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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL GENERALES DE INGENIERÍA TEMA: APLICACIÓN DE AISLADORES SÍSMICOS EN LA CIMENTACIÓN DE EDIFICIOS EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL AUTOR RODRIGO MONSERRATE PARRALES CHIQUITO TUTOR ING. ANTONIO ALEX JORDAN ROMERO. M. Sc. 2016 GUAYAQUIL – ECUADOR
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GENERALES DE INGENIERÍA
TEMA:
APLICACIÓN DE AISLADORES SÍSMICOS EN LA CIMENTACIÓN DE
EDIFICIOS EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL
AUTOR
RODRIGO MONSERRATE PARRALES CHIQUITO
TUTOR
ING. ANTONIO ALEX JORDAN ROMERO. M. Sc.
2016
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
AGRADECIMIENTO
Gracias a Dios por todas las bendiciones que me da, a mi querida madre que
siempre ha estado ahí para apoyarme, así como, mis hermanos y sobrinos.
A mi padre, hermano y a mis abuelas que, aunque ya no estén físicamente
siempre creyeron en mí. Gracias a todas las personas que confiaron en mí.
De igual manera agradezco al Ing. Alex Jordán Romero, por su acertada guía
durante el desarrollo de esta tesina.
iii
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado primero para Dios, nuestro creador.
Segundo se la dedico a mi familia, con gratitud por el apoyo y los consejos.
Y también se las dedico a mis amigos, gracias por haber creído en mí.
iv
TRIBUNAL DE GRADUACIÓN
______________________________ ______________________________
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Alex Jordán Romero, M.Sc.
DECANO TUTOR
______________________________ ______________________________
Arq. Kerly Fun Sang Robinson, M. Sc. Ing. Hugo Mina Marrett, M. Sc. VOCAL VOCAL
v
DECLARACIÓN EXPRESA
Art. XI.- del Reglamento Interno de Graduación de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad de los hechos, ideas y doctrinas expuestos en este trabajo de
Titulación, corresponde exclusivamente al autor, y el patrimonio intelectual de la
Universidad de Guayaquil.
_______________________________________________________
RODRIGO MONSERRATE PARRALES CHIQUITO
CI: 090901108-2
vi
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1Antecedentes……………………………………………………………………….……1
1.2.Delimitación del problema. ................................................................................... 3
1.3.Formulación del problema .................................................................................... 3
1.4.Justificación. ......................................................................................................... 4
1.5.Antecedentes. ...................................................................................................... 5
1.6.Objetivos de la investigación. ............................................................................... 5
1.6.1. Objetivo General. ............................................................................................. 5
1.6.2. Objetivos Específicos………………………………………………………………..6
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Breve Historia de la utilización de Aisladores Sísmicos………………………. ..... 7
2.2. Fundamentos de teoría de aplicación de Aisladores Sísmicos. .......................... 8
2.3. Diferencias entre un diseño con estructura convencional y ................................. 8
otro con aisladores sísmicos. ..................................................................................... 8
2.4. Sistemas de protección sísmica. ......................................................................... 9
2.4.1. Sistemas activos. ............................................................................................. 9
2.4.2. Sistemas semi- activos. .................................................................................. 10
2.4.3. Sistemas pasivos. .......................................................................................... 11
2.5. Otros sistemas utilizados para contrarrestar la acción sísmica. ........................ 12
2.5.1. Disipadores sísmicos de energía. .................................................................. 12
2.5.2. Osciladores Resonantes. ............................................................................... 12
vii
2.5.3. Aislador pretensado. ...................................................................................... 14
2.6. Tipos de aisladores más empleados en la aislación sísmica. ........................... 14
2.6.1. Aisladores elastoméricos. ............................................................................... 15
2.6.1.1. Aisladores de caucho de bajo amortiguamiento. ........................................ 15
2.6.1.2. Aisladores elastoméricos con núcleo o corazón de plomo. ......................... 16
2.6.1.3. Aisladores de alta amortiguación. ............................................................... 17
2.6.2. Aisladores con sistema de deslizamiento. ...................................................... 18
2.6.2.1. Apoyo deslizante plano. ............................................................................. 19
2.6.2.2. Péndulos friccionales. .................................................................................. 19
2.6.2.3. Sistema de fricción resiliente. ..................................................................... 20
2.6.3. Sistemas basados en resortes. ...................................................................... 20
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1. Apreciaciones previas el diseño con aisladores. ............................................... 22
3.2. Análisis general del sistema basal. ................................................................... 23
3.2.1. Capacidad de carga. ...................................................................................... 23
3.2.2. Uniformidad de desplazamientos…………………………………………………23
3.2.3. Torsión y sus efectos...................................................................................... 24
3.2.4. La tracción en los aisladores. ......................................................................... 24
3.2.5. Consideración de deformaciones verticales. .................................................. 25
3.3. Análisis general de la estructura. ..................................................................... 25
3.3.1. Juntas en la dimensión. .................................................................................. 25
3.3.2. Cimentación basal. ......................................................................................... 25
3.3.3. Tipo de suelo y ubicación. .............................................................................. 26
viii
3.4. Consideración de normas técnicas internacionales para el diseño. .................. 26
3.4.1. Federal emergency management agency. ..................................................... 26
3.4.1.1. Fuerza lateral equivalente. .......................................................................... 27
3.4.1.2. Método dinámico. ....................................................................................... 28
3.4.2. Uniform building code 1997, capítulo 16. ....................................................... 28
3.4.3. Norma chilena NCH 2745-2003. .................................................................... 29
3.5. Niveles de sismo, un requisito previo al diseño. ................................................ 29
3.6. Sísmicos analizados en este trabajo. ................................................................ 30
3.7. Rigidez: su influencia en la estructura. .............................................................. 31
3.8. Desplazamiento. ................................................................................................ 32
3.9. Diafragmado. ..................................................................................................... 32
3.10. Breve comentario sobre el diseño para un edificio con aislamiento de base. . 33
3.11. Diseño estructural de la cimentación en un edificio aislado. ........................... 34
3.11.1. Como estructurar ascensores y escaleras en un edificio aislado. ................ 34
3.11.2. Las instalaciones y paso de tuberías en una estructura ............................... 35
con sistema de base. ............................................................................................... 35
3.11. 3. Aisladores con núcleo de plomo. ................................................................. 35
3.11.4. Tiempo de duración de un sistema de aislación sísmica. ............................ 35
3.11.5. Mantenimiento a los aisladores. ................................................................... 36
3.11.6. Edificaciones donde se puede utilizar el sistema. ........................................ 36
3.11.7. Aislación sísmica en edificaciones existentes. ............................................. 37
3.12. Alternativas de rehabilitación. ......................................................................... 39
3.13. Atenuar el rozamiento entre dos edificios contiguos. ...................................... 39
3.14. Protección contra incendios de los aisladores sísmicos. ................................. 40
3.15. Ensayos de aisladores sísmicos. .................................................................... 41
ix
3.16. Ensayo de mesa vibradora gigante. ................................................................ 42
3.17. Aisladores sísmicos, sus consideraciones previas a su montaje. ................... 43
3.18. Aisladores sísmicos: montaje. ......................................................................... 44
3.19. Especificaciones técnicas de un aislador elastómero LRB.............................. 45
con núcleo de plomo. ............................................................................................... 45
3.20. Proveedores de aisladores sísmicos en el mundo. ......................................... 47
3.21. Suelos de Guayaquil. ...................................................................................... 47
3.22. Edificaciones existentes en Guayaquil. ........................................................... 48
3.23. Guayaquil y la aislación sísmica. ..................................................................... 50
3.24. Costo de la aislación sísmica en el mercado internacional. ............................ 52
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. Conclusiones ..................................................................................................... 60
4.2. Recomendaciones ............................................................................................. 62
ANEXOS
BIBLIOGRAFÍA
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1.Sistema activo. .........................................................................................11
Figura 2.2.Sistema semi-activo. ................................................................................11
Figura 2.3.Aislador de sistema pasivo. ......................................................................12
Figura 2.4. Disipador sismico de energia ..................................................................13
Figura 2.5.Oscilador Resonante. ...............................................................................14
Figura 2.6. Aislador pretensado .................................................................................15
Figura 2.7.Aisladores elastomérico. ..........................................................................17
Figura 2.8. Aislador de bajo amortiguamiento. ..........................................................18
Figura 2.9. Aislador conelastomerico con nucleo de plomo, conocido como LRB. ....19
Figura 2.10. Aisladores de alta amortiguacion. ..........................................................18
Figura 2.11. Aislador con sistema de deslizamiento de apoyo plano. .......................19
Figura 2.12. Aisladores con sistema de deslizamiento friccional. ..............................19
Figura 2.13.Aisladores con sistema de deslizamiento de fricción resiliente…………20
Figura 3 1. Mantas ignifugas contrafuego..................................................................41
Figura 3 2. Ensayo de compresión de cargas aplica en los aisladores. ....................42
Figura 3 3. Ensayo de mesa vibradora gigante aplicado en aisladores. ....................43
Figura 3 4. Especificaciones tecnicas del Neopreno ... Error! Bookmark not defined.
Figura 3 5. Características técnicas de Acero A36. ...................................................47
Figura 3 6.Cuadro comparativo de costos constructivos del Edificio Vanguardia .....58
Figura 3 7. Cuadro comparativo de costos debido a daño estructural .......................59
Figura 3 8. Deducción del costo de los aisladores en el Edificio Sky Building ..........59
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
Desde siempre la humanidad ha tenido que enfrentarse a la catástrofe, que
implica un movimiento telúrico; ya que estos eventos o fenómenos naturales no
avisan cuando van a suceder, y aun no se ha descubiertos por año (Santa Maria
Ignacio., 2011).
Este proceso origina un fallo geológico en el borde continental, derivándose
las fracturas que causan los movimientos sísmicos, por lo cual se han presentado
varios terremotos en Ambato 5 de agosto de 1.949 y ahora en abril 16 del 2016 con
una magnitud 7.8 en la escala de Richter.
Este último terremoto histórico en los grandes sismos que ha sufrido Ecuador,
se sintió en todo el país; siendo los primeros afectados los habitantes de las
provincias de: Manabí y Esmeraldas. En donde hospitales, escuelas, hoteles y
edificios no soportaron el movimiento sísmico y colapsaron. Considerándose la
pérdida cuantiosa de bienes públicos y privados; acogiéndose el enluto de toda
nuestra nación por la pérdida de cientos de vidas.
Después de lo sucedido en estas provincias ubicadas en el epicentro del
terremoto, me pregunto, ¿¿qué ocurrirá si el epicentro fuera en la ciudad de
Guayaquil??, en donde existen edificaciones de hace algunas décadas y otras
modernas que fueron diseñadas con un sistema convencional de cálculo estructural;
que nos es tan confiable por las irregularidades de vicios de la construcción y
desaires de los propietarios al no contratar un profesional, confiándoles el trabajo y
supervisión de la obra civil a un artesano, tal como los maestros de obra.
