esta fuerza rodea la zapata y se propaga hacia arriba al encontrar menor resistencia, y otra parte de la fuerza actúa sobre la placa antisísmica (2), produciendo una presión en el líquido, que al presionar de forma perpendicular a las paredes que lo contienen, nos da las resultantes "Rl" y "R2" (se entiende que se han considerado dos puntos opuestos del perímetro donde se forman las resultantes).
A partir de las resultantes "Rl" y "R2", obtenemos otra resultante llamada "R3" que produce una fuerza vertical hacia abajo. La excavación de las zapatas es normalmente de forma cúbica, por lo que el resto del espacio se llena con hormigón pobre, para obtener una fuerza estática sobre la placa que contrarreste la fuerza "F2", que si se descompone nos produce dos fuerzas, una horizontal y otra vertical hacia arriba.
Los muros enterrados -fig.7-, tienen la finalidad de proteger las construcciones ya realizadas de las ondas sísmicas superficiales que son las más destructivas.
La fuerza sísmica "Fl", -fig. 7- se propaga a través del terreno (3) y del relleno de hormigón pobre (1), actuando sobre las placas (2) y estas a su vez sobre el terreno de manera uniforme.
La eficacia de estos muros es relativa, ya que, aunque anulen las ondas Love, puede que dejen que el resto de las ondas sísmicas, al tener diferente longitud de onda, traspasen parte de la fuerza por debajo del muro. Esta modalidad de construcción requeriría de estudios de distancia, profundidad, etc.
Se ha pensado, que en esta idea de muros enterrados sería más efectivo o práctico utilizar materiales electrorreológicos si los costos lo permitiesen. La realización sería muy sencilla: se haría una excavación lo más estrecha y profunda posible, y se rellenaría con materiales electrorreológicos o unos materiales semilíquidos conocidos o posibles de conseguir, esta sería la solución más sencilla y económica
Conociendo el posible origen del seísmo o epicentro por datos históricos o estadísticos, se podrían construir los muros como barreras para amortiguar las fuerzas superficiales, y aunque de este modo pasarían el muro las ondas longitudinales o primarias y similares, que se trasladan a través de sólidos y fluidos, estas no son las más peligrosas.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS, caracterizado porque se aislan las cimentaciones de las fuerzas del seísmo o cualquier otra fuerza similar, antes de que estas actúen sobre las cimentaciones, evitando su propagación al resto de la construcción, bien sean, edificios, puentes etc., mediante unas placas antisísmicas.
2. SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS, caracterizado por la colocación adecuada de unos recipientes herméticos divididos en dos partes -fig.2-. En una de las partes se ha introducido un líquido a presión con el fin de convertir la fuerza elástica del seísmo en presión y destruir así su línea de fuerza (A). En la otra parte se ha producido el vacío para amortiguar las ondas longitudinales o similares que se propagan a través de sólidos y fluidos (B).
3. SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS, caracterizado porque las placas pueden ser independientes o estar comunicadas entre sí, tener diferentes formas y dimensiones, estar colocadas individualmente o apiladas utilizando los materiales más idóneos para su fabricación. También puede cambiarse la disposición de los compartimentos herméticos en las placas, en las que por ejemplo, un compartimento de tipo "B" (vacío), podría quedar a modo de sandwich entre dos compartimentos de tipo "A" (líquido). Además se contempla la posibilidad de fabricar placas con un solo compartimento (el del líquido), por ejemplo, para construcciones que se extiendan a lo largo de grandes superficies como carreteras, con el fin de abaratar los costes.
4. SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS, caracterizado porque en las zapatas aisladas, se considera que su forma contribuye a su eficacia cuando estas son cilindricas, piramidales, cónicas etc. -fig.6- ya que presentan menor superficie lateral a la onda sísmica, crean ángulos de refracción y obtienen una fuerza resultante vertical hacia abajo.
5. SISTEMA CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES CON PLACAS ANTISÍSMICAS, caracterizado por la construcción de muros enterrados para proteger de las ondas superficiales las construcciones ya realizadas -fíg7-.
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