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artículocentral

Chile es el país más sísmico del planeta, aseguran los expertos. Un laboratorio natural que impulsa la investigación y aplicación de diversos sistemas que buscan disminuir el riesgo y la vulnerabilidad de las estructuras. Hoy se actualizan las normativas. Sin prisas, pero sin pausa, aumenta el número de edificaciones que poseen sistemas de protección sísmica, como aislamiento o disipación de energía. En nuestro país el desarrollo en construcciones sismorresistentes se mueve y fuerte.

ConstruCCion sismorresistente

DesarrolloDesarrollo

construcción sismorresistenteconstrucción sismorresistenteconstrucción sismorresistente

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hile campeón del mundo! sí, en terremotos. Uno de los más emblemáticos, el ocurrido el 16 de agosto de 1906 en Valparaíso, marcó el comienzo de las inves-tigaciones relacionadas al tema. Por primera vez las au-toridades públicas promueven estudios creando el Insti-tuto sismológico de chile. a partir de allí, los desarrollos no han parado, y tampoco los sismos. Durante el siglo XX han ocurrido tres grandes movimientos telúricos que

han impulsado cambios en materiales, métodos de análisis y de dimensiona-miento y finalmente en las normativas.

El terremoto de Talca en 1928 motivó acciones que culminaron en la orde-nanza General de construcciones y Urbanismo (oGUc). El de chillán de 1939 demostró la ineficiencia de las albañilerías sin armar para resistir los esfuerzos sísmicos, y las bondades de la albañilería confinada. Por su parte, el producido en la zona sur en 1960, que con 9,6 grados (el más fuerte hasta hoy en el mun-do, desde que existen registros) evidenció la importancia de la mecánica de sue-los y su consideración en los proyectos de ingeniería. la norma nch433of. 96 para el cálculo sísmico de edificios, recogió las enseñanzas del gran terremoto de la zona central de 1985, donde se pusieron a prueba los muros de rigidez de hormigón armado (*). Esta normativa acepta que los edificios puedan sufrir da-ños en un terremoto severo pero sin colapsar, y en un sismo de mediana inten-sidad tener daños menores.

la normativa chilena, según los especialistas, ha evolucionado y hoy se en-cuentra cerca de dar un gran paso. la nch433of.96 está siendo revisada y es muy probable, señala marcial Baeza, presidente de la asociación chilena de sismología e Ingeniería antisísmica (acHIsIna) que durante 2009 se corrijan

CDanIEla malDonaDo P.

PErIoDIsTa rEVIsTa BIT

en movimiento en movimiento

DesarrolloDesarrollo

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algunos fundamentos que tienen más de 20 años. más importante aún, desta-cados profesionales estudian y preparan una nueva norma sísmica que reempla-zaría a la actual y que incorpora relevan-tes investigaciones. la explicación: ac-tualmente existe una tendencia mundial para considerar un método de diseño por desempeño, que consiste en decidir el nivel de daño a aceptar en un edificio ante un sis-mo específico. “En los últimos terremotos en Estados Unidos y Japón, se ha comprobado que el daño relacionado con la pérdida de la función de la estructura es mucho más im-portante que el daño estructural. Entonces, se trata de limitar el daño considerando tres factores: evitar pérdidas de vida por colapso de las estructuras, limitar el daño de repara-ción de la estructura y especialmente minimi-zar el lucro cesante”, explica Patricio Bonelli, revisor de cálculo estructural con más de 30 años de experiencia profesional.

la intención es incluir esta tendencia en la normativa, sin embargo hay muchos aspec-tos que están pendientes. “El diseño por desempeño es una aspiración de la ingenie-ría sísmica, pero no me atrevería a decir cuán lejos o cerca de esto estamos, ya que el com-portamiento de un edificio depende de las características del movimiento del suelo en un lugar específico y para contar con ese co-nocimiento deberíamos tener una gran can-tidad de información que hoy no se dispone. además, habría que aumentar en 5 veces los presupuestos asignados a investigación en

los sismos. En nuestro país, ya se han concre-tado algunos proyectos, y aunque represen-tan un pequeño porcentaje de edificaciones, se erigen como emblemas del desarrollo en construcción sismorresistente.

Aislamiento sísmicoEl principio fundamental del aislamiento sís-mico consiste en un desplazamiento de la frecuencia fundamental de la estructura des-de un valor alto, donde los sismos tienen gran contenido energético, a un valor bajo, donde carecen de energía. así el aislador sís-mico representa un filtro del movimiento sís-mico horizontal, que no deja pasar la energía hacia la estructura que se encuentra sobre él. como el movimiento horizontal es la causa principal del daño en la estructura, el aislador sísmico la protege reduciendo su vibración lateral en valores del orden de 6 a 8 veces, explica Juan carlos de la llera, académico de la Pontificia Universidad católica de chile y experto en modelamiento estructural y siste-mas de reducción de vibraciones. Existen nu-merosos dispositivos de aislamiento sísmico de los cuales los aisladores friccionales y elas-toméricos con o sin núcleo de plomo son los más conocidos y utilizados. ambos aisladores se instalan individualmente o junto a otros dispositivos (amortiguadores). como ejem-plo, se observan los siguientes casos:

edificio andalucía (1992): El primer pro-yecto chileno aislado sísmicamente, fue el edi-ficio de 4 pisos de la comunidad andalucía. Éste cuenta con aisladores de goma de alto amortiguamiento de tipo cilíndrico de 30 cm

artículocentral

esta materia”, relata Baeza. se estima que en 2010 se contará con un anteproyecto de una nueva norma para el cálculo sísmico de edifi-cios, que incorporará el conocimiento y las experiencias recogidas de los sismos ocurri-dos en los últimos años.

no es todo, sistemas de aislamiento y disi-padores de energía para protección sísmica comienza a ser considerada en la normativa nacional. Hace 6 años existe la norma chile-na de aislación sísmica (nch275of.2003) y hoy acHIsIna posee un comité que prepara un anteproyecto de norma sobre disipación de energía. la tendencia mundial apunta a proveer a las estructuras de sistemas especia-les que moderen y disminuyan los efectos de

el edificio San agustín (2002), ubicado en el campus San Joaquín de

la universidad de católica, cuenta con 53 aisladores sísmicos. G

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el rascacielos Titanium incorpora 13 disipadores de energía con el objetivo de reducir la demanda de deformación y esfuerzos, mediante el aumento del amortiguamiento estructural.

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de diámetro y con láminas de acero de 2 mm de espesor. la iniciativa corresponde a un pro-yecto experimental del ministerio de Vivienda y la Universidad de chile, que dispuso en el edificio, 4 equipos digitales ssa-2. las medi-ciones también se captan en una edificación vecina sin aislamiento sísmico. Desde su cons-trucción no se han registrado movimientos fuertes, sin embargo se ha evidenciado que la aceleración máxima en el techo para un sismo moderado disminuye a la quinta parte.

puente marga marga (1996): Ubicado en Viña del mar, es el primer puente que in-cluyó aisladores sísmicos elastoméricos, consi-guiéndose con esta inclusión, una reducción importante en los requerimientos de diseño impuestos a las cepas y estribos y permitió re-

res no tienen ningún tipo de restricción. Inves-tigadores de la Universidad de chile e inge-nieros del departamento de puentes del moP decidieron instalar una red de 21 acelerógra-fos para monitorear su comportamiento sísmi-co. con posterioridad a la construcción del marga marga, en la mayoría de los puentes importantes construidos a lo largo del país, se incluyeron aisladores sísmicos tanto elas-toméricos como de neopreno.

puente amolanas (2000): a 309 km al norte de santiago, en el tramo la serena-los

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ducir el número de pilotes de fundación. la superestructura del puente está formada por 4 vigas continuas de acero, con

un tablero de hormigón armado, apoyadas en 36 aisladores sísmicos de alto amortiguamien-to. Éstos a su vez se anclan a 7 cepas y 2 estri-bos. En los estribos, el movimiento transversal al tablero está restringido por apoyos desli-zantes, de manera que las juntas de dilatación de entrada al puente sólo se mueven en el sentido longitudinal. En las cepas los aislado-

Una de las debilidades mencionadas por distintos especialistas se refiere a la cantidad y

calidad de los instrumentos que cuenta nuestro país para monitorear la dinámica geoló-

gica y obtener información para el análisis del riesgo sísmico. Un proyecto bicentenario

podría cambiar esta situación. se trata de una iniciativa del servicio sismológico de la

Universidad de chile para dotar al país de una red sismológica. “la red estará compues-

ta por 65 sensores de alta ganancia, distribuidas a lo largo de todo el país, que permiten

la transmisión de su señal vía satélite y en tiempo real. además se implementarán 200

acelerógrafos de movimiento fuerte que permitirán medir las aceleraciones asociadas a

terremotos de importancia. De manera complementaria, 140 estaciones del sistema de

posicionamiento global (GPs geodésicos) entregarán información sobre desplazamien-

tos y deformaciones a los que se ve expuesto el territorio nacional”, explica sergio Ba-

rrientos, Director científico del servicio sismológico de la Universidad de chile, parte del

Departamento de Geofísica de la Facultad de ciencias Físicas y matemáticas.