2
En otros países en donde se han presentado terremotos de mayor intensidad,
las edificaciones que fueron construidas y diseñadas con el cálculo estructural
tradicional han sufrido daños y si bien no colapsaron, han demostrado un buen
resultado del diseño estructural calificando a las edificaciones de seguras y
operativas, comprobándose que ningún excelente diseño puede evitar los eventos
naturales en su totalidad, pues siempre se visualizaran reparaciones que según su
grado de afectación resultan muy costosas. Mientras que las edificaciones que
fueron diseñadas en función del cálculo estructural tecnológico con aisladores y
disipadores sísmicos presentaron un excelente comportamiento de repuesta
inmediata y satisfactoria.
En Ecuador y particularmente en Guayaquil, recién se comienza a construir
con esta técnica tecnológica, para lo cual el Código Ecuatoriano de la Construcción
(CEC) y su actualización expuesta en las Normas Ecuatorianas de Construcción
(NEC 2011) deberían proponer y servir en conjunto con las entidades estatales,
seccionales y organizaciones no gubernamentales (ministerios de trabajo, de
vivienda, municipios y gremios afines a la construcción civil); una entidad reguladora
y calificadora de la correcta construcción de las obras civiles y que tenga la
convicción impulsadora de la protección extra que brindan los aisladores sísmicos.
Este trabajo de titulación consiste en ampliar el conocimiento y aplicación de
los aisladores sísmicos, a nivel de instrucción de los profesionales técnicos, sino
también entre los inversionistas y empresarios de la construcción para promover la
tecnología de diseño estructural.
3
1.2. Delimitación del problema
Esta tesina está dirigida a todas las personas que se dedican al área de la
construcción, para dar a conocer conceptos y beneficios de la utilización de los
sistemas de aislación sísmica y sus ventajas al mostrar la capacidad de reaccionar
de las edificaciones ante un movimiento telúrico.
Debido a que todas las edificaciones, tanto las existentes como las nuevas,
en nuestra nación, se encuentra afectadas por estar ubicadas en una zona de alto
riesgo sísmico, sufriendo considerables daños ocasionados por los movimientos
telúricos notables y atentables del Cinturón de Fuego.
Resulta urgente difundir la disipación sísmica que brindan los aisladores
sísmicos; ya que se evidencia en edificaciones extranjeras dotadas de esta
protección siendo afectadas por terremotos de igual magnitud y mayores al que
resistió Ecuador, tuvieron un magnifico desempeño durante la acción sísmica,
proporcionando mayor tranquilidad seguridad y confianza que las edificaciones que
no cuentan con estos sistemas.
1.3. Formulación del problema
Las estructuras están diseñadas para restringir al máximo los
desplazamientos entre piso, debido a esta situación las estructuras necesitan de
elementos de mayor sección y mayor ductilidad; ya que durante un acontecimiento
sísmico actuante sobre una edificación esta responde con daños en su
estructuración. Para minimizar estos daños, es decir, que no colapsen las
4
edificaciones y que tampoco afecten su funcionalidad, se han desarrollado estos
sistemas de aislación sísmica ya comprobados en eventos sísmicos.
Por esto, se hace necesaria una reforma de regularización y un accionar
promovedor de la tecnología estructural, para la correcta aplicación de los sistemas
de aislación y disipación sísmica dentro de la normativa de construcción.
1.4. Justificación
Se justifica el trabajo de titulación por presentar y tratar de concientizar a las
autoridades nacionales impulsar nuevas técnicas alternativas de diseño estructural,
para que mejoren rotundamente los sistemas constructivos que reflejen edificaciones
que absorben los movimientos telúricos sin presentar graves daños en ellas.
A consecuencia de la reacción se obtuvo en los edificios afectados por los
terremotos ocurridos en los Ángeles 1994, en Kobe 1995, y en Chile 2011; en
donde el nivel de seguridad de los mismos, así como la operatividad de las
edificaciones que están acondicionadas con aisladores sísmicos resulta ser alta ante
la eventualidad; además que presentaron un excelente desempeño durante el
terremoto.
La utilización de los sistemas de aislación sísmica en nuevos proyectos,
causara un efecto positivo tanto en seguridad de las edificaciones y por ende la
población que alberga, así como una confianza satisfactoria en los inversionistas
promotores por los resultados que se han obtenido a lo largo de los años para
mitigar los fenómenos sísmicos, ya que este diseño estructural se basa en
incrementar la rigidez, a fin de resistir los mayores esfuerzos producto de la acción
sísmica.
5
1.5. Antecedentes
El sistema de aislación sísmica ha sido utilizado sobre puentes, para luego
ser empleado también en edificios; esta inventiva ha sido propuesta más de cien
años, pero hace aproximadamente 4 décadas se ha difundido. Este sistema
constructivo hace casi dos décadas ha incrementado la confianza que proporcionan.
Los aisladores sísmicos desacoplan la estructura del terreno, siendo
instalados en la infraestructura edificada ( en los plintos ó zapatas ), dotando a la
estructura de una flexibilidad en movimiento horizontal y de una rigidez que asimila
el desplazamiento vertical, controlándolo y estabilizándolo logrando reducir los
esfuerzos en el orden de 10 veces en comparación de la estructura análoga fija al
suelo.
1.2 . Objetivos de la investigación
Innovar el diseño estructural tecnológico en el medio constructivo e ingenieril,
con el propósito de mitigar los efectos sísmicos que sufren las edificaciones.
1.6.1 Objetivo General.
Dar a conocer las ventajas y beneficios del uso de aisladores sísmicos en los
edificios, para inspirar su inmediata aplicación a estructuras de gran edificabilidad.
6
1.6.2 Objetivos Específicos.
Dentro de los objetivos principales ó específicos tenemos:
a) La seguridad de los edificios con aislación sísmica será mayor; por ende, se
protegerá las vidas de las personas.
b) Proteger los contenidos de los edificios, tales como, los equipos costosos en
los hospitales, pinturas y esculturas valiosas en los museos entre otros casos;
sobretodo evitar el colapso de las edificaciones y disminuir la afectación de
los daños, que suelen resultar generalmente en grietas en los elementos
estructurales de la edificación (paredes y vigas), como también el pandeo y
posible derrumbamiento de las losas.
c) La economía en sus diseños, ante el alto costo de reparaciones y de re-
estructuramiento de las obras civiles.
7
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Durante las últimas décadas los diseñadores dedicados a la ingeniería
sísmica han alcanzado un notable desarrollo en lo referente a la utilización de
dispositivos que protegen las estructuras.
Estas técnicas son utilizadas en países desarrollados, pero en Sudamérica
solo en Brasil, Chile y recientemente en Perú se utilizan aisladores sísmicos;
inclusive sus códigos de construcción ya contemplan los diseños de aisladores de
base, así como de otros sistemas de prevención sísmica.
2.1. Breve Historia de la utilización de Aisladores Sísmicos
La utilización histórica de estos dispositivos de aislación sísmica se
evidencian en Pasar Gadae, una antigua ciudad de Persia, actualmente Irán.
Pero su fundamentación idealista es propuesta por John Milos, profesor de
ingeniería de minas en la universidad de Tokio entre 1876 y 1895, efectuando varios
experimentos de aislamientos sísmicos.
Procedimientos para el diseño de edificaciones con aisladores sísmicos
existen en el mundo desde la década de 1920, pero definitivamente el desarrollo de
este sistema siempre ha estado relacionado con la ocurrencia de terremotos de gran
magnitud.
8
2.2. Fundamentos de teoría de aplicación de Aisladores Sísmicos
En la actualidad se conocen diversos sistemas de aislación basal, cada cual
con sus características propias en lo referente a su accionar, haciéndose referencia
a los materiales de los que están hechos; así como de sus costos de incidencias en
el proyecto y del tipo de obra en los que se van a implantar.
Así tenemos que los más conocidos son:
a) Los Aisladores elastoméricos.
b) Los Aisladores deslizantes.
Existen estudios confiables tanto en teoría como en práctica, que avalan estos
sistemas; siendo ya tan visible que la mayoría de edificios de gran esbeltez a nivel
de países de primer mundo están acoplados con algún tipo de estos aisladores.
2.3. Diferencias entre un diseño con estructura convencional y otro
con aisladores sísmicos
Los sistemas de aislación basal, llamados usualmente aisladores sísmicos
tienen varias ventajas sobre los diseñados con calculo estructural convencional
(Kelly, Robinson & Skinner,2008).
Siendo estas ventajas cinco veces más seguro en caso de presentarse un
terremoto; de hechos los esfuerzos producidos en la estructura con aisladores son
del orden de 10 veces más pequeños que los proporcionados por una estructura
análoga fija al suelo. Un edificio convencional no compite en seguridad con uno
9
protegido con aislación sísmica, los representan un costo muy menor por estos
casos de siniestros.
2.4. Sistemas de protección sísmica
Estos sistemas de protección sísmica que se emplean en la actualidad son
simples, pero los hay también en su totalidad automatizados así tenemos:
a) sistemas activos,
b) sistemas semi- activos y
c) sistemas pasivos.
2.4.1. Sistemas activos.
Estos sistemas activos que controlan la acción sísmica, son sistemas muy
modernos que incluyen en el mecanismo de sensores de movimiento, así como
mecanismos de control y de proceso de datos.
Cabe indicar que estos sistemas están programados para que atreves de los
sensores puedan monitorear la respuesta sísmica de la estructura en tiempo real, de
esta manera se detectan los movimientos para que así los procesadores puedan
aplicar la fuerza de reacción neutralizadora a la acción sísmica; pero este sistema
activo tiene en su contra el costo y que adicionalmente necesita una fuente de
alimentación ubicado en los exteriores.
A pesar de todo se constituye en la mejor alternativa para la protección
sísmica de las edificaciones.
10
Estos sistemas de protección sísmica son utilizados principalmente en países
desarrollados.
Figura 2.1: Sistema activo
Fuente: Corporación de Desarrollo Tecnológico, Chile 2011
2.4.2. Sistemas semi- activos.
Este sistema al igual que el sistema antes mencionado (sistema activo)
cuentan con un mecanismo de monitoreo en tiempo real ante la respuesta de la
estructura de la edificación. Se diferencia los sistemas semi- activos de los
anteriores porque no aplican fuerzas de control sobre la estructura. Se puede indicar
que los sistemas semi-activos pueden actuar modificando en tiempo real las
propiedades mecánicas de los constituyentes del sistema, tales como los
dispositivos de la disipación de energía.
Como ejemplo de estos sistemas tenemos: los amortiguadores de masa semi
activos, los que cuentan con dispositivos de fricción ó con fricción controlada, así
también existen disipadores con fluidos electivo ó magneto – reológicos.
11
Figura2.2: Sistema semi- activo.
Fuente: Corporación de Desarrollo Tecnológico, Chile 2011
2.4.3. Sistemas pasivos.
Estos sistemas de protección sísmicos son los más empleados en la
actualidad. A estos sistemas pasivos pertenecen los sistemas de aislación sísmica
de base al igual que los sistemas de disipadores de energía.
Estos permiten reducir la respuesta dinámica de las estructuras mediante los
sistemas mecánicos, que fueron diseñados como los sistemas de aislación de base
y disipadores de energía son los más utilizados.
Figura 2.3: Aislador de sistema pasivo.
Fuente: Corporación de Desarrollo Tecnológico, Chile 2011
12
2.5. Otros sistemas utilizados para contrarrestar la acción sísmica
2.5.1. Disipadores sísmicos de energía.
Estos dispositivos están diseñados para dispar la energía que traen los
terremotos, así también la inducida por los fuertes vientos.
Tienen un gran aumento a nivel de amortiguación de las edificaciones, se
utiliza en edificios a partir de 10 pisos; se los ubica generalmente en los
contravientos de manera especial en las conexiones entre vigas y columnas.
Figura 2.4: Disipador sísmico de energía.
Fuente: Corporación de Desarrollo Tecnológico, Chile 2011
2.5.2. Osciladores Resonantes.
Estos dispositivos tienen un excelente desenvolvimiento en la reducción de
vibraciones producidas por el viento en edificios altos, inclusive para la reducción de
la respuesta sísmica.
Consiste en un sistema constituido por una masa, un elemento restituido y un
mecanismo de disipación de energía, por lo general está ubicado en la parte
superior de la estructura. Debe existir una coincidencia entre las frecuencias
13
naturales y las vibraciones desarrolladas por la estructura y por el oscilador
resonante.
Figura 2.5: Oscilador Resonante.
Fuente: www.dis.com/osciladores+disipadores.
14
2.5.3. Aislador pretensado.
Este sistema se lo utiliza para edificaciones de hasta 2 pisos los mismos que
van enterrado en la tierra.
Figura 2.6: Aislador pretensado.
Fuente: De La Llera Juan, Chile 2011
2.6. Tipos de aisladores más empleados en la aislación sísmica
Los aisladores sísmicos más utilizados y avanzados en estos actuales
momentos son los aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (con o sin
núcleo de plomo); caracterizados en 2 modalidades, deslizantes y basados en
resortes. Hablaremos brevemente de cada uno de estos sistemas de aislación
sísmica.
15
2.6.1. Aisladores elastoméricos.
Esta tipología de aisladores se caracteriza por estar conformados por varias
láminas planas de elastoméricos intercaladas con capas de acero.
Estas láminas están vulcanizadas a las capas de acero, tienen por lo general
una sección circular o cuadrada. Así, con esta configuración se logra una flexibilidad
lateral para de esta manera permitir el desplazamiento horizontal entre la edificación
y el suelo.
En el mercado existen varios tipos de aisladores elastoméricos.
Figura 2.7: Aisladores elastoméricos
Fuente: De La Llera Juan, Chile 2012
2.6.1.1. Aisladores de caucho de bajo amortiguamiento.
Entre los aisladores elastoméricos estos son los más simples, por lo general
presentan bajo amortiguamiento entre el 2-5% como máximo, por este motivo se lo
16
emplea en conjunto con disipadores de energía, para proporcionarle un
amortiguamiento adicional.
Figura 2.8: Aislador de caucho de bajo amortiguamento,
Fuente: www.fipindustriale.com
2.6.1.2. Aisladores elastoméricos con núcleo o corazón de plomo.
Estos dispositivos conocidos como: LRB (Lead – plug Rubber Bearing) los
mismos que son similares a los LDRB, con la identificación de poseer en su centro
un núcleo de plomo, lo que aumenta el nivel de amortiguamiento de sistema hasta
entre 25-30%.
Durante un evento sísmico el aislador se deforma lateralmente, haciendo que
el núcleo de plomo fluya incurriendo en deformaciones plásticas y de esta manera se
17
disipa energía en forma de calo ( impregnación por humedad ), después del sismo la
goma de aislador retorna en secuencia interactuante con la estructura que también
regresa a su posición original.
Figura 2.9: Aislador elastomérico con núcleo de plomo, conocido como LRB.
Fuente: www.fipindustriale.com
2.6.1.3. Aisladores de alta amortiguación.
Estos dispositivos llamados también HDRB (High- Damping Rubber Bearing),
cuyas láminas de elastómeros son fabricados con elementos, tales como carbón,
aceites y resinas, para de esta manera aumentar el amortiguamiento de la goma en
un porcentaje del 10 al 15.
18
Presentan cambios de temperatura y frecuencia mayor que los otros
aisladores, estos dispositivos tienen mayor rigidez para los dos primeros ciclos de
carga, para luego en el tercer ciclo de carga estabilizar la estructura. Al igual que los
del tipo LRB, se combinan la flexibilidad y disipación de energía en un solo
elemento.
Figura 2.10: Aisladores de alta amortiguación, llamados HDRB.
Fuente: htpp://cauchosvikingo.com
2.6.2. Aisladores con sistema de deslizamiento.
También denominados comúnmente deslizadores fricciónales, utilizan una
superficie de deslizamiento constituido de acero inoxidable, donde se desliza una
placa de acero revestida de politetra fluoro etileno (PTFE) la misma que soporta la
estructura permitiendo el movimiento horizontal de la edificación sin estar adherido al
suelo.
19
2.6.2.1. Apoyo deslizante plano.
Son los más simples, y están formados por dos superficies; una adherida a la
estructura y la otra adherida a la fundación, tienen un coeficiente bajo de fricción
permitiendo asimilar los movimientos horizontales y resistir las cargas verticales.
Figura 2.11: Aislador con sistema de deslizamiento de apoyo plano.
Fuente: htpp://cauchosvikingo.com
2.6.2.2. Péndulos friccionales.
Estos péndulos cuentan con un deslizador articulado ubicado sobre la
superficie cóncava, cuentan también con la ventaja de que son auto central, es decir
luego de un movimiento telúrico la estructura regresa a su posición inicial gracias a
la geometría de la superficie.
Figura 2.12: Aisladores con sistema de deslizamiento friccional.
Fuente: Ingeniería sísmica y construcción civil, Chile 2014
20
2.6.2.3. Sistema de fricción resiliente.
Este sistema tiene un problema el alto coeficiente de rozamiento entre el
teflón y el acero inoxidable para altas velocidades de desplazamiento, para lo cual
se utiliza varias superficies de rozamiento en el mismo aislador.
De esta manera la velocidad entre los extremos superior e inferior del aislador
se divide por el total de capas y se logra un rozamiento bajo.
Figura 2.13: Aisladores con sistema de deslizamiento de fricción resiliente.
Fuente: Naeim & Kelly 1999
2.6.3. Sistemas basados en resortes.
Tanto los aisladores elastoméricos y deslizantes dan una protección en
desplazamientos horizontales, pero no son una alternativa válida para cuando se
desea una aislación en tres dimensiones; dando paso para emplearse los aisladores
de resortes.
21
Figura 2.14: Aisladores con sistema de deslizamiento basado en resortes.
Fuente: www.dis.com/aisladores+sismicos
22
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
En este capítulo de la tesina se realiza un estudio de la literatura consistente a
sobre conceptos elementales y básicos de los edificios con aisladores de base, así
también como la protección de los mismos basados en especificaciones
internacionales.
Permitiéndose de esta manera al expositor expresar la hipótesis teórica para
lograr la implantación de estos sistemas de protección sísmica en los edificios
existentes y en especial a las futuras edificaciones, transmitiendo los beneficios y
ventajas al utilizar este sistema.
Por último, demostrar las perspectivas que existen en nuestra ciudad sobre la
utilización de este sistema.
3.1. Apreciaciones previas el diseño con aisladores
Toda edificación con diseño estructural convencional está basado en la
rigidez, por lo tal se correlacionan a la resistencia dichas edificaciones; para de esta
manera poder controlar los excesivos desplazamientos que se registran durante el
terremoto, dificultando el desenvolvimiento inelástico del paso sísmico.
Siendo este impedimento el motivo por lo que se emplean placas que están
distribuidas estratégicamente en toda la planta de apoyo de la edificación ( en la
infraestructura, localmente en los cimientos ). Al aumentar la resistencia esto
conlleva a que la estructura desarrolle una capacidad de utilizar mayores fuerzas,
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generándose calcular elementos estructurales con capacidad de resistir estas
fuerzas.
Cuando se trata de una estructura diseñada con aisladores sísmicos, se le da
un toque diferente a lo convencional en lo concerniente a la transmisión de las
fuerzas disminuidas en gran medida y debido a esto ya no es necesario el uso de
elementos estructurales con gran capacidad de resistencia lo cual permite disminuir
la alta rigidez.
Así por ejemplo, el parámetro que se debe vigilar es el desplazamiento que se
presenta en un sistema de aislación basal. Siendo este deslizamiento controlable y
disipado su fundamental privilegio para su finalidad de diseño; en donde los
parámetros estructurales tanto como su amortiguamiento equivalente y el periodo
efectivo dependen de este elemento, que es el resultado de la reducción sísmica
estructural por la complementación del sistema de aislamiento de base.
3.2. Análisis general del sistema basal
3.2.1. Capacidad de carga.
El cálculo de las cargas actuantes en las edificaciones según el uso que se
les destine tiene una máxima importancia, pues guarda relación con el valor máximo
para cada aislador de acuerdo con lo que determinan las especificaciones técnicas
de estos aisladores. Lo que hace necesario que toda la carga del edificio sea
repartida uniformemente, para así evitar que algún aislador se encuentre
sobrecargado. (Korswagen,Arias y Huaringa, Perú 2012).
3.2.2. Uniformidad en los desplazamientos.
La flexibilización de la estructura no se puede lograr, si existen desplazamientos
diferenciales horizontales en ambos sentidos a nivel del sistema de aisladores; para
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lograr esta importancia se instala un diafragma rígido a nivel de la interface de
aislación, consiguiendo mediante este mecanismo la uniformidad de los
desplazamientos interactuantes entre el suelo y la edificación.
3.2.3. Torsión y sus efectos.
El diseñador civil y/o el estructurista deberán analizar la separación entre el
centro de masas y el centro de rigidez de la edificación en proyección, esto es la
apreciación del momento de torsión de la estructura; calculo necesario para no
sobrecargar y no crear una mayor participación en el movimiento de los aisladores
en la dirección perpendicular a ellos.
Predominándose el objetivo de independizar el movimiento en cada dirección
de sus componentes laterales para reducir los efectos de la fuerza del choque
sísmico; pues las consecuencias de la torsión generan un giro interno en los
elementos estructurales de la edificación, que en conjunto con el impacto telúrico, el
giro se transforma en un volcamiento oscilatorio.
3.2.4. La tracción en los aisladores.
Los aisladores presentan una resistencia a la tracción que va en el orden de
10-15% de la compresión, lo que determina que este parámetro se lo evaluará
permanentemente.
Cabe indicar que valores que no permanezcan dentro de este rango
modificaran las propiedades de los aisladores y de ser el caso pueden llegar a
dañarse. (Korswagen,Arias y Huaringa, Perú 2012).
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3.2.5. Consideración de deformaciones verticales.
Se deben considerar, porque se pueden generar deformaciones diferenciales
muy excesivas y gran consideración entre los elementos de la súper estructura.