Hoy se cuenta con un presupuesto de 11 millones de dólares para adquirir los instru-

mentos. aún quedan pendientes los fondos de operación y mantención que requerirá

esta la red, que en 2010 debería estar funcionando.

Red sismológica nacional

Vilos de la ruta 5 norte, se ubica el puente carretero más alto de chile, alcanzando los 100,6 metros. su estructura, mixta de acero y hormigón armado, representa un hito por su tecnología y proceso constructivo. su prin-cipal característica son los apoyos deslizantes sobre sus cepas y estribos y dos amortigua-dores viscolelásticos en los estribos que ac-túan absorbiendo las vibraciones sísmicas (más información BiT 65, página 14). www.uchile.cl

el puente marga marga corresponde a la primera obra de infraestructura vial en chile que incluye bajo el tablero un sistema de aisladores sísmicos. investigadores de la universidad de chile e ingenieros del departamento de puentes del mop instalaron una red de 21 acelerógrafos para monitorear su comportamiento sísmico.

el muelle para contenedores del puerto de coronel cuenta con 96 aisladores sísmicos.

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Universidad católica; el puente amolanas (equipado con apoyos deslizantes y amorti-guadores viscosos) y los estanques del termi-nal de regasificación Gnl quintero (diseña-dos para resistir sismos de ocurrencia uno cada 2.470 años y equipados cada uno con 260 aisladores sísmicos con el fin de minimizar el oleaje al interior del estanque durante un sismo de gran intensidad. El montaje estuvo a cargo de Echeverría Izquierdo montajes Indus-triales). se suma también la línea 5 del metro de santiago, aislada sísmicamente para que los rieles, después de ocurrido un terremoto, queden alineados y continúe la operación a las pocas horas (el diseño sísmico fue realiza-do por s y s Ingenieros consultores). Futuros proyectos como el templo Baha´i para suda-

muelle para contenedores del puerto de coronel (2009): la solicitación sísmica del muelle es resistida mediante pilotes verti-cales y pilotes inclinados. Éstos últimos for-man mesas (diseñadas por la empresa aldu-nate y Vásquez) sobre las cuales se disponen cuatro aisladores sísmicos. En total se instala-ron 96 sobre 24 mesas independientes. los aisladores de tipo elastoméricos con núcleo de plomo miden 70 cm de diámetro y 24 cm de altura. Para estos dispositivos se utilizaron 27 capas de goma de 6 mm y 25 láminas de acero de 3 milímetros. “Este proyecto corres-ponde de acuerdo a nuestra información, al primer muelle de este tipo en el mundo que tiene aislamiento sísmico”, destaca Juan car-los de la llera, Profesor de la Universidad ca-tólica y presidente de la empresa sirve s.a. (sistemas Integrales para la reducción de Vi-braciones en Estructuras), iniciativa incubada en la Pontificia Universidad católica de chile y partícipe de la iniciativa.

Vivienda aislada sísmicamente: En el sector de chicureo, la empresa constructora Pilasi y cía s.a. construye una vivienda unifa-miliar que contará con aislación sísmica. a cargo de la oficina de arquitectos all* (arqui-tectos lagos y luders), en conjunto con sirve s.a., la obra presenta una losa flotante fun-dada en apoyos deslizantes (bielas) que con la ayuda de dos aisladores sísmicos de 42 cm de diámetro y 24 cm de altura, se estima que reducirá los esfuerzos inducidos por sismos entre cuatro a seis veces, respecto de una casa sin aislación, protegiendo así la estruc-tura de la vivienda, su contenido y la sensa-

ción sobre sus ocupantes. Específicamente, la vivienda reposa sobre aisladores esféricos de hormigón armado que se apoyan en bases planas que se insertan en tubos de hormigón de 100 mm de diámetro, los cuales separan la biela (aislador) de su entorno inmediato permitiendo su libre movimiento. Dos aisla-dores sísmicos desarrollados por la empresa Vulco s.a. son los que hacen regresar la vi-vienda a su posición original. sobre los apo-yos deslizantes se ejecuta la losa de hormi-gón armado, la que se monta en obra en base a elementos prefabricados de hormi-gón, vigas, nudos y losas. Finalmente, este tipo de proyectos es rentable económica-mente en suelos con arcillas expansivas, por-que permiten ahorrar en fundaciones.

más iniciativas con aislación sísmica en chile: además de las anteriormente mencionadas, se suman otros proyectos como la clínica san carlos de apoquindo (52 aisladores elastoméricos, 22 de ellos con núcleo de plomo); El edificio san agustín de la Universidad católica (53 ais-ladores); el Hospital militar de la reina (164 aisladores elastoméricos); dos edifi-cios de consultas de la asociación chilena de seguridad, uno en santiago (con 23 aisladores elastoméricos y 9 friccionales) y otro en Viña del mar; un edificio 100% prefabricado de la empresa VUlco s.a.; la cubierta del centro de Justicia de san-tiago (4 aisladores elastoméricos), todos ellos desarrollados por el equipo de la

en el edificio parque araucano, dos amortiguadores de masa

sintonizada, ubicadas en los pisos 21 y el 22, cuelgan de la estructura

mediante tensores, cuyos períodos de oscilación se ajustan.

en chicureo, se encuentra una de las primeras

viviendas unifamiliares en chile que posee

aislación sísmica. Ésta incluye apoyos

deslizantes (a) y aisladores sísmicos (B).

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B

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mérica, el hospital de la Universidad de los andes y los hospitales de la Florida y maipú, también incluyen aislamiento sísmico.

los ejemplos anteriores dejan a la vista que el aislamiento sísmico cubre el rango de es-tructuras de baja a mediana altura (máximo 12 pisos) y una gama importante de estructu-ras civiles como puentes y muelles. Para es-tructuras de edificación, civiles o industriales más altas y preferentemente flexibles se utili-zan los sistemas de disipación de energía.

Disipación de energíalos disipadores apuntan a disminuir por distintos medios la energía vibratoria intro-ducida a la estructura por el movimiento sísmico. Hay distintas formas como la fluencia de metales, la fricción, la disipa-ción viscosa y viscoelástica. En las estructu-ras, los disipadores son colocados entre dos puntos que sufren una deformación relativa, aprovechándola para realizar un trabajo mecánico. la disipación de energía en estos sistemas reduce la acumulación de la demanda sobre la estructura debido a efectos de resonancia, protegiéndola del daño sísmico.

Casos de disipación de energía:edificio parque araucano (2006): El proyecto incorpora 2 amortiguadores de masa sintonizada (ams o TmD en inglés) que consisten en un sistema pasivo de di-sipación de energía que funciona median-te una masa inercial conectada a la estruc-tura en un punto determinado. se denomina masa sintonizada, porque su frecuencia coincide con la fundamental del edificio. con esta sintonía se consigue un efecto dinámico de reducción de las deformaciones relativas del edificio. Esto se logra porque la masa se opone al movi-miento del edificio y lo contrarresta parcial-mente. como son dos masas, ambas con-trolan otro fenómeno que es el de torsión. El edificio no solamente toma la vibración en una dirección sino que además se tuer-ce. las dos masas se potencian y controlan dos tipos de movimientos: el de traslación y rotación respecto de un eje vertical. En el primero las dos funcionan sincrónicamen-te, y en el segundo actúan de forma opues-ta, neutralizándose para reducir esta rota-ción. En el edificio Parque araucano, las

EsTuDIos DE mECánICA DE suElo y sIsmoslos estudios de mecánica de suelo representan un aspecto importante a la hora de pensar en construcciones sismorresistentes. “si bien generalmente las es-tructuras se asocian a materiales y sistemas constructivos, se ha demostrado que el suelo también es un elemento estructural que debe ser considerado y analizado en profundidad ya que tiene su propio comportamiento ante un sis-mo”, explica miguel ángel Jaramillo, Jefe Especialidad Geotecnia y Estudios del Terreno de la Empresa de Ingeniería Ingendesa. los problemas surgen cuando no se realizan los estudios y las prospecciones geotécnicas adecuadas y se so-breestiman sus propiedades. los casos más dramáticos, señala el especialista, se da en re-llenos mal compactados, suelos sueltos y po-tencialmente licuables, donde las edificaciones pueden sufrir grandes deformaciones inde-pendiente de los sistemas de protección sísmi-ca que tengan. En este contexto y para mejo-rar el conocimiento del subsuelo, en febrero de 2009 se o f i c i a l i zó l a no rma nch1508of.2008 “Geotecnia – Estudios de mecánica de suelos”.