Estos efectos de flexo-compresión y de pandeo en las columnas y vigas,
principales elementos del pórtico estructural; son causales de agrietamientos y
asentamientos correspondientemente a cada elemento.
3.3. Análisis general de la estructura
Para el correcto análisis estructural con aislación sísmica se debe considerar:
las juntas dimensionales, la cimentación basal y la tipología local del suelo.
3.3.1. Juntas en la dimensión.
En el diseño de los aisladores se debe considerar el desplazamiento de
desarrollo telúrico que puede llegar más o menos a 50 cms., deducido por la fuerza
ejercida por el cortante basal en requerimiento de la capacidad de carga actuante de
la edificación; deduciéndose por la misma la dimensión que debe poseer los plintos
ó pilas, la cual es relativa a la junta de dimensión para acoplar el aislador en estos
elementos estructurales.
3.3.2. Cimentación basal.
Los aisladores al desplazarse producen momentos acrecentados, los mismos
que se los considera en el cálculo de la cimentación; estando ligados a la fuerza
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basal resultante se pronostica la esbeltez y geometría de los cimientos, siendo estos
los plintos.
3.3.3. Tipo de suelo y ubicación.
Es relevante para diseño de los aisladores sísmicos el conocimiento de la
actuación del suelo; para proporcionar una perfecta combinación entre los aisladores
sísmicos y la estructura, si se utiliza un diseño convencional de estructuras, es decir
donde se repartan las cargas a la losa y luego de aquí se reparten a las vigas para
llegar finalmente a los aisladores. Esto se presenta en edificios de poca carga donde
se puede transmitir la carga a los aisladores de base, consiguiéndose que los
desplazamientos de la edificación sean uniformes.
3.4. Consideración de normas técnicas internacionales para el
diseño
Se presentará una breve descripción de los métodos y recomendaciones
empleadas por normas técnicas internacionales.
3.4.1. Federal emergency management agency.
Las normas técnicas de FEMA (Agencia Federal para el Manejo de
Emergencias )
son las emprendedoras del desarrollo de los métodos para realizar el análisis
y diseño de estructuras aisladas; las cuales analizan profundamente la fuerza lateral
equivalente de los sismos y su modelación dinámica , por medio de comprobación
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experimental de medición de intensidad y alcance de las ondas telúricas para
cuantificar y obtener datos que serán introducidos a modelos matemáticos asistidos
que asistidos por software aplicados se visualiza la simulación dinámica de los
sismos.
Existen varios modelos matemáticos inspirados en las leyes newtonianas, que
permiten deducir el cálculo y apreciación de desplazamiento de las ondas sísmicas;
en función de las masas ó capacidad de cargas de las edificaciones que resultan
afectadas durante el periodo de vibración sísmica por el empuje de la fuerza de
trasciende el terremoto. Estos modelos matemáticos acogen dos metodologías, la
estática y la dinámica, según el grado de libertad ó de espontaneidad que se estime
en el retorno de un sismo acorde a su diferentes magnitudes y según la respuesta
de estabilidad servicial que se espera de la estructura; puntualmente dicha
estabilidad compete a la reducción deseada de los daños latentes ocasionados por
el siniestro.
3.4.1.1. Fuerza lateral equivalente.
Resultando ser los sismos más repetitivos los de menor grado y al
considerárselos casi imperceptibles ó medianamente sensibles, se los agrupa al
sistema de un grado de libertad; pudiéndose mediante el estudios de ellos cuantificar
una simulación estática en la cual se fundamenta el sistema estático.
Este método nos permite proceder a calcular, evaluar y estimar la fuerza
lateral equivalente llamada también Cortante Basal, basada en el desplazamiento en
función de la rigidez efectiva de las cargas evidentes de la edificación permite
diseñar los sistemas de aislación.
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3.4.1.2. Método dinámico.
Este método dinámico que se subdivide en uno que está involucrado un
espectro del comportamiento sísmico y el otro que compromete un análisis tiempo –
historia; en referencia al estudio de sismos de gran magnitud que podrían suceder
cada 50 ó 70 años, para lo cual se ha deducido el posible comportamiento de sus
ondas sísmicas mediante la modelación de acelerógramas que estimando el posible
tiempo de duración y su localidad se obtiene la fuerza aproximada de impacto
sísmico.
Al método estático no se lo considera para un diseño final, sino solo para un
diseño preliminar y el método dinámico sustentado por una combinación espectral se
lo emplea solo para ciertas estructuras regulares rígidas y de pocos pisos. El
análisis tiempo-historia es el más utilizado en la mayoría de los casos y está
involucrado un mínimo de tres pares en ambas direcciones de historias reales
escaladas a valores específicos.
3.4.2. Uniform building code 1997, capítulo 16.
Por medio de este simposio ( Código de construcción uniforme, UBC )
estadunidense en su labor investigativa, examinando las metodologías estáticas y
dinámicas de la modelación numérica y espectral, se denota la importancia para el
cálculo de cortante basal ( fuerza lateral equivalente ) de la influencia de la altura y
regularidad de la estructura; que involucra algunos parámetros tanto en la
metodología estática como en el espectral, sin despreciar la zona donde se
construye y el análisis tiempo-historia.
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3.4.3. Norma chilena NCH 2745-2003.
Esta norma se basa en el código UBC del año 1997. La norma establece los
requisitos para realizar el análisis y diseño de las edificaciones que contaran con
aislación sísmica; tales como, datos de rigidez, estabilidad y geometría de los
elementos estructurales, así como los datos referentes al subsuelo y su afectación
sísmica en relación a su localidad ( clasificación del suelo y datos de amplificación
sísmica ). En nuestro país, Ecuador, las Normas Ecuatoriana de Construcción ( NEC
2011 ) como ultima regulación a las anteriores normas CEC 2002, expone los
parámetros a considerarse para la estructuración estructural en función de la
sismicidad.
3.5. Niveles de sismo, un requisito previo al diseño
Debido a las diferentes magnitudes y tiempos de retorno para el suceso de un
sismo, se pueden analizar dos niveles de sismo.
Así tenemos: el sismo de diseño (SDI) que es el que generalmente se emplea
en los cálculos y el sismo máximo posible (SMP) el que se maneja con una
excedencia del 10% en mil años como probabilidad.
El diseño de la super-estructura ( pórticos de columnas, vigas y losas ) se lo
realiza para que su comportamiento sea elástico durante el sismo (SDI).
En el diseño de aislación sísmica, este deberá resistir las deformaciones, así
como los esfuerzos que se presentan durante el sismo máximo posible (SMP) pero
sin alteraciones; es decir no presentar fallas.
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De igual manera el sismo de diseño se lo emplear para poder calcular la
respuesta espectral, así como emplearlo también para el diseño de la sub-estructura
( plintos ) esperándose también que se comporte elásticamente.
En cambio, el parámetro del sismo máximo posible lo emplearemos para
poder calcular los desplazamientos y al mismo tiempo verificar la estabilidad del
sistema de aislamiento de base.
3.6. Sísmicos analizados en este trabajo
El terremoto de Chile ocurrido el 27 de febrero del 2010 a las 03:34 hora local,
que alcanzo en la escala de Richter 8.8 grados de magnitud, cuyo epicentro se ubicó
en el mar chileno que tuvo una duración máxima de 4 minutos en las zonas cercanas
al epicentro y más de 2 minutos en la capital.
Las víctimas fatales fueron de 525 fallecidos, con cerca de 500 mil viviendas
con daños severos y se estiman un total de 2 millones de damnificados y
$30.000’000.000 en pérdidas materiales.
Este sismo es considerado el tercero más fuerte en la historia del país y el
octavo más fuerte registrado por la humanidad. Solo superado a nivel nacional por el
cataclismo del terremoto de Valdivia de 1.960, el de mayor magnitud registrado por
el ser humano mediante sismómetros
El terremoto y tsunami de Japón ocurrido el 11 de marzo de 2011 a las
14:46:23 hora local, con una magnitud en la escala de Richter de 9,0 grados, que
creó olas de maremoto de hasta 40.5 metros. El epicentro del terremoto se ubicó en
el mar, el terremoto duro aproximadamente 6 minutos según sismólogos. Este
movimiento se presentó a causa de un desplazamiento en proximidades de la zona
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de la interface entre las placas de subducción del pacifico y la placa de
Norteamérica.
Aun así, este sismo no es el más potente que ha ocurrido en Japón.
(Aquevedo Eduardo,Terremoto y tsunami de Japón, 2011).
En cuanto al terremoto que se presentó en nuestro país, Ecuador, aquel
sábado 16 de abril de 2016 con epicentro en la provincia de Manabí que tuvo una
magnitud de 7.8 grados, se constituye como el evento sísmico que más fuerte ha
sufrido nuestro país; lamentando la pérdida de vidas en un número aproximado a
671 personas, así como de 6.274 heridos y 28.775 personas albergadas.
3.7. Rigidez: su influencia en la estructura
Así como el aislador sísmico cambia la respuesta de la estructura, de igual
manera la superestructura y sus elementos estructurales asimilan los cambios de
dicha respuesta de diseño que ha adoptado la edificación; siendo la rigidez de la
edificación fundamental para conocer y establecer la estabilidad que se desea
obtener del cortante basal en virtud de la respuesta final.
En las edificaciones el periodo útil ó de serviciabilidad de uso de una
estructura, nos permite comparar entre sus componentes elementos estructurales
los parámetros de la rigidez, para determinar ó modificar el redimensionamiento de
estos elementos (columnas y vigas); cuando se trata de un re-estructuramiento de
una edificación previa.
Se compensará la rigidez para que reciba una cantidad igual de fuerza lateral
y al mismo tiempo se pueda controlar ó eliminar la torsión de la estructura edificada
para que no afecte al sistema de aislamiento de base; puesto que la zona que
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presente menos rigidez con otra, implica un perjuicio posible en la flexibilidad de la
estructura.
3.8. Desplazamiento
El desplazamiento del sistema con los parámetros del aislador funcionales en
un ratio con limite elástico, a comparación de la rigidez que trabaja prácticamente a
proporcionalidad inversa; se considera la variación de la ratio con relación a la
rigidez, tal que los desplazamientos de la base con respecto al terreno tienden a
disminuir a medida que la ratio aumenta.
Por otro lado, la variación del límite elástico tiene un comportamiento muy
parecido a lo que ocurre con la ratio, así una gran dispersión de los valores para
pequeños valores del límite elástico en donde una mayor concentración a medida
que dicho límite aumenta.
Por otro lado, un aumento en la rigidez del aislador presentara una notable
disminución de los desplazamientos. Se puede determinar que al analizar el
comportamiento entre funciones de desempeño se observa un similar
comportamiento.
3.9. Diafragmado
Para lograr que toda la cimentación ósea todo el sistema interactuante
(edificación-aislador) logre moverse con un solo elemento se emplea un diafragma
rígido; constituido por losas acondicionadas en forma de vigas rigidizadoras
diagonales.
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Este diafragma debe ser diseñado de tal manera que permita amarrar las
columnas con las placas, para lograr la existencia de momentos en el sistema de
base, y así lograr que la viga brinde la capacidad de resistir las últimas cargas y
puedan ser transmitidas hacia los aisladores.
La técnica que se recomienda entre la losa y vigas es creando un enmallado
para lograr que los aisladores queden localizados debajo de cada punto de la
intercepción del enmallado. Esto se logra controlando los dos parámetros antes
mencionados.
Para que el diafragma rígido de la losa obtenga un óptimo comportamiento, se
debe considerar una gran rigidez en la deformación ante las cargas obtenidas en su
plano.
Esta interface del sistema se encuentra ubicada en la base del primer nivel. Si
la edificación cuenta con sótanos, estos tienen poca influencia en su
comportamiento, ya que los sótanos en el diseño se mueven con el terreno logrando
con esto que no exista amplificación sísmica (Korswagen,Arias y Huaringa, Perú
2012).
3.10. Breve comentario sobre el diseño para un edificio con aislamiento de base
Este diseño tiene que garantizar que los dispositivos soporten la carga de la
estructura durante toda su vida útil y que cumplan la función consistente en cambiar
el periodo, así como la de disipar la energía liberada durante el sismo. Para lograr
estas funciones en el diseño, se tienen que seguir los siguientes pasos enumerados
a continuación (Mayes y Naerim, 2001).
1. “Determinar el tamaño mínimo, necesario del proyecto y la ubicación de
los aisladores bajo las cargas máximas de gravedad.
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2. Calcular las dimensiones de los aisladores que resultaran en el periodo
deseado para la reducción de las fuerzas sísmicas.
3. Determinar el coeficiente de amortiguación del aislador de tal manera que
el desplazamiento de la estructura pueda ser controlado dentro del límite
del diseño bajo cargas de viento.
4. Compruebe el funcionamiento de los aisladores bajo la gravedad, el
viento, condiciones térmicas, terremotos y otras condiciones de cargas
posibles.”
Adicionalmente con el fin de no complicar al cálculo del diseño de base se
busca coordinar con los diseñadores arquitectónicos para que la estructura sea en lo
posible regular.
3.11. Diseño estructural de la cimentación en un edificio aislado
Este diseño debe de garantizar 2 aspectos fundamentales que son: soportar
el empate de la actividad sísmica, y facilitar el proceso de inspección de
mantenimiento.
3.11.1. Como estructurar ascensores y escaleras en un edificio
aislado.
Este acoplamiento consiste en lo siguiente: Las escaleras típicamente se
apoyan en la estructura aislada y deslizan sobre la estructura bajo el nivel de
aislación. La estructura del sistema de ascensores, al igual que las escaleras
típicamente se suspende desde la súper-estructura. Siendo posible bajar el nivel de
aislación localmente de manera de incluir el pozo de los ascensores en la súper-
estructura.
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3.11.2. Las instalaciones y paso de tuberías en una estructura con
sistema de base.
En esta etapa todas las instalaciones de canalización, ductos, así como el
paso de tuberías, etc. y que necesariamente deban pasar por la base aislada, se
diseñaran de tal manera que se acomoden a los movimientos horizontales que en un
momento dado soportará la edificación. Por este motivo se debe utilizar tuberías y
conexiones flexibles ó en su lugar se emplearán sistemas de articulaciones ó
conexiones flexibles. (Erik Self,Dynamic Isolatian System,catalogo, 2016).
3.11. 3. Aisladores con núcleo de plomo.
Los aisladores que presentan ó contienen núcleo de plomo no presentan
ningún peligro para la salud, ya que el plomo está recubierto por el elastómero y por
el acero formando un anillo que no permiten que entre en contacto con el ambiente;
y no reportan ningún riesgo para la salud (Santa Maria Ignacio., 2011).
3.11.4. Tiempo de duración de un sistema de aislación sísmica.
Todos estos dispositivos tienen una garantía de vida útil de por lo menos 50
años. El diseño de la cimentación acoplada con sistemas de aislación deberán ser
dotado con una accesibilidad directa hacia para que dada las circunstancias del caso
puedan ser cambiados en cualquier momento, sin que cause malestar en el buen
funcionamiento del edificio.
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3.11.5. Mantenimiento a los aisladores.
Las condiciones de mantenimiento dependerán de cada aislador, es decir de
qué clase es; ya que estos sistemas de aislación de base que se encuentran en el
mercado no necesitan mayormente mantenimiento alguno. Este tipo de
especificaciones referidas al acceso a ellos y las correspondientes a las
características de deformación elástica propias de cada tipo tienen que ser exigidas
por los diseñadores de las estructuras y por parte de los fabricantes tendrá que
garantizarlos.
Luego de presenciar un sismo es primordial que se realicen una inspección
visual de los aisladores que forman el sistema, tal como se hizo en la edificación
SKY BUILDING (edificio integrante del complejo Aerocity) que cuenta con este
sistema de aislación telúrica en nuestra ciudad, Guayaquil.
3.11.6. Edificaciones donde se puede utilizar el sistema.
Definitivamente este sistema se lo puede utilizar en toda estructura, sea esta
nueva ó ya existente, con la restricción que no sean muy altas, pero de gran área;
por ejemplo, museos, hospitales ó edificios públicos, centros comerciales e inclusive
edificios multifamiliares, en donde día a día se congregan muchas personas.
En donde no solo se pretende proteger la vida humana, sino también su contenido y
su capacidad de seguir operando después de ocurrido el evento sísmico.
Definitivamente el empleo de aisladores sísmicos ha pasado la prueba de reducir los
efectos sísmicos.
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Este sistema de aislación sísmica también se los puede utilizar en colegios,
edificios industriales, puertos, puentes y también en aeropuertos.
A lo referente a edificaciones existentes, este sistema se lo ha utilizado para
reforzar y también para rehabilitar estructuras, en donde se busca disminuir los
esfuerzos a ciertos niveles para que estos puedan ser resistidos por la estructura
existente; así como de poder cumplir con los requisitos en cuanto a su resistencia
contemplada en los códigos constructivos del siglo XXI.
A esta metodología probada en otros países y principalmente en los Estados
Unidos de América se la conoce con el nombre de retrofit, se la ha utilizado como
protección sísmica de estructura que tienen un gran valor patrimonial.
3.11.7. Aislación sísmica en edificaciones existentes.
Definitivamente la aislación sísmica es el método más idóneo para rehabilitar
una estructura existente, con esta metodología más conocida como upgrade ó
retrofit, se busca reforzar las estructuras existentes para reducir los esfuerzos en la
medida en que puedan ser resistidos por la estructura intervenida con estos
sistemas de aislamiento sísmico, al mismo tiempo de optimiza conservar su
arquitectura original.
Se hace necesario con el tiempo identificar el nivel de vulnerabilidad de las
edificaciones existentes, para asumir la decisión de lo que se puede hacer con estas
estructuras ante lo impredecible de un movimiento sísmico.
En los Estados Unidos, así como en Europa se vienen realizando con el
método retrofit varios casos de mejora ante el comportamiento sísmico en
estructura existente. Este método también se lo conoce en español como:
rehabilitación sísmica ó mejoramiento sísmico.
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Entre las estructuras que podrán requerir la aplicación de retrofit tenemos:
aeropuertos, puentes, túneles etc., estructuras que necesitan seguir
funcionando por lo esencial de sus funciones después de presentarse un terremoto y
también se debe considerar obras ó edificaciones patrimoniales.
En todo proyecto de rehabilitación sísmica se prevé tanto la reparación por
daños provocados por siniestros, como el perfeccionamiento del uso operativo de la
edificación; consiguiéndose en general el refuerzo al mejoramiento sísmico que
realza la diferencia en comparación al convencional sistema constructivo.
Antes de ejecutar un proceso de intervención sísmica deben considerarse
ciertos estudios así tenemos:
a) Realizar análisis sobre la calidad del acero y al igual que el de los
hormigones; ya que edificaciones en particular presentan algunos años de
construcción siendo lógico pensar que sus propiedades han cambiado,
adicionalmente investigar qué tipo de mantenimiento se ha dado.
b) Con que fin se ejecuta la edificación, porque puede haber cambiado su
uso, pues la finalidad de uso determina las sobrecargas que requiere el
cálculo estructural.
c) Se deben de ejecutar estudios y ensayos sobre el suelo de fundación para
conocer la geotécnica del suelo.
d) También hay que realizar un estudio de peligro sísmico local. De esta
manera y adicionalmente con una revisión de los planos originales, se
podrá realizar un estudio preliminar para conocer sobre lo que necesita la
estructura y así por ejemplo conocer si existe una falta de resistencia y si
se presentara problemas en el suelo Estructurando aisladores sísmicos,
Chile 2010.
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Después de realizar un levantamiento con todo la información recopilada
se está en capacidad de realizar un diagnóstico preliminar. En esta etapa y
conociendo su deficiencia, el siguiente paso es una evaluación de
alternativas de rehabilitación.
3.12. Alternativas de rehabilitación
Existen 2 clases de mejoramiento sísmico de estructuras existentes:
La una conocida con intervención convencional que consiste en encamisar ó
reforzar la estructura, básicamente a los elementos columnas y vigas.
Y la otra que consiste una intervención no convencional dirigida a emplear
técnicas de aislación sísmica de base, así como por ejemplo la de utilización de
disipadores de energía.
3.13. Atenuar el rozamiento entre dos edificios contiguos
Definitivamente hay que tener en cuenta la distancia entre las edificaciones
vecinas, para evitar el choque entre ambos edificios y colisionen; por ende, es
fundamental que la junta de dilatación de las construcciones altas y medianas
permita una oscilación durante la presentación del evento sísmico.
De presentarse la colisión de dos construcciones vecinas, la torre más baja
dañara a la torre más alta en sus pisos intermedios, porque están separados por un
espaciamiento de más ó menos 5 cm, cuya separación es bastante reducida; para
evitar este choque de reacción sísmica existen los disipadores viscosos y metálicos.
Además existen otros dispositivos que se los emplea para atenuar el razonamiento
entre dos edificaciones contiguas durante un evento telúrico. En Guayaquil existen
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decenas de edificios contiguos que en el caso de un terremoto no caerían y que
causarían un inmenso daño. (Véase Anexo N° 1 ).
3.14. Protección contra incendios de los aisladores sísmicos
Los aisladores entre sus principales constituyentes tienen el neopreno, al cual
ante la posible existencia del fuego se lo vislumbra como un riesgo; pero al estar
ubicado entre el edificio y el suelo es muy difícil que esto ocurra. Aunque cabe
indicar que la protección contra incendios se determina por las necesidades de
protección al fuego para el área, mas no por los materiales del que está fabricado el
aislador.
Los aisladores que se encuentran en áreas del sótano sin mayor riesgo de
incendios, no necesitaran protección contra incendios.
De requerir la protección contra el fuego estas instalaciones, se realizarán
posteriormente a la instalación contrafuego a los aisladores. Entre los materiales
reconocidos para la protección contra incendios tenemos: aspersores, aerosoles en
fibra mineral; así como las mantas ignifugas con resistencia al fuego de 180 minutos
(f180) a una temperatura de 102°C, está constituido por capas de materiales
disipadores de temperaturas, retardantes de fuego. (Véase Figura 3. 1. Cajas
flexibles contrafuego adaptadas a los aisladores sísmicos).