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vo bajo costo que puedan ser elaborados di-rectamente por los fabricantes de estanques. De todas maneras el costo del sistema de ais-lamiento no debiera superar el 10% del valor del estanque”, explica almazán.

El futuroactualmente en chile, los dispositivos de pro-tección sísmica son elaborados a la medida de cada proyecto, pero algunos profesionales ya aventuran un cambio. “En el largo plazo es probable que exista un mercado dónde los es-pecialistas sólo vamos a asesorar sobre cuál solución comprar”, declara Juan carlos de la llera. Por el momento, ingenieros de la Uni-versidad católica estudian el uso de sistemas de disipación de energía de segunda genera-ción donde se consideran mecanismos más inteligentes capaces de adaptarse a las condi-ciones variables del movimiento de la estruc-tura. además realizan pruebas reduciendo las escalas y analizan sistema autocentrantes (con elementos de memoria de forma); compues-tos (con combinación de metales, polímeros y otros más sofisticados) y sistemas semi-activos (que van cambiando sus propiedades según los requerimientos).

Para el académico de la Universidad de chi-le, mauricio sarrazin, si bien esta casa de estu-dios ha investigado desde los años 80 en siste-mas de aislamiento sísmico y disipación de energía, no se debe perder de vista que los pro-yectos con dichos sistemas, representan sólo un pequeño porcentaje de las estructuras. son muy importantes en edificaciones que no pue-den dejar de funcionar una vez que ocurra un sismo, como hospitales, puentes, edificios de comunicación, entre otros. sin embargo, la gran mayoría de las estructuras está protegida sísmicamente por sistemas estructurales tradi-

20 n BIT 66 mayo 2009

ca, José luis almazán junto a otros académi-cos de la Pontificia Universidad católica, de-sarrollan un sistema de protección sísmica para estanques de almacenaje de vino. Para los estanques apoyados en patas se ha pro-puesto el denominado aislamiento rotacional vertical (arV), que está compuesto por dis-positivos verticalmente flexibles. se trata de resortes que en su interior cuentan con disi-padores friccionales. su efecto es similar al típico aislamiento lateral usado en edificios, pero tiene la ventaja de que el efecto de ais-lamiento es tanto lateral como vertical. Para los estanques de mayor capacidad apoyados en el suelo, se propone una aislación sísmica lateral utilizando geosintéticos. se emplea un geotextil de alta resistencia (del tipo no teji-do) colocado sobre un polímero de muy alto peso molecular, entregando protección sís-mica adicional mediante disipación de ener-gía por deslizamiento. “adaptamos un simu-lador de vuelo como mesa vibradora que nos ha permitido ensayar estos sistemas introdu-ciéndoles el movimiento sísmico con sus tres componentes (dos horizontales y uno verti-cal). la idea es obtener dispositivos de relati-

dos masas (ubicadas en los pisos 21 y el 22), cuelgan de la estructura mediante tensores, cuyos períodos de oscilación se ajustan. la ini-ciativa estuvo impulsada por las empresas sir-ve s.a., VmB Ingeniería Estructural, la cons-tructora Ignacio Hurtado y la empresa Inmobiliaria Proyecta Desarrollo y Gestión.

Titanium la portada (en construcción): El rascacielos de 52 pisos incorpora 13 disi-padores de energía. son 84 placas ubicadas en el perímetro de la torre y 12 disipadores en el eje exterior. se instalan individualmente en el encuentro entre dos diagonales que abarcan 3 pisos de altura, conformando 7 módulos en la dirección del arriostre y 2 mó-dulos en la dirección perpendicular. Estos dis-positivos fueron desarrollados y ensayados en la Universidad católica y propuestos por la empresa sirve, quienes trabajaron junto a alfonso larraín, profesional a cargo del cál-culo estructural del edificio. El objetivo de estos disipadores es reducir la demanda de deformación y esfuerzos, mediante el au-mento del amortiguamiento estructural.

los especialistas aseguran que las reduc-ciones a causa de los disipadores varían típi-camente entre un 30 y un 50%, reduciendo sustancialmente los incursiones inelásticas (daño) de la estructura. y los alcances se ex-panden. los mismos objetivos se plantea un sistema, pero para proteger almacenamien-tos de vinos.

Caso especial: protección de almacenamiento industrialDesde 2004 y con financiamiento conjunto de Fondecyt y la empresa chilena TPI améri-

estanque para vino utilizado en los ensayos de la universidad católica para comprobar el funcionamiento

de los sistemas de aislación sísmica.

el edificio de la cámara chilena de la construcción cuenta con una red local de

12 acelerógrafos, distribuidos desde los subterráneos hasta el piso 20, conectados a un registrador alTuS

K2. este es el único edificio alto que

cuenta con este tipo de instrumentación.

Última mesa vibradora adquirida por la universidad de chile. Tiene una dimensión

de 1,20 m por 2,20 m y cuenta con una capacidad de hasta 3 toneladas, además

tiene una respuesta en un rango de frecuencia de 0 a 15 hertz.

Una de las grandes preguntas que inten-tan responder los especialistas es con qué período de retorno ocurren los sismos. antiguamente se suponía en los estudios de riesgo sísmico que los terremotos ocu-rrían de manera aleatoria, sin embargo la historia y la paleosismología (estudio pre-histórico de los sismos) ha ayudado a des-cubrir que esto no es así y por ejemplo “se sabe con certeza, ya que ha ocurrido cinco veces de esta manera, que en la zona central de chile los terremotos sub-ductivos interplaca ocurren con epicentro marítimo frente a Valparaíso cada 83 años aproximadamente, similar situación se da para los terremotos gigantes de Valdivia de 1960, que ocurren en promedio cada 285 años acompañados de grandes tsunamis”, declara rodolfo saragoni, in-geniero civil y profesor de diseño sísmico y del magíster de la especialidad en la Universidad de chile. El profesional agre-ga que mucho de lo que se estudia en esta rama, especialmente relacionado con

terremotos subductivos, es ocupado en países para determinar cómo realizar las edificaciones, ya que por ejemplo algunas ciudades del noroeste de Estados Unidos no disponen de registros de grandes te-rremotos subductivos.

En nuestro país existe una ley del mi-nisterio de minería que obliga a evaluar el riesgo sísmico de las represas. Una vez que se dejan de explotar los minerales de ciertas zonas, las represan se mantienen por 200 años y es fundamental saber cuál será el terremoto más grande que ocurri-rá en ese período. En riesgo sísmico, el desafío más grande que tiene chile a fu-turo es el de la industria nucleoeléctrica. “En la instalación de plantas nucleares se deben considerar cuáles serán los terre-motos más grandes que ocurrirán en 2.000 ó 10.000 años”, enfatiza saragoni, el tema lo conoce de cerca ya que actual-mente pertenece a un comité científico de la agencia Internacional de Energía atómica.

Riesgo sísmico

cionales sobre cuyo empleo ha habido también un gran avance. “Por ello será de gran rele-vancia la nueva norma de cálculo sísmico, ya que extenderá a todas las edificaciones los úl-timos avances en diseño sismorresistente. no hay que olvidar que también se desarrollan nuevos materiales que contribuirán en el tema, como hormigones y aceros de alta resistencia, y refuerzos de fibra de carbono”, subraya sarrazin. Para marcial Baeza el gran desafío futuro reside en la especialización de los profe-sionales: “considero que los profesionales re-cién egresados no están preparados para dise-ñar considerando el tema sísmico. En mi opinión debería existir una especialización y una acreditación individual”, sentencia.

Conclusiones• chile es el país más sísmico del planeta, dicen los expertos. Hoy se trabaja en la ac-tualización de las normativas. se estima que en 2010 se contará con un anteproyecto de norma que reemplazará a la actual normati-va de cálculo sísmico de edificios. además, se prepara un anteproyecto de norma para el diseño de estructuras con disipadores de energía. El objetivo está puesto en la incor-poración de investigaciones actualizadas y tendencias mundiales que apuntan a un di-seño por desempeño.

• En nuestro país, ya se han construido proyectos que incluyen sistemas de protec-ción sísmica como aislamiento y disipación de energía, además ya se preparan nuevas iniciativas que los consideran.

• las investigaciones no se detienen. se estudia la disipación de energía de segunda generación y realizan pruebas reduciendo las escalas, además se desarrollan nuevos materiales que contribuirán en el tema como hormigones y aceros de alta resisten-cia o refuerzos de fibra de carbono.