La manta deberá cubrir el perímetro del aislador. Esta también tendrá la
capacidad de sufrir una mínima deformación por el desplazamiento del aislador ante
la presencia de un sismo.
Adicionalmente tenemos las conocidas cajas flexibles contra fuego.
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Figura 3.1: Mantas ignifugas contrafuego.
Fuente: Jorge Rendón: Protección contra el fuego aisladores sísmicos.
3.15. Ensayos de aisladores sísmicos
Estos ensayos se realizan para el control de calidad ya que son muy exigidos
por las normas de seguridad industrial; por lo cual se logra garantizar las
propiedades de rigidez y de amortiguamiento, así como de los materiales utilizados
en su fabricación. Los aisladores sísmicos deben ser sometidos a ensayos de
compresión. El ingeniero Proyectista deberá definir un programa para el control de
calidad en el proceso de fabricación
Los ensayos de fabricación comprueban evaluar las propiedades de los
aisladores bajo cargas y condiciones de desplazamiento. Los aisladores de la
empresa Vulco son probados en el moderno laboratorio de ensayos dinámicos y
control de vibraciones de la facultad de ingeniería de la Universidad Católica de
Chile y han demostrado una gran confiabilidad estructural.
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Figura 3.2: Ensayo de compresión de cargas aplica en los aisladores.
Fuente: Laboratorio de Ingeniería de la Universidad Católica de Chile
3.16. Ensayo de mesa vibradora gigante
Este ensayo se somete a evaluación a la estructura en su interactuación por
separada de la masa vibradora por los aisladores sísmicos, este tipo de ensayos se
lo realiza en países desarrollados en donde estos sistemas de aislación sísmica
están contemplados en sus códigos de construcción.
Después de simular un movimiento telúrico se retiran los aisladores sísmicos
para comprobar que el impacto en la estructura sea directo. También se comprueba
el efecto de los incendios que se producen en la edificación cuando este por
colapsado; para de esta manera identificar aquellos elementos más críticos durante
el ensayo, logrando así analizar a fondo su comportamiento para encontrar
soluciones en las nuevas construcciones.
En la universidad de California San Diego, los aisladores son sometidos a
velocidades extremas.
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Figura 3.3: Ensayo de mesa vibradora gigante aplicado en aisladores.
Fuente: Universidad de California San Diego.
3.17. Aisladores sísmicos, sus consideraciones previas a su
montaje
Los aisladores serán instalados en sus ejes como indican los planos de
cimentación, para así poder inspeccionarlos y de ser necesarios poder darles
mantenimiento cuando sea necesario.
Una vez que están armados y encofrado los pilares de cimentación donde
serán instalados los aisladores, se identificara los que fueron elaborados para
soportar los 800 y 1600 kgf. del peso co-relacionado con la carga que recibirá del
aislador.
Se revisaran que las perforaciones de las placas de acero coincidan con los
manguitos instalados en los plintos, por los cual se encajera la plantilla de acero de
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unión del aislador, a la cual se ajustan fuerte y firmemente las tuercas a los
correspondientes manguitos.
La instalación de un aislador como se puede apreciar a primera vista, es un
trabajo simple y sencillo lo que si precisa es de una máxima planificación.
Tenemos que realizar una inspección visual para poder comprobar la limpieza
del aislador de base de manera especial en sus caras, tanto su cara superior así
como su cara inferior, con la finalidad de alcanzar una mejor adherencia del aislador
sobre los plintos.
Posteriormente debemos contabilizar la cantidad de pernos de sujeción, así
como revisar su estado, es decir que no presentan corrosión ni tampoco tengan
daños en sus hilos.
Chequear que la superficie donde se instalará el aislador deberá estar
nivelada para que los pernos puedan anclase correctamente.
Calificar y proveer al personal de las herramientas específicas para el
ensamble delos pernos.
3.18. Aisladores sísmicos: montaje
Previamente revisado el armado y encontrado de los plintos, se procede a
fundir dichos plintos embebiéndola plantillas de sujeción del aislador.
En esta etapa se necesita bastante precisión ya que la cantidad de hierro que
va en la base es bastante denso, se deberá tener sumo cuidado de hacer calzar la
plantilla con los manguitos y revisar que quede libre el paso de los pernos auxiliares
que serán ensamblados días después del hormigonado.
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Se deberá supervisar que la plantilla quede bien nivelada, para acceder
posteriormente a instalar los pernos auxiliares; recomienda utilizar un grout de alta
resistencia y fluidez, libre de retracción.
El ajuste se lo realizara en tres partes, ejerciendo en la primera el
enroscamiento de 30% del recorrido total, en la segunda se llegara al 60% y concluir
en la tercera y última etapa con el 100%.
La instalación de un aislador como se puede apreciar a primera vista, es un
trabajo simple y sencillo lo que si precisa es de una máxima planificación. Podemos
ver una secuencia de cómo se instala un aislador en el Anexo Nº 1.
3.19. Especificaciones técnicas de un aislador elastómero LRB con
núcleo de plomo
Cada aislador cumple una función que la determina el cálculo estructural y
son armados a la medida, basados en los requerimientos del cliente.
Ejemplarizando el caso de un aislador con centro de plomo está conformado
por:
Caucho de neopreno y natural especial vulcanizado de alta calidad según
norma ASSHTO.
Placas interiores de acero norma ASTM A36.
Normas NEVI-12.
Fabricado bajo estándares de calidad ISO 9001:2015.
46
PRUEBA VALOR UNIDADES METODO DE
ENSAYO
Espectroscopia Neopreno Espectro FT-IR ASTM D3677-10
Dureza de
identacion
65±5* Shore A ASTM D2240
Carga de rotura
˃ 190
45 a 65
≥425
Kgs/cm2
ASTMD 412
Alargamiento a
rotura
56 a 65
≥350
66 a 75
≥300
%
ASTM D 412
Adherencia caucho-
acero
≥11.8 N/mm ASTM D429
Mtetodo B
Resistencia al
desgarramiento
≥32 kNm ASTM D624
(Molde C)
Resistencia a baja
temperatura
-30 °C ASTM D 1329
Resistencia al
ozono
Sin grietas
ASTM D 1149
(D518 metodo A)
100ppmo (100 hrs
a 38°C
Figura 3.4: especificaciones térmicas del neopreno
Fuente: http://cauchosvikingo.com
47
Limite elástico(MPA) 250
Resistencia a la atracción (MPA) 390
Alargamiento minimo 200 mm (%) 20
Alargamiento minimo 50 mm (%) 23
Figura 3.5: Características técnicas de Acero A36.
Fuente: http://cauchosvikingo.com.
3.20. Proveedores de aisladores sísmicos en el mundo
Existen varias empresas que proveen de estos dispositivos, así tenemos:
Japón (Bridgestone), Inglaterra (Andre), Nueva Zelanda (Akellerup-oiles),
Estados Unidos (Dis) y en Chile (Vulco y Sirve).
3.21. Suelos de Guayaquil
En nuestra ciudad antes existieron manglares, al igual que esteros; pero hoy
en estos mismos sitios, se han construidos viviendas e innumerables edificios.
Por ejemplo en el centro y sur de Guayaquil se asientan edificaciones sobre
suelos compuestos de arcilla, limo y arena, es decir este sector no es ideal para
construir, a no ser que se proyecte una buena cimentación.
Según los geólogos existen sectores en que se han encontrado capas ó
estratos de material arcilloso y sedimentario, que pueden llegar a 30, 40 y hasta 100
metros de profundidad (Paredes Giannellal, Diario El Universo., 2016).
Cabe indicar que la urbe se encuentra asentada sobre tres dominios
geomorfológicos (d6) y lleva a preocupación el sector comprendido entre los cerros
el Carmen y Santa Ana al sur y al sur-oeste incluyendo Urdesa, en donde se afirma
48
que Guayaquil está asentado sobre tierras arcillosas; siendo este sector el primer
dominio geomorfológico, lo que preocupa a geólogos.
El segundo domino geomorfológico está en la cuenca del Guayas hacia el
noreste, lo que comprende la ciudadela Atarazana llegando al borde oeste de Daule
y todo el sector de la Puntilla pasando por Pascuales.
El tercer dominio geomorfológico está ubicado por la cordillera Chongón –
Colonche, que es un sector de lomas y que contiene rocas de mayor dureza en su
subsuelo y que tienen las condiciones para soportar cualquier tipo de cimentación
de estructuras. Los suelos arenosos y saturados cabe indicar que amplifican las
ondas sísmicas, ya que este tipo de suelos entra en estado de licuefacción en caso
de que se presente un movimiento telúrico.
Hay que tener mucho cuidado con los suelos blandos; pero en Guayaquil en
la vía a la costa se presentan suelos de origen rocoso. En el resto de la ciudad, así
como el área de la Puntilla se necesitará de un buen pilotaje para poder construir
edificios altos. Pero adicionalmente se presenta otro problema lo cual lo constituye la
informalidad constructiva lo que es muy común nuestra ciudad, a lo referente que la
operatividad de ejecución de obras civiles esté realizadas por maestros de obras.
3.22. Edificaciones existentes en Guayaquil
Por la ubicación de nuestra ciudad no solo que es vulnerable a un sismo, sino
como se indicaba anteriormente también por sus tipos de suelo y además por las
construcciones existentes que presentan deterioros por vetustez y por presenciar la
modalidad mixta en función de elementos estructurales confeccionados en Madera.
49
En el centro de nuestra ciudad las edificaciones se visualizan y predominan
cientos de viviendas de carácter mixtas. Existen también templos como la catedral
de la ciudad y la iglesia de La Merced las mismas que no fueron construidas con
técnicas sismos resistentes, entre otras edificaciones se encuentran entre las más
vulnerables.
En esta zona céntrica presentan suelos suaves y de arcilla blanca, para
construir pequeños edificios; siendo este sector bancario y comercial se ubican
edificaciones altas.
Los suelos en el sector norte son duros, apropiados para construcciones
altas.
El proyecto radius (por sus siglas en inglés, herramienta de estimación de
riesgos y desastres sísmicos) recreo las posibles consecuencias y evaluó las
edificaciones, por su ubicación, por su sistema constructivo (las diferentes
modalidades constructivas), por el porcentaje de daño según su valor, sus
debilidades y fortalezas (RADIUS, 1999).
En el sismo de magnitud 7.8 en la escala de Richter que se presentó en
nuestro país el sábado 16 de abril de 2016, en donde las ondas sísmicas llegaron a
la ciudad colapsando un viaducto, 20 viviendas, 243 edificios y dejando casas con
afectaciones parciales; deja evidencia de la catástrofe advertida en caso de sufrir un
sismo de esa magnitud en nuestra localidad. (Diario El Universo, Abril 2016)
La mayoría de las edificaciones con daños se encuentran ubicadas en el
centro de la ciudad, donde existen suelos muy blandos y ante la llegada de las
ondas sísmicas se presenta un efecto de amplificación dinámica de las mismas que
aumentan sus vibraciones, las edificaciones localizadas en sur y cierta parte de
sector de la Kennedy Norte, resultarían ser las más afectadas en nuestra ciudad
50
ante una vibración sísmica de 1 a 1,5 segundos ó más. (Paredes Giannella, El
universo, Abril 2016, geologia de los suelos de Guayaquil).
Siendo esta información un causal para tomar medidas de re-estructuramiento
de las edificaciones mixtas de uso residencial y de algunas públicas y promover el
aditamento de los aisladores sísmicos en las futuras edificaciones de realce, además
como medida visionaria deberían las entidades estatales impulsar un plan de rescate
de la vivienda nacional.
Es notorio que nuestro Guayaquil presenta antecedentes de preocupación
constructiva ante una directa afectación telúrica, visando los siguientes puntos:
a) El riesgo humano latente por la tipología de las estructuras.
b) Inestabilidad de las edificaciones por la Amenaza sísmica.
c) Susceptibilidad e inestabilidad de los suelos por el efecto de licuefacción
acelerada por sismicidad.
3.23. Guayaquil y la aislación sísmica
Existen terremotos de mayor intensidad del que se presenció y del que resulto
afecto en nuestro país, Guayaquil y en especial Manabí, comprobándose por lo
sucedido que ante la fuerza de la naturaleza no existe un remedio ciento por ciento
efectivo; pero el crecimiento tecnológico que surge en las diferentes ciencias y en lo
particular a lo relativo a la ingeniería civil en el vislumbramiento de los aisladores
sísmicos, se plantea una solución para mitigar tal evento.
Y dado el esfuerzo por contar cada día con nuevas técnicas y tecnologías
constructivas que disminuyan el sacudón de la tierra, en nuestro país se ha
comenzado a utilizar aisladores sísmicos, que los importaron de Estados Unidos;
tanto así que en el puente Los Caras ubicado en Bahía de Caraquéz ( Manabí ), se
51
empleó este sistema que fueron importados de Estados Unidos y que se los instaló
entre las bases del puente ( pilas ) que se encuentran sobre el agua y la vía por
donde circulan los vehículos, como medida de prevención ante lo referido por los
estudios constructivos, en que se expresó que: “ el puente estuvo sometido a
aceleraciones pico en los estratos superiores del suelo con el 35% de la Gravedad.
Un diseño convencional no hubiera resistido a esa fuerza” (Marcelo Romero, 2016).
El puente resistió y lo más importante es que siguieron fluyendo las
comunicaciones en la zona afectada y fue posible la transportación de voluntarios y
ayudas.
Las edificaciones diseñadas tradicionalmente como cualquier otra fue
diseñada para que no colapsen, pero en su interior se presentan daños en su
contenido y peor aún en su operatividad; dando paso otras alternativas de diseño
estructural, así de esta manera podemos ver que en otros países que sufrieron algún
terremoto se prepararon muy conscientemente y emplearon estas técnicas de
aislación sísmica.
Por lo avizoramientos ya comprobado por los excelentes resultados obtenidos
de los aisladores, se ha mostrados que puede reducir entre 6 y 8 veces el
movimiento.
Estos dispositivos que están en auge en el extranjero, en nuestra ciudad
Guayaquil y en general en Ecuador recién se los está empleando; ya que este tipo
de aisladores se los puede utilizar en diversas edificaciones de aglutinación de
muchas personas, se los prioriza para adicionarlos en edificios no muy altos.
52
En nuestra ciudad, Guayaquil, ya se está empleando estos aisladores en la
ejecución constructiva gestionada por la empresa constructora Construdipro en una
edificación de 12 pisos denominado SKY BUILDING; en donde se emplearan 64
LRB (apoyo elastomérico con núcleo de plomo); los mismos que se van instalados
sobre los pisos de estacionamiento para aislar el movimiento del suelo, lo que
proveerá un movimiento suave a la estructura y aún más importante brindará una
protección contra cualquier daño sísmico durante el terremoto (Mageda
internacional, información del proyecto Aerocity 2015).
Como no existe aún un buen volumen de demanda para fabricar estos
dispositivos en nuestra ciudad, ni en nuestro país, estos aisladores sísmicos fueron
solicitados a la empresa suiza Mageba para que los fabricara; por lo que cuenta con
la tecnología apropiada para hacerlo. Con estos dispositivos se busca que el edificio
se mueva a un ritmo diferente que el suelo, de esta manera no se daña y si se afecta
que sea muy poco.
3.24. Costo de la aislación sísmica en el mercado internacional
Los diseñadores, constructores ó inversionistas, cuando requieran utilizar el
aislamiento sísmico de base como una alternativa para construir, se deben
preguntar; ¿Cuánto cuesta? Siendo este un factor de máxima importancia, ya que se
encarece el proyecto entre el 2% y 3%, estimándose que estos costos de porcentaje
dependen del tipo de sistema de protección sísmica que se va a instalar;
considerándose también las características y requisito del proyecto, entre otras
cosas que deben de ser analizadas para cada proyecto en particular. Dicho
porcentaje descrito incluye:
Los costos de los aisladores y su mantenimiento e inspección, aunque esto
dispositivos cumplen con una garantía de 15 años.
53
Los aisladores en el mercado internacional tienen precios de acuerdo a su
tamaño, así por ejemplo un aislador de 60cms. tiene un valor de US. $ 5000 y un
aislador de 150cms tiene un precio estimado de US. $60.000; en todo caso el precio
depende de la exigencia del proyecto. Como en nuestra ciudad no contamos con la
tecnología para fabricar estos dispositivos y tampoco existe un volumen de
demanda, necesariamente hay que importarlos, por esto es necesario tener plazos
de entrega para que estos estén en el proyecto con tiempo y así no retrasar los
cronogramas de avance de obra, para no encarecer al proyecto.
Para el acondicionamiento de la aislación sísmica para la edificación SKY
BUILDING del proyecto del complejo habitacional Aerocity, ubicado en los
alrededores del aeropuerto José Joaquín de Olmedo; fue necesario importar desde
Suiza los 64 LASTO LRB (apoyos elastoméricos con núcleo de plomo) y los 44
RESTON SPHERICAL (deslizadores sísmicos).
En esta edificación todo el sistema de aislamiento sísmico costo el 3% del
total del proyecto que asciende a $30’000.000, si el valor del sistema se lo divide
por metro cuadrado es algo mínimo; pero si se tiene en consideración que una
edificación con una base de aislación sísmica es por lo menos 5 veces más segura
que una estructura que se encuentra fija al suelo, es una remuneración factible.
Existen alrededor del mundo más de 8.000 estructuras que utilizan este
sistema en los cuales se incluyen puentes y otros tipos de obra de ingeniería.
Para un mejor compresión de los costos constructivos con aisladores, cito a
continuación, lo expresado a lo relacionado a dicha teoría y adjunto un ejemplo de
presupuesto de la tesis “Aislación Sísmica del Edificio Vanguardia de 7 pisos
54
En la magnitud de los costos económicos influyen varios factores la magnitud
del evento, su duración, el número de réplicas; características propias del sismo y
existen también la relacionadas directamente con la construcción: los materiales
utilizados, la geometría estructural, la presencia de un diseño sismo-resistente y
finalmente características de la sociedad en particular como ser la concentración de
población, cantidad de edificaciones, y la economía propia del país. Como se puede
apreciar por las múltiples variables presentes es un tema bastante complejo, por lo
cual adquiere importancia las diferentes tendencias y elementos que se puedan
implementar para la reducción de los posibles costos, porque para que se produzca
un desastre, además de la acción de la naturaleza, debe ir asociada a la
vulnerabilidad generada por el hombre.
Es evidente que los costos económicos son consecuencia de diferentes tipos
de daños que produce el sismo y para poder facilitar la comprensión de la
calificación de daños, se indica el significado que se da a los términos de efectos
directos, indirectos y secundarios.
Daños directos, se refieren a las perdidas de todo tipo (parciales o totales,
recuperables o no) en los acervos de capital fijo, inversiones e inventarios, de
producción terminada o en proceso, de materias primas, maquinaria y repuestos.
Específicamente para nuestro particular caso de estudio el daño directo se
refiere a la destrucción física, ya sea completa o parcial, que ocurre durante el
desastre o inmediatamente después, incluyendo los daños a maquinarias, equipos e
instalaciones. Es evidente que el costo de reposición de ese mismo acervo, incluso
sin mejoras, será mayor y el valor de la reconstrucción puede tener grandes
variaciones respecto de la magnitud inicial del daño directo.
55
La aplicación de este tipo daño está directamente ligada a los costos
indirectos de una estructura.
Daños indirectos. Se refieren a la afectación de los flujos, tanto de bienes
como de servicios, que no serán producidos o prestados como consecuencia del
desastre, a partir del mismo y durante un periodo posterior que puede prolongarse
por semanas, meses o años, dependiendo de las características del evento.
Los daños indirectos se miden en términos monetarios, no físicos, incluyendo,
por ejemplo:
Los gastos de operación mayores, como consecuencia de la
destrucción física de infraestructura, y por el incremento en los costos de la
actividad o el servicio.
Costos adicionales generados en cualquier sector debido a la
necesidad de usar medios alternos para su provisión.
Pérdidas de ingreso como resultado de la falta de suministro de
servicios básicos.
Pérdidas de ingreso personal, en el caso de individuos que perdieron
empleos.
Pérdidas de producción o ingresos en actividades de cadenas
productivas
Las inversiones extraordinarias destinadas a responder a las
necesidades de relocalización de actividades, patrimonio o asentamientos.
El lucro cesante originado por los periodos de clausura de los edificios
dañados y de su posterior reparación, y el deterioro del valor comercial de los
edificios dañados.
56
Los efectos monetarios del daño indirecto se consideran dentro de los costos
indirectos de una estructura, para el caso particular de estudio se considera el lucro
cesante.
La suma de los daños directos e indirectos representa el total, en términos
materiales y Monetarios, del efecto del terremoto. Se deben evaluar con cautela las
consecuencias de un desastre para incluir ambos tipos de daño en la estimaciones,
dado que con frecuencia los daños indirectos pueden ser equivalentes o superiores
al valor monetario de los daños directos; y son estos daños indirectos los que
producen los efectos secundarios de alteración o debilitamiento de la economía,
impidiendo que pueda enfrentar por sí sola los requerimientos de rehabilitación y
reconstrucción; y por lo general no son tan considerados en la evaluaciones que se
realizan de los proyectos.
Efectos secundarios se refieren al impacto del desastre en el comportamiento
global de la economía afectada, medido a través de las variables macroeconómicas
de mayor significación. La estimación de cambios en estas variables, hecha a partir
del valor de los daños totales, tanto directos como indirectos, no se suma
matemáticamente estos.