• Un proyecto Bicentenario contempla la implementación de una red sismológica na-cional. Una iniciativa esperada por años y que proporcionará información relevante para el análisis del riesgo sísmico. n

arTícUlos rElacIonaDos- “Terremoto en Iquique: lecciones en movimiento”. revista BiT nº 45. noviembre 2005, pág. 14.- “norma de aislamiento sísmico: sistemas bajo control”. revista BiT nº 36 mayo 2004, pág. 36- “control optimo de aceleraciones”. revista BIT nº 63. noviembre 2008, pág. 48.- “Protección sísmica en mendoza: Edificio sobre resortes”. revista BIT nº 56. septiembre 2007,pág. 86- "Puente amolanas: alto nivel en protección sísmica". revista BIT nº 42, pág. 42(*) Texto “Ingeniería sísmica en chile. El caso del sismo del 3 de marzo de 1985”, rodrigo Flores álvarez,Hachette, 1993.

BIT 66 mayo 2009 n 21

terremotoChile 2010terremotoChile 2010

36 n BIT 72 mayo 2010

An Tras el terremoto que

afectó recientemente a

nuestro país, se multiplica

el interés por conocer más

de sistemas especiales que

disminuyen los efectos de

los sismos en las estructuras.

Entre ellos se encuentran los

aisladores y los disipadores

de energía. n La construcción

sismorresistente dice

presente.

espeCial

islamiento sísmico y disipación de energía, son dos conceptos que co-menzaron a sonar con más frecuencia, luego de ocurrido el terremoto del

27 de febrero. a solicitud de los lectores, en-tregamos un completo resumen con lo mejor de BiT en esta materia y una interesante ac-tualización con los principales expertos del país. Hay definiciones, características y ejem-plos concretos.

AIslAmIenTo sísmIcoEl principio fundamental del aislamiento sís-mico consiste en un desplazamiento de la frecuencia fundamental de la estructura des-

de un valor alto, donde los sismos tienen gran contenido energético, a un valor bajo, donde carecen de energía. así el aislador ac-túa como un filtro del movimiento sísmico horizontal, que no deja pasar la energía hacia la estructura que se encuentra sobre él. Exis-ten numerosos dispositivos de los cuales los aisladores friccionales y elastoméricos con o sin núcleo de plomo son los más conocidos y utilizados. ambos se instalan individualmente o junto a otros dispositivos como amortigua-dores. a continuación mencionamos algunas de las edificaciones nacionales que cuentan con este sistema:

n edificio andalucía (1992): El primer proyecto chileno aislado sísmicamente, fue el edificio de 4 pisos de la comunidad andalu-

DaniELa maLDonaDo P.PErioDisTa rEvisTa BiT

el edificio andalucía, corresponde a un proyecto

experimental que cuenta con aisladores de goma.

ConstruCCión sismorresistente

AislAción y disipAción de energíA

BIT 72 mayo 2010 n 37

cía, ubicado en la comuna de santiago. Éste cuenta con aisladores de goma de tipo cilíndrico de 30 cm de diámetro y con láminas de acero de 2 mm de espesor. La iniciativa corresponde a un proyecto expe-rimental del ministerio de vivienda y la Universidad de Chile, que dispuso en el edificio, 4 equipos digitales ssa-2 para realizar estudios. Las mediciones también se captan en una edificación vecina sin aislamiento sísmico. “Tras el terremoto comparamos los registros del edificio ais-lado, tanto los del suelo en dirección tras-versal, vertical y longitudinal y los del te-cho en las mismas direcciones, con lo registrado en el edificio vecino (no aislado sísmicamente), observando que la magni-tud de aceleraciones de este último au-mentaron en 5 veces, lo que significa que el sistema funcionó tal como se había pensado”, relata mauricio sarrazin, aca-démico de la Universidad de Chile y pro-motor de esta iniciativa, quien agrega que, contrario a lo que ocurre habitual-mente en los edificios, en la estructura aislada los registros horizontales del techo son menores que los del suelo.

n otras iniciativas con aislación sís-mica en Chile: El equipo de trabajo de la Universidad Católica, liderado por el pro-fesor Juan Carlos de la Llera, ha trabajado

en varios otros proyectos aislados sísmica-mente como la Clínica san Carlos de apo-quindo (52 aisladores elastoméricos, 22 de ellos con núcleo de plomo); el edificio san agustín de la Universidad Católica (53 ais-ladores); el Hospital militar de La reina (164 aisladores elastoméricos); el edificio prefabricado de la empresa vULCo s.a; y dos edificios de consultas de la asociación Chilena de seguridad, uno en santiago (con 23 aisladores elastoméricos y 9 friccio-nales) y otro en viña del mar. Entre otros proyectos aislados en el país se encuentran: los estanques del terminal de regasificación GnL Quintero (diseñados para resistir sis-mos de ocurrencia uno cada 2.470 años y equipados cada uno con 260 aisladores sís-micos pendulares con el fin de minimizar el oleaje al interior del estanque durante un sismo de gran intensidad. El montaje estu-vo a cargo de Echeverría izquierdo monta-jes industriales). se suman también el puente amolanas (equipado con apoyos deslizantes y amortiguadores viscosos) y las líneas 4 y 5 del metro de santiago, soste-nidas sobre apoyos elastoméricos para que los rieles, después de ocurrido un terremo-to, queden alineados y continúe la opera-ción a las pocas horas (el diseño sísmico fue realizado por CaDE-iDEPE con la asesoría de s y s ingenieros Consultores).

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puente MArgA MArgAEl Puente marga marga de viña del mar fue el primero con aislación sísmica en Chile. además, es uno de los pocos casos (junto con el edificio an-dalucía y la línea 5 del metro) en que se cuenta con registros sísmicos del terremoto, que es la

base para cualquier estu-dio. En este caso hay 24 sensores ubicados en dife-rentes puntos como en el suelo, las cepas, los estri-bos y el tablero, los cuales funcionaron durante el sis-mo entregando una infor-mación muy valiosa para los futuros cálculos estruc-turales.

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n muelle para contenedores del puerto de Coronel (2009): Ubicado en la viii región, a 30 km de Concepción, el muelle sur de Co-ronel fue diseñado por la empresa sirve s.a. (PUC), quienes entregaron una solución sísmi-ca innovadora para el diseño de un muelle para el atraque de buques porta-contenedo-res, que es resistida mediante pilotes verticales y pilotes inclinados aislados sísmicamente. És-tos últimos forman mesas sobre las cuales se disponen cuatro aisladores sísmicos. En total se instalaron 96 sobre 24 mesas independien-tes. Los aisladores de tipo elastoméricos con núcleo de plomo miden 70 cm de diámetro y 24 cm de altura. Para estos dispositivos se uti-lizaron 27 capas de goma de 6 mm y 25 lámi-nas de acero de 3 milímetros. De visita en la zona, tras el terremoto del 27 de febrero, el académico del Departamento de ingeniería Civil de la Universidad de standford, Eduardo miranda, comenta lo siguiente: “observé y medí que en la parte aislada del muelle hubo un desplazamiento de 24 cm, lo que es bas-tante. Esto se produjo porque el muelle conti-guo, que no está aislado sísmicamente, chocó

espeCial

la casa está apoyada en elementos tipo bielas y en dos aisladores sísmicos de 42 cm de diá-metro y 24 cm de altura desarrollados por la empresa vulco s.a. sobre los apoyos se eje-cuta la losa de hormigón armado, la que se montó en obra en base a elementos prefabri-cados de hormigón, vigas, nudos y losas. “nuestra casa prototipo se comportó perfec-to frente al sismo del 27 de febrero en una zona donde el terremoto causó varios daños en las viviendas”, asegura a revista BiT, se-bastián Luders, de la oficina de arquitectos all* y dueño de la vivienda.

El aislamiento sísmico cubre el rango de es-tructuras de baja a mediana altura (máximo 12 pisos) y una gama importante de estructu-ras civiles como puentes y muelles. Para es-tructuras de edificación, civiles o industriales más altas y preferentemente flexibles se utili-zan los sistemas de disipación de energía.

DIsIpAcIón De energíALos disipadores apuntan a absorber por dis-tintos medios la energía vibratoria introducida a la estructura por el movimiento sísmico. Hay distintas formas como la fluencia de me-tales, la fricción, la disipación viscosa y visco-elástica. En las estructuras, los disipadores son colocados entre dos puntos que sufren una deformación relativa, aprovechándola para realizar un trabajo mecánico. La disipa-ción de energía en estos sistemas reduce la acumulación de la demanda sobre la estruc-

con éste. De todas formas, el muelle siguió funcionando”, asegura el académico. Lo úni-co que sucedió, dice miranda, es que una de las grúas que estaba cargando un contenedor en el momento que ocurrió el terremoto, tuvo un problema con uno de sus cables. “En to-dos los sismos de esta magnitud las grúas de 80 ton se descarrilan y tienen problemas y un puerto que queda sin grúas deja de funcionar teniendo pérdidas millonarias. El muelle de Coronel es un caso llamativo para analizar, ya que es un proyecto que logró continuidad de operación con una solución única usando pi-lotes verticales en paralelo con aisladores”, concluye el profesional.

n Vivienda aislada sísmicamente (2009): En el sector de Chicureo, la empresa Constructora Pilasi y Cía s.a. construyó una vivienda unifamiliar que cuenta con aislación sísmica. El proyecto estuvo a cargo de all* (arquitectos Lagos y Luders), en conjunto con la empresa de ingeniería sirve s.a. La losa de

Vivienda ubicada en Chicureo y que posee aislación

sísmica. Ésta incluye aisladores sísmicos

(1) y apoyos deslizantes (2).

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el muelle para contenedores del puerto de Coronel cuenta con 96 aisladores sísmicos.G

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tura debido a efectos de resonancia, prote-giéndola del daño sísmico. a continuación, algunos casos concretos:

n edificio Parque araucano (2006): El proyecto incorpora 2 amortiguadores de masa sintonizada (ams o TmD en inglés) que consisten en un sistema pasivo de disipación de energía que funciona mediante una masa inercial conectada a la estructura en un punto determinado. se denomina masa sintonizada, porque su frecuencia coincide con la funda-mental del edificio. Con esta sintonía se con-sigue un efecto dinámico de reducción de las deformaciones relativas del edificio. Esto se

logra porque la masa se opone al movimiento del edificio y lo contrarresta parcialmente. Como son dos masas, ambas controlan otro fenómeno que es el de torsión. El edificio no solamente toma la vibración en una dirección sino que además se tuerce. Las dos masas se potencian y controlan dos tipos de movimien-tos: el de traslación y el de rotación respecto de un eje vertical. En el primero las dos fun-cionan sincrónicamente, y en el segundo ac-túan de forma opuesta, neutralizándose para reducir esta rotación. En el edificio Parque araucano, las dos masas (ambas ubicadas en el piso 21), cuelgan de la estructura mediante

en el edificio Parque araucano, dos amortiguadores de masa sintonizada, cuelgan de la estructura mediante tensores, cuyos períodos de oscilación se ajustan.

coMpArAciónTal como ocurrió en el edificio de la Comunidad andalucía, hay dos casos adicionales donde se pudo observar y comparar el comportamiento de dos estructuras similares y cercanas, una de ellas aislada sísmicamente y la otra no. se trata de la Clínica UC san Carlos de apoquindo y el Hospital militar. “En ambos casos, los edificios contiguos, que no estaban aislados, estructuralmente no tuvieron inconvenientes, sin embargo, tuvieron daños de contenidos mucho mayores que los sectores aislados sísmicamente”, explica Juan Carlos de la Llera, académico de la Pontificia Universidad Católica de Chile, a cargo de los sistemas de aislación de ambos proyectos. En futuras ediciones se profundizará en este tema, al igual que en la aplicación de protección sísmica en edificios existentes.

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espeCial

tensores, cuyos períodos de os-cilación se ajustan. La iniciativa estuvo impulsada por las empre-sas sirve s.a., vmB ingeniería Estructural, la Constructora ig-nacio Hurtado y la empresa in-mobiliaria Proyecta Desarrollo y Gestión. “nuestra oficina está ubicada en este edificio, por lo que pudimos observar y com-probar que tras el terremoto, la masa sintonizada funcionó tal como estaba previsto que fun-cionara”, relata Juan Carlos de la Llera, aca-démico de la Pontificia Universidad Católica de Chile y experto en modelamiento estruc-tural y sistemas de reducción de vibraciones.

n titanium la Portada (2009): El rasca-cielos de 52 pisos y 194 m de altura incorpo-ra en total 25 disipadores de energía. 13 de ellos están ubicados en el sector que da hacia el poniente y 12 disipadores en el eje oriente. se instalaron individualmente en el encuentro entre dos diagonales que abarcan tres pisos de altura, conformando 7 módulos en la di-rección del arriostre y 2 módulos en la direc-ción perpendicular. También se instaló una serie de disipadores en dirección longitudinal del edificio en el sector del núcleo, en la caja de elevadores. El objetivo de estos disipado-res es reducir la demanda de deformación y esfuerzos, mediante el aumento del amorti-guamiento estructural. Estos dispositivos

norMAtivADesde el 2003 existe la norma Chilena de aislación sísmica (nCh275of.2003). Para la disipación de

energía en tanto, la asociación Chilena de sismología e ingeniería antisísmica (achisina), prepara un texto que cubrirá esta materia. “El capítulo sobre disipadores se ha ido modificando y simplificando y

hoy tenemos listo el primer borrador”, explica mauricio sarrazin, académico de la Universidad de Chile y coordinador de esta iniciativa, quien agrega que estas normativas serán fundamentales para

impulsar la protección sísmica, un tema que será cada vez más importante ya que evita que se afecten los contenidos y los elementos secundarios de las edificaciones.

fueron desarrollados y ensayados en la Uni-versidad Católica y propuestos por la empre-sa sirve s.a, quienes trabajaron junto al in-geniero alfonso Larraín, profesional a cargo del cálculo estructural de Titanium y quien asegura que tras el terremoto, el edificio se comportó de acuerdo a lo proyectado y res-pondiendo positivamente. “Titanium la Por-tada cuenta con un núcleo de muros impor-tantes en toda la zona de los ascensores y la caja escala, lo que lo hace ser una estructura especialmente sólida. además, el contar con amortiguadores sirvió para que las deforma-ciones fueran menores y por lo tanto los ele-mentos secundarios no sufrieran daños”, explica Larraín.

Los especialistas aseguran que tras el terre-moto y aunque todavía faltan algunas investi-gaciones, las edificaciones que cuentan con estos sistemas de protección sísmica se com-

1. Detalle de los disipadores de titanium la Portada. Éstos se instalaron en el encuentro

entre dos diagonales que abarcan 3 pisos de altura.

2. etapa de construcción del edificio titanium la Portada, rascacielos que cuenta con 25

disipadores de energía.

3. estado actual de los dispositivos. los especialistas aseguran que no es necesario

cambiarlos tras el terremoto del 27 de febrero.

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portaron de acuerdo a los esperado. “En el caso de los aisladores sísmicos protegen las estructuras reduciendo su vibración lateral en valores del orden de 6 a 8 veces. Con disipa-dores, las reducciones varían típicamente en-tre un 30 y un 50%, reduciendo sustancial-mente los incursiones inelásticas (daño) de la estructura”, explica Juan Carlos de la Llera. Para el ingeniero civil estructural, rodrigo mujica, este sismo impulsará con más fuerza una segunda generación de edificaciones. “Tenemos que ser capaces de construir edifi-cios que eviten las incomodidades y los costos que significan los terremotos y para eso los sistemas de amortiguación y disipación cons-tituyen una alternativa que se va a ir introdu-ciendo y será de menor costo”. se trata de una tendencia mundial, concuerdan los espe-cialistas, que reforzada por los acontecimien-tos, se moverá y fuerte. n

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Tejas de Chena: Líder en soLuCiones de CubierTasTejas de Chena, empresa perteneciente al Gru-po Pizarreño -líder en la industria de materia-les de construcción- está dedicada a la fabrica-ción y comercialización de tejas desde 1981, alcanzando un claro liderazgo en el mercado y un importante posicionamiento en las grandes empresas constructoras.

La fabricación de tejas de hormigón se rige bajo un estricto sistema de control de calidad, utilizando tecnología de última generación, un moderno sistema de control de procesos y una rigurosa selección de las mejores materias pri-mas, asegurando así la más alta y homogénea calidad en sus productos (NCh 2010 y NCh 2040 1 y 2), haciendo de esta teja un elemento resistente, impermeable e incombustible. Co-nocidas también como las “tejas de chena”, éstas son elaboradas en tres distintos formatos: Colonial, Europa y Altiplana, abarcando una

amplia gama de diseños y tonalidades que las hace compatibles con los más diversos estilos arquitectónicos.

aspeCTos a Considerar en La eLeCCión de una CubierTaEs importante considerar diversos aspectos al momento de estudiar y ver alternativas en la elección de la cubierta, es así como las techum-bres son fundamentales en cual-quier vivienda, ya que colaboran con la estructura, belleza y protec-ción de la construcción, además, son relevantes en la seguridad y comodidad del hogar, lo que influye directa-mente en la calidad de vida de las personas.

Existen diversos aspectos tanto técnicos, fí-sicos como estéticos al hacer la elección de una techumbre, tales como:• Fácil Instalación• Variedad de diseños y formatos• Impermeabilidad• Incombustibilidad • Resistencia a la flexión• Solución que ayude a una apropiada

ventilación• Baja conductividad térmica• Alta aislación acústica

Tejas de horMiGón: una exCeLenTe aLTernaTiva para un Mejor ConforT en La viviendaCon el objetivo de entregar al mercado una alter-nativa acorde a las necesidades de una techumbre moderna, se han realizado distintos ensayos res-pecto a la teja de hormigón en diversos laborato-rios como IdIEm y dICTuC, alcanzando fa-vorables resultados en dichas pruebas.

Los ensayos han arrojado que la teja de hor-migón, en sus 3 formatos, es impermeable, de muy baja absorción de agua y de gran resisten-cia a la flexión (dICTuC. Certificado N° 450034, 457648 y 457649). Por otro lado, su fácil y rápida instalación en conjunto con su eficiente transmisión de cargas por toda la co-bertura, hacen que esta solución sea altamente utilizada en la construcción.

El sistema de ensamblaje no es menor. Cum-pliendo con la condición de amarre entre las costaneras y la teja de forma óptima, es un siste-ma práctico que a la vez permite la ventilación por el sector de las cumbreras, traslapos y tapa-

canes, generando que las masas de aire ingresen, cir-culen y salgan del entrete-cho con mayor fluidez y sin ningún tipo de incon-veniente, evitando la her-meticidad de la vivienda.

Aspectos importantes como la baja conductividad térmica de la teja de hormigón (IdIEm. Certifi-cado de Ensaye Nº 166.349) hacen altamente atractiva a ésta como so-lución para una techumbre.Por otra parte, la incombustibili-

dad de la teja es otra gran ventaja. un estudio a cargo del IdIEm arrojó re-sultados positivos. La solución cum-plió con su función estructural, no hubo emisión de gases inflamables y ésta se mantuvo estanca hasta el fin

del ensayo. La temperatura máxima admisible de 200 ºC en la cara no expuesta al fuego se produjo a los 28 minutos, en ese instante la temperatura promedio era de 112ºC. La resis-tencia al fuego fue de 28 minutos obteniendo con esto la clasificación F15 a 2 minutos de obtener la clasificación F30. (IdIEm. Certifi-cado de Ensaye Nº 544.109 SHA 720 / RF / 2009)

Frente a este panorama, la teja de hormigón es una excelente solución para las techumbres, ya que logra hacer más agradable y segura la estancia en el interior de la vivienda, aportan-do al confort de las personas.

Soluciones y aspectos relevantes para una techumbre moderna

Una mirada de expertos

publireportaje

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AISLACIÓN SÍSMICA Y DISIPACIÓN

ANTECEDENTES Durante la última década el concepto de aislación sísmica ha comenzado a ser considerado seriamente como una alternativa en el diseño sismorresistente de estructuras, especialmente en aquellos casos en que se busca un mejor desempeño sísmico para las estructuras y sus contenidos. El excelente desempeño que las estructuras aisladas han tenido durante los sismos de Northridge (Los Angeles, 1994) y Kobe (Kobe, 1995), avalan las bondades de esta alternativa en cuanto a aumentar considerablemente el nivel de seguridad para las personas y la operabilidad de la estructura después de un sismo. Actualmente, los conceptos de aislación sísmica se enseñan como parte del currículo de Ingeniería Civil en la mayoría de las Universidades mundialmente reconocidas, innumerables investigaciones se han desarrollado para demostrar la eficiencia de la aislación sísmica como una técnica sismorresistente, y numerosos dispositivos de aislación están comercialmente disponibles para su implementación en la práctica. Consecuentemente, se ha desarrollado una creciente necesidad de suplementar los códigos sísmicos actualmente vigentes con requerimientos específicos para estructuras aisladas. Esta necesidad es compartida por los organismos encargados de la construcción y el público en general, quienes requieren que esta tecnología sea implementada adecuadamente, y por los ingenieros proyectistas, los que requieren un estándar mínimo para el diseño y construcción de estructuras con esta tecnología. Los primeros esfuerzos en la dirección de un código para el diseño de estructuras aisladas sísmicamente fue publicado por el SEAOC (Structural Engineering Association of California) el año 1986 en el documento “Tentative Seismic Isolation Design Requirements”. Reconociendo la necesidad de lograr un documento que represente una opinión consensuada, el comité sismológico del SEAOC primero desarrolló los requerimientos de diseño “General Requirements for the Design and Construction of Seismic Isolated Structures” que fueron publicados en el apéndice 1L del "Blue Book" del SEAOC (Asociación de Ingenieros Estructurales de California) en 1990. Estos mismos requerimientos fueron publicados posteriormente como un apéndice no obligatorio del Capítulo 23 del UBC en el año 1991. El comité sismológico del SEAOC y ICBO (International Conference of Building Officials) han revisado este documento periódicamente desde entonces y versiones posteriores de estos requerimientos se pueden encontrar en el "Blue Book" del SEAOC del año 1996, y en el código UBC del año 1997. Por otra parte, el Consejo de Seguridad Sísmica para Edificios encomendó la incorporación de requerimientos para el diseño de estructuras con aislación sísmica y disipación de energía en los requerimientos de NEHRP (National Earthquake Hazard Reduction Program) del año 1994. Estos requerimientos fueron modificados en la versión del año 1997 en que los tres documentos NEHRP/UBC/SEAOC fueron compatibilizados.

FILOSOFÍA DE LOS REQUERIMIENTOS DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS AISLADAS Es condición esencial de una estructura aislada el que su desempeño objetivo no solo involucre la protección de la vida durante un sismo severo sino también la reducción del daño de la estructura y sus contenidos. De esta forma, los requerimientos de diseño que se presentan en este documento son una combinación de ambos objetivos: protección a la vida y reducción del daño. Como punto de partida, estos requerimientos definen dos niveles sísmicos: un nivel sísmico de diseño (SDI) y un nivel sísmico máximo posible (SMP). El sismo de diseño coincide con el nivel utilizado comúnmente en el diseño de estructuras convencionales consistente con una probabilidad de excedencia de 10% en 50 años. Por otra parte, el sismo máximo posible corresponde al máximo nivel de movimiento del suelo que puede ocurrir dentro del marco geológico conocido y ha sido definido como el nivel que tiene una probabilidad de excedencia de un 10% en un período de 100 años. Estos niveles de riesgo, que son consistentes con la tendencia mundial en los códigos de aislación sísmica, son distintos a los utilizados en la actual norma chilena NCh433 Of 96 lo que será reflejado a través de un espectro de diseño que difiere del contenido en dicha norma. El nuevo espectro deberá reflejar además un nivel de seguridad superior para el sistema de aislación debido a que su falla compromete necesariamente la estabilidad vertical de la estructura completa. Para el diseño de estructuras aisladas se requiere que el sistema de aislación sea capaz de sostener sin falla las deformaciones y cargas correspondientes al SMP. Análogamente, cualquier sistema que cruce la interfaz de aislación debe ser diseñado para acomodar el desplazamiento correspondiente al SMP. Estas recomendaciones buscan además que la superestructura permanezca esencialmente elástica durante el sismo de diseño, a diferencia de los requerimientos para estructuras con base fija que buscan alcanzar solo un nivel de protección razonable para fallas estructurales mayores y pérdida de vidas, sin preocuparse en limitar el daño o mantener las funciones de la estructura. La filosofía actual sismorresistente establece que las “fuerzas laterales de diseño” sean, por ejemplo, un octavo de las fuerzas reales que ocurrirían en el edificio si este permaneciera elástico durante el sismo. La seguridad a la vida se provee entonces a través de requerir que el sistema tenga una ductilidad adecuada para lograr esa reducción, y permanezca estable bajo la carga gravitacional sin daño masivo o falla para desplazamientos que exceden con creces el límite de fluencia del sistema. Sin embargo, en un evento mayor, daño a elementos estructurales, componentes no estructurales, y contenidos, son muy probables en una estructura convencional. Para una estructura convencional, su sobrevivencia para el SMP no se verifica explícitamente, y se maneja implícitamente a través de mayor ductilidad a conseguir mediante el apropiado detallamiento de los elementos. Por el contrario, en estructuras aisladas la verificación del desempeño de la estructura para el SMP debe realizarse analítica y experimentalmente. El criterio detrás de esta verificación es proveer evidencia que en el

peor escenario sísmico posible, la estructura aislada es al menos tan segura como la estructura convencional. El diseño explícito del sistema de aislación y el ensayo de aisladores para el SMP es necesario actualmente debido a que aún no existe suficiente evidencia práctica como para permitir un criterio menos conservador. Es importante notar que los aisladores friccionales o elastoméricos convencionales utilizados permiten alcanzar sin mayor dificultad el nivel de diseño correspondiente al SMP.

Fig. 1 Primer Hospital Aislado en Sudamérica (Centro San Carlos, de la Universidad Católica) De acuerdo con los requerimientos indicados en esta proposición, el diseño de una estructura cumple con los siguientes objetivos de desempeño: (1) Resistir sismos pequeños y moderados sin daño en elementos estructurales, componentes no estructurales, y contenidos del edificio. (2) Resistir sismos severos sin que exista: (a) falla del sistema de aislación, (b) daño significativo a los elementos estructurales, (c) daño masivo a elementos no estructurales, (d) interrupción de la operabilidad de la estructura. Para cumplir con estos objetivos, los requerimientos propuestos limitan la respuesta inelástica de la superestructura a una fracción menor de lo que se permite para edificios convencionales. Consecuentemente, el desplazamiento lateral de una estructura durante un sismo debe ocurrir en la interfaz de aislación y no en la superestructura. En un edificio convencional sin aislación, la estructura vibra como consecuencia del movimiento del suelo

(Figura 3). Si esta vibración excede un cierto nivel, se produce daño en la estructura y sus contenidos. Por el contrario, en el edificio aislado los aisladores acomodan la deformación impuesta por el sismo, reduciendo el movimiento que se traspasa hacia la estructura. Los objetivos de desempeño establecidos arriba exceden considerablemente a aquellos de estructuras convencionales en sismos moderados y severos. Es importante recalcar que incluso a través de reforzar considerablemente las estructuras convencionales no es posible alcanzar los objetivos de desempeño de una estructura aislada, debido a que el aumento de resistencia de la estructura convencional conlleva una rigidización estructural, lo que induce que se desarrollen niveles de aceleración que impiden controlar el daño en contenidos e instalaciones, y por ende, mantener la funcionalidad. Tal fue el caso del Hospital Sylmar, durante el sismo de Northridge en el año 1994, en que la estructura no experimentó daño, pero el contenido sufrió tal deterioro que el hospital estuvo fuera de servicio por tres meses.

Fig. 2 Construcción del Edificio San Agustín de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica PROYECTOS DE EDIFICACIÓN CON AISLACIÓN SÍSMICA EN CHILE A la fecha existen cuatro edificios con aislación sísmica en Santiago, un bloque del conjunto habitacional Comunidad Andalucía, en la calle Lord Cochrane, diseñado y construido entre los años 1991 y 1992 dentro del marco de un estudio de la Universidad de

Chile, el centro médico San Carlos de Apoquindo de la Universidad Católica de Chile construido durante el año 2000, y los edificios contiguos San Agustín (2002) y Hernán Briones (2003) de la Escuela de Ingeniería en el Campus San Joaquín de la Universidad Católica. El primero de ellos es un edificio de vivienda social estructurado en base a muros de hormigón armado en su primer piso y de albañilería confinada en los otros tres, con 240 m2 distribuidos en 4 plantas y que cuenta con 6 aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento. El segundo, es un edificio de aproximadamente 8000 m2 distribuidos en seis pisos, y estructurado en base a marcos dúctiles de hormigón armado. El edificio se encuentra aislado al nivel de cielo del subterráneo con 52 aisladores de alto amortiguamiento, 22 de los cuales cuentan con corazón de plomo. El tercero es un nuevo edificio de cinco pisos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Chile que cuenta con 42 aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento y 14 aisladores friccionales. El edificio, de una planta de 6000 m2 aproximadamente, está estructurado en base a un sistema dual de muros de hormigón armado y marcos gravitacionales. El sistema de aislación se ubica en este caso directamente sobre las fundaciones. Por último, el cuatro que es contiguo al tercero ampliándolo en 1900 m2, fue construido con posterioridad, con una estructuración similar. Los últimos tres edificios fueron diseñados en base al código de aislación sísmica UBC 1997 en zona sísmica máxima y verificados para una familia de sismos chilenos. Los aisladores de todos estos edificios fueron fabricados en Chile por la empresa VULCO S.A. Fig. 3 Comparación de la Respuesta de un Edificio Sin Aislación Basal y uno Con Aislación Basal

EDIFICIO SIN AISLACION BASAL EDIFICIO CON AISLACION BASAL

Durante el año 2004 comenzó la construcción del Hospital Militar que contará con 162 aisladores sísmicos elastométricos, algunos de ellos con corazón de plomo. Este será uno de los edificios aislados más grandes del mundo y utilizará aisladores de diámetro 90 cm. Los antecedentes mundiales muestran que con posterioridad a los terremotos de Northridge y Kobe, el uso de la aislación sísmica en el mundo ha crecido considerablemente. Por ejemplo, las estadísticas en Japón muestran que el año 1998 se construyeron más de 700 edificios con aislación sísmica, entre los que se incluyen 35 hospitales, 18 edificios gubernamentales y 304 edificios de viviendas. Los sistemas de aislación más utilizados en el mundo actualmente son los aisladores elastoméricos de bajo amortiguamiento (LDR) y alto amortiguamiento (HDR), los aisladores elastoméricos con corazón de plomo (LRB), el aislador de péndulo friccional (FPS), y los deslizadores teflón-acero (PTFE).

Fig. 4 Aislador del Edificio San Agustín Cada proyecto tiene sus propios factores que motivan el uso de sistemas de aislación y posee diferentes objetivos de desempeño. El primer paso esencial en el desarrollo del proyecto es definir el criterio de diseño en base a los objetivos del propietario en lo que respecta a la funcionalidad de la estructura, daño y protección de la inversión, preservación histórica de la estructura, riesgo a las personas, y economía en la construcción. Para aquellos propietarios que desean una alta prioridad a la funcionalidad, protección de los

contenidos, e inversión, requieren un criterio de diseño más estricto que aquellos que buscan un nivel de desempeño de protección a la vida únicamente. En cualquier caso, es el propietario el que debe estar consciente del nivel de riesgo que se desea asumir en el diseño. PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE AISLACIÓN SÍSMICA 1. ¿Qué se entiende por aislación sísmica?

Aislación sísmica es una técnica de diseño sismorresistente que busca reducir la

energía que entra a una estructura durante un sismo a través de colocar dispositivos muy flexibles horizontalmente (aisladores) entre las fundaciones de un edificio o puente, y la estructura arriba de ellos. El efecto que se busca es que el suelo se mueva y la estructura permanezca esencialmente quieta.

2. ¿Cuál es el objetivo de la aislamiento sísmica?

Los objetivos principales son dos: (a) mayor seguridad sísmica de la estructura (y por

ende de las personas) a través de la minimización o incluso eliminación de daños en ella, y (b) salvaguardar los contenidos de la estructura manteniendo el funcionamiento de ella después del sismo.

3. ¿Cuánto más segura es una estructura aislada sísmicamente?

En general una estructura aislada es al menos 5 veces más segura que una estructura

convencional fija al suelo. De hecho, los esfuerzos producidos por el sismo en la estructura con aislación sísmica son del orden de 10 veces más pequeños que los de una estructura análoga fija al suelo. Esta reducción de esfuerzos es la que implica que la estructura permanecerá sin daño incluso durante un sismo de grandes proporciones.

4. ¿En qué se diferencia esta nueva técnica del diseño actual de estructuras

“antisísmicas”? El concepto de estructura antisísmica no es correcto porque cualquier edificio en Chile

(y cualquier otro país sísmico) está diseñado por razones de costo para que sufra daño ante un sismo severo. La filosofía de diseño dice que no debe colapsar, pero puede quedar seriamente dañado. Para comprobar que los daños son extensos, y que además la seguridad no queda en realidad garantizada, basta observar lo ocurrido con los edificios de Los Angeles (Northridge, 1994), Japón (Kobe 1995), Turquía (1999), Grecia (1999), y Taiwán (1999). Un edificio convencional no compite en seguridad con uno aislado, y mucho menos en costo de siniestralidad.

5. ¿Existen edificios aislados de importancia en Chile ?

Hay ya tres edificios mayores con aislación sísmica y uno en etapa de proyecto. El

primero es el Centro Médico de la Universidad Católica en Camino del Alba con San Carlos de Apoquindo (8000 m2). El segundo el Edificio San Agustín de la Escuela de

Ingeniería, en el Campus San Joaquín de la Universidad Católica (6000 m2). Y el tercero es el Edificio Hernán Briones, contiguo al anterior, y también de la Escuela de Ingeniería (1900 m2). En etapa de construcción está el nuevo Hospital Militar de La Reina que contará con un muy importante y extenso sector (41000 m2) aislado sísmicamente. También hay puentes con aislación sísmica (p.ej., Rodelillo, Marga-Marga, Río Blanco).

Fig. 5 Ensayo de un Aislador en el Laboratorio de Dinámica Estructural de la Universidad Católica 6. ¿Por qué no existen más edificio en Chile con aislamiento sísmica si la técnica es

tan atractiva? La razón principal es un retraso en el desarrollo tecnológico. Edificios con aislamiento

sísmica son comunes en países desarrollados y experimentaron un comportamiento muy exitoso durante los devastadores terremotos de Kobe y Northridge. Sólo en Japón se construyeron más de 80 hospitales y 400 edificios con aislamiento sísmica entre 1997 y 1998. Sin embargo, el diseño de estructuras con aislamiento sísmica requiere de profesionales capacitados en esta nueva técnica que está en proceso de transferencia a la práctica chilena. También incide el desconocimiento y el temor al cambio por parte de los potenciales usuarios.

7. ¿Dónde se fabrican los dispositivos de aislación? Existen numerosos proveedores de aisladores sísmicos en el mundo entre los que se

encuentran Bridgestone (Japón), André (Inglaterra), Skellerup-Oiles (Nueva Zelandia), DIS (Estados Unidos), y VULCO (Chile).

8. ¿Cuál es el costo del sistema de aislamiento sísmica?

El costo del sistema de aislamiento es típicamente del orden de 0.5 a 1.0 UF/m2,

dependiendo de la solución adoptada. Este costo se compensa varias veces si en el análisis económico se considera que en la alternativa sin aislación la estructura, los elementos no estructurales (las terminaciones), y los contenidos, afrontarán elevados costos de reparación o sustitución cuando ocurra sismo de gran intensidad que con casi certeza van a experimentar. Es importante recordar que en los edificios el costo las terminaciones supera al de la estructura, y que en muchos casos el valor de los contenidos es muy superior al de la estructura. Por otra parte, el hecho que la estructura tenga esfuerzos 10 veces menores puede llegar a permitir ahorro en costos directos de construcción; lograrlo depende en gran medida de una coordinación oportuna entre la Arquitectura e Ingeniería del proyecto.

9. ¿Qué ocurre con los ductos de instalaciones que cruzan el nivel de aislación?

Existen numerosas soluciones de conexiones flexibles (muy sencillas y baratas tales

como un doble codo) que permiten acomodar las deformaciones entre el suelo y el edificio. Soluciones de este tipo han sido implementadas en el Centro Médico San Carlos de la Universidad Católica y en los edificios San Agustín y Hernán Briones de la Escuela de Ingeniería, en el Campus San Joaquín. 10. ¿Cuál es la duración de los sistemas de aislación?

Los aisladores están garantizados por una vida útil de 50 años mínimo. El diseño se

hace proveyendo a los aisladores de una fijación que les permite ser fácilmente removidos y cambiados en cualquier momento sin interrumpir el funcionamiento del edificio.

11. ¿Cómo se verifica la calidad de los aisladores?

Los aisladores son ensayados en forma dinámica uno a uno antes de ser colocados en

el edificio. Estos ensayos son extraordinariamente exigentes y permiten garantizar las propiedades de rigidez y amortiguamiento de los aisladores.

BREVE RESUMEN HISTÓRICO DE LA AISLACIÓN SÍSMICA EN EL MUNDO • Era moderna comienza en Nueva Zelanda en 1970 • Primera aplicación en Japón es de 1982 (casa pequeña) • Primera aplicación en EEUU es de 1985 (San Bernardino) • Antes de 1995 existían 85 edificios aislados en Japón, 35 de los cuales eran de

propiedad de constructoras, centros de investigación, o de fabricantes de aisladores

• Durante Kobe (1995), dos estructuras aisladas soportaron el movimiento sísmico sin problemas (Matsumura-Gumi, WJPSCC)

• Durante Northridge (1994), cinco estructuras fueron sometidas a movimientos significativos (p.e., USC, FCC)

• Primer edificio en Chile es en 1992 (Comunidad Andalucía) • Posteriormente al terremoto de Kobe, el crecimiento de la aislación sísmica en

Japón es abrupto; 20 edificios por mes • Aproximadamente 600 edificios aislados en Japón para 1998 • Aproximadamente 40 edificios aislados en EEUU para 1998 • Promedio de altura de edificios aislados antes de 1995 era entre 4 y 5 pisos;

actualmente es en promedio mayor a 8 pisos • Primer hospital aislado sísmicamente en Chile, año 2000 • Nuevo Edificio de la Facultad de Ingeniería de la UC, año 2001 • Hospital Militar 2002 • Curso optativo en los currículum de Ingeniería de varias universidades en Chile,

desde 1995 DISIPACIÓN DE ENERGÍA Todas las estructuras vibrantes disipan energía producto de esfuerzos internos, rozamiento, rotura, deformaciones plásticas, etc. Mientras mayor es la capacidad de disipación de energía, menor será la amplitud de las vibraciones. Algunas estructuras tienen muy poco amortiguamiento, por lo que experimentan grandes amplitudes de vibración incluso para sismos moderados. Los métodos que incrementan la capacidad de disipación de energía son muy efectivos para reducir la amplitud de la vibración. Los sistemas pasivos de disipación de energía abarcan distintos de materiales y dispositivos que mejoran el amortiguamiento, rigidez y resistencia de una estructura. Estos pueden ser usados tanto para la reducción de amenazas naturales, como para la rehabilitación de estructuras dañadas o con estructuras deficientes. En los últimos años, se han emprendido serios esfuerzos para convertir el concepto de disipación de energía, o amortiguamiento adicional, en una tecnología factible y un número considerable de estos dispositivos han sido instalados en estructuras a lo largo de todo el mundo. En general, todos se caracterizan por su capacidad de mejorar la disipación de energía de los sistemas estructurales en los cuales se instalan. Esto puede ser alcanzado ya sea por la conversión de energía cinética en calor, o por la transferencia de energía entre modos de vibración. El primer método incluye dispositivos que operan en base a principios tales como la fricción, fluencia de metales, transformaciones de fase en metales, deformaciones de sólidos viscoelásticos o fluidos. El segundo método incluye la incorporación de osciladores adicionales, los cuales actúan como absorbedores de vibraciones dinámicas. ESTRUCTURAS INTELIGENTES Una de las más significativas innovaciones tecnológicas en el campo de la ingeniería estructural ha sido, sin duda, el desarrollo de las llamadas “estructuras inteligentes” (EI).

Aunque a simple vista son similares a la estructuras convencionales, las EI están dotadas de un sistema computacional que se encarga simultáneamente de monitorear los movimientos del edificio a través de un sistema de sensores, y de accionar, si es necesario, uno o varios dispositivos electro-mecánicos con el propósito de reducir tales movimientos al mínimo posible. La Figura 6 ilustra esquemáticamente este concepto.

Fig. 6 Esquema de una Estructura Inteligente La “inteligencia” del sistema radica, en primer lugar, en la ubicación estratégica de los dispositivos, y en segundo lugar, en conocer cuál es la intensidad de las fuerzas que éstos entregan a la estructura, como también el instante en que dichas fuerzas deben aplicarse, de modo de “contrarrestar” las fuerzas debidas al sismo. Existe hoy en día una gran variedad de EI, cuya eficacia ha sido probada por numerosas investigaciones en todo el mundo. La gran mayoría de ellas se encuentran en Japón, donde existe un incentivo especial para que las empresas inviertan en el desarrollo de nuevas tecnologías. La Figura 7, muestra el amortiguador activo denominado HIDAX, recientemente desarrollado por la compañía japonesa Kajima Corporation, líder mundial en esta fascinante tecnología. Es importante resaltar que si bien resulta poco atractivo actualmente usar los tipos más sofisticados de EI en Chile por razones de costo, no es menos cierto que algunos tipos muy simples pero muy eficientes de EI podrían ser hoy desarrolladas a un costo muy competitivo usando nuestra propia tecnología y conocimientos.

Es muy probable que en un futuro próximo, y gracias al constante abaratamiento de la tecnología, muchos de los edificios importantes que se construyan en el mundo sean EI. Seguramente, el mayor costo de tal “inteligencia” estará en el conocimiento experto que surge del trabajo mancomunado entre la investigación científica y la industria, lo cual constituye un gran desafío para la ingeniería y las universidades chilenas.

Fig. 7 El Amortiguador HIDAX y Esquema de Instalación en un Piso de un Marco Estructural