En Chile tenemos la experiencia del edificio de la Comunidad Andalucía el
cual fue construido en 1992 y significó un costo adicional de aproximadamente el
5%, el Hospital Clínico UC significo una inversión el año 2001 de aproximadamente
US$ 115/m2 y el año 2002 la construcción del Edificio de la Facultad de Ingeniería
de la Universidad Católica significó US$ 125/m2, valores que son levemente
superiores que su similar convencional. Existen países como Japón o China que
reducen los costos directos debido a que consideran los esfuerzos reales que tiene
57
la estructura aislada, como ejemplo tenemos un edificio en base a marcos de 8 pisos
construido en la cuidad de Shantou (Sur de China) en donde el costo del edificio
convencional fue de US$ 807/m2 y el caso aislado de US$ 715/m2, lo que significa
una reducción del 11% para el caso aislado, otro edificio de 6 pisos a base de
muros ubicado en la ciudad de Xichang (Oeste de China) involucro un costo de US$
650/m2 el caso convencional y su similar aislado un costo de US$ 527/m2, que
corresponde a una reducción del 19% para el caso aislado.
A continuación se presenta el cuadro comparativo del presupuesto del edificio
Vanguardia, ubicado en Chile, en función de la modalidad tradicional y de la
modalidad de asilamiento sísmico; además de una breve comparación en afectación
por diferentes costos de improvistos por siniestros.
Finalizando este capítulo con una breve deducción personal, referente al
presupuesto del Edificio SKY BUILDING, estructura integrante del proyecto
AEROCITY; este edificio fue edificado por la constructora Construdipro.
Aclaro que es una deducción personal, debido a que dicha constructora no
me ha facilitado los costos de inversión constructiva; y pues acogido a la conclusión
de los expertos en construcción sísmica, que indican que los costos de los
aisladores sísmicos representan el antes mencionado porcentaje del rango del 5 –
10%.
58
Figura 3.6: Cuadro comparativo de costos constructivos del Edificio Vanguardia
Fuente: Universidad de California San Diego
59
Figura 3.7: Cuadro comparativo de costos debido a daño estructural
Fuente: Universidad de California San Diego
Figura 3.8: Costo de los aisladores en el Edificio. Sky Buildig.
Fuente: constudipro.com
60
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Después de haber leído artículos, libros, comentarios y apreciar el ejemplo
real de un edificio que cuenta con aisladores sísmicos de base, se presentan varias
conclusiones.
Como en nuestra ciudad recién se está utilizando en referencia a estos
dispositivos se indican algunas recomendaciones, observándose la relevancia de
aisladores sísmicos e inclusive de otros sistemas semejantes para proporcionar una
solución que contrarreste de una mejor manera la acción sísmica, van de la mano
con la actualización de la norma ecuatoriana de la construcción.
4.1. Conclusiones
El empleo del sistema de aislación sísmica de base permite mejorar el
comportamiento de la estructura ante un movimiento telúrico.
Una edificación aislada es mucho más segura que una edificación
convencional lo menos 5 veces más, ya que los esfuerzos que se presentan durante
un evento sísmico son de 6 a 8 veces menores.
La utilización de aisladores sísmico en las edificaciones, aumentan los costos
de construcción en un rango del 2% al 3%; estimándose tales gastos como una
inversión segura a largo plazo, en post mejorar el comportamiento de la edificación
durante un sismo, es decir que la edificación desarrollará un ritmo diferente al del
suelo.
61
Lográndose que la vibración telúrica del suelo no afecte a la edificación y si lo
hace que lo disipe en lo mínimo posible, mientras tanto los habitantes del edificio
tienen una sensación de total seguridad.
Este sistema como amortigua el movimiento sísmico actuante en la
edificación en caso de un terremoto y al estar desacoplada la estructura del suelo
permite que la aceleración sísmica se transfiera totalmente y desvanece la parcial en
un mínimo; de esta manera la estructura estará menos propensa a esfuerzos
externos, por ende, requerirá menos refuerzo, con esto se lograra reducir la cantidad
de concreto así como la cantidad de acero, en otras palabras se reducen las
dimensiones de ciertos elementos estructurales.
Proteger o diseñar una estructura mediante los aisladores, significa no solo
que tenga un buen desempeño en la conservación de la vida, sino que se busca
reducir el daño de la estructura; así como de su contenido y que este permanezca
operativo después del evento sísmico.
El uso de estos aisladores de base se puede dar a pensar que en la
edificación se encarecerá, pero la seguridad que proporcionan no tienen valor. Esta
técnica es relativamente nueva y que su uso, se generalizara alrededor del mundo,
siendo asi tanto los fabricantes como los distribuidores aumenten sus ventas lo que
implica que bajaran de precio.
62
4.2. Recomendaciones
La aislación sísmica de base está en auge alrededor del mundo entero y
nuestro país no puede esperar otro terremoto para recién acogerse a tal inventiva.
Ecuador frente a tal aporte de estructural tecnológica debería incrementar la
utilización de estos sistemas, no solo como una protección extra en las estructuras
sino promover su aplicación para salvaguardar los bienes públicos y las vidas
humanas en riesgo.
Debería fomentarse una cultura de prevención sísmica que involucrar a todos
los sectores que estén relacionados al ámbito de la construcción.
Concientizar a la colectividad en dejar la edificación de obras a los
profesionales civiles y no confiarse de la experiencia empírica de los maestros de
obra y regentar las obras civiles para correcta modelación constructiva edificable; de
esta manera todos nos acogeríamos en futuro seguro.
Es fundamental seguir realizando trabajos sobre este tema, ya que la
aislación sísmica al ser empleada en edificios de altura media, pero de gran área,
tales como hospitales, clínicas, museos, complejos multifamiliares constituidos de 15
pisos y edificaciones públicas en las que día a día los frecuentan muchas personas;
que representan un alto riesgo de pérdida irrecuperable, resguardando el valor
humano.
La misión de aplicar estos sistemas de aislación sísmica de base genera una
mejor solución para proteger los edificios.
63
La actualización de las normas ecuatorianas de la construcción, NEC, y la
impulsión de talleres conferenciados para transmitir el correcto proceso del cálculo
estructural en función del cortante basal y de la acción sísmica es una necesidad
primordial, para dotar del manejo de software a todos los profesionales relacionados
con la construcción civil en miras de ejecutar diseños veraces y confiables en lo que
respeta al modelado de estructuras.
El diseño sísmico así como la sísmica y la sismología contemplan el cálculo
estructural como instrucción de tercer nivel competente a los profesionales de la
construcción en las principales universidades del mundo, empero el adiestramiento
de los soportes informáticos es muy sumiso y fugaz en el medio educativo local; en
nuestro país estando ubicado en una zona altamente sísmica debería trasmitirse a
cabalidad tales conocimientos y en general direccionarlas a todas las ciencias los
software aplicables a cada una de ellas; y de esta manera realzar la educación
superior en un status socio-cultural hasta llegar a asemejarse a los países de primer
mundo.
64
ANEXOS
Anexos
Nº1 Registro Fotográfico.
F
Figura 4 .1: Existencia de junta de separación de 10 cm. entre edificaciones.
Figura 4 .2:Junta de separación de 8 cms. entre edificaciones.
Figura 4 .3: Aquí no existe junta de separación y
podemos ver las consecuencias.
Figura 4 .4: Traslado en grúa de un aislador.
Figura 4 .5:Bajada de la grúa, con apoyo de obreros.
Figura 4 .6:Colocación de tuercas y anillos de presión.
Figura 4 .7: Ajuste con el torquìmetro.
Figura 4.8: Acarreo de la placa de anclaje.
Figura 4. 9: Ubicación de la placa de anclaje.
Figura 4 .10: Se aprecian los conectores de cortante en la placa.
Figura 4 .11: Ajuste de los manguitos de fijación.
Figura 4 .12: Limpieza del aislador.
Figura 4 .13: Ajuste de los manguitos de fijación con el torquimetro.
Fuente: (construdipro.com)
Figura 4 .14:Otra vista de la fijación con el torquimetro.
Fuente: (construdipro.com)
Figura 4 .15: El aislador debe de quedar nivelado.
Figura 4 .16: Verificación de la instalación del aislador.
Figura 4 .17: Protección de los aisladores.
Figura 4 .18: Vista panorámica de la instalación de los aisladores.
Figura 4 19: Fundación de la superestructura.
Figura 4 20: Terminación de la instalación del sistema.
Figura 4 .21: Propiedades de los Aisladores.
Fuente: http://cdvperu.com/wp-content/uploads/2016/03/CATALOGO-DIS.pdf
.
Figura 4 .22:Propiedades de los Aisladores.
BIBLIOGRAFÍA
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En: BuRBAT, A.; L. AGUIAR, eds. Ingeniería de estructuras.
CHAPRA,S.; R. CANALE. 1988. Métodos numéricos para ingenieros con
aplicaciones en computadores personales.
DE LA LLERA, J.C.; J. INAUDI. 1998. Análisis y Diseño de Sistemas de Aislación
Sísmica y Disipación de Energía. Sirve 98. Pontificia Universidad Católica de
Chile.
GUTIÉRREZ, A.1998. Prediseño Sísmico de Edificios con Métodos de Aproximación
Global. Santiago. Tesis Universidad de Chile.
MATHEWS J., D. KURTIS. 1999. Métodos Numéricos con Matlab. 3ª Edición.
RUIZ, P. 1974. Dinámica de Estructuras. Santiago. Escuela de Ingeniería Pontificia
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ORDOÑEZ, D. 1996. Estudio comparativo de la respuesta estructural inelástica de
edificios sismorresistentes con aislamiento de base. Tesis Mag. Ing. Sísmico
y Dinámica Estructural. Universidad Politécnica de Cataluña. 58p.
PELDOZA, E. 2002. Análisis computacional no lineal de estructuras de acero,
incorporando aisladores sísmicos de comportamiento lineal y no lineal en su
base, Tesis Ing. Civil en Obras Civiles. Universidad Austral de Chile.90p.
Presidencia
de la República
del Ecuador
AUTOR/ES: REVISORES:
Ing. Alex Jordan Romero, M.Sc.
Rodrigo Monserrate Parrales Chiquito Arq. Kerly Fun Sang Robinson, M.Sc.
Ing. Hugo Mina Marrett, M.Sc.
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: De Ciencias Matematicas y Fisicas
CARRERA: Ingenieria civil
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2016 Nº DE PÁGS: 63
ÁREAS TEMÁTICAS:
<APLICACIÓN DE AISLADORES SISMICOS>
PALABRAS CLAVE:
APLICACIÓN - CIMENTACION- AISLADORES
RESUMEN:
N. DE REGISTRO (en base de datos): Nº. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTOS PDF: SI NO
CONTACTOS CON AUTOR/ES: Teléfono: 980206511
CONTACTO EN LA Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
INSTITUCIÒN: Telèfono: 2-283348
Quito: Av. Whymper E7-37 y Alpallana, edificio Delfos, teléfonos (593-2) 2505660/ 1: y en la
Av. 9 de octubre 624 y Carrión, edificio Prometeo, teléfonos: 2569898/9, Fax: (593 2) 250-9054
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGIA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
Innovacion y saberes
º
1
Este trabajo se elaboro ante la necesidad de aplicar nuevos sistemas para la proteccion de nuestros nuevos edificios, tanto su estructura asi como su contenido. Esta aplicacion consiste en instalar dispositivos de elastomerico y acero en placas alternas perfectamente vulcanizadas que tienen un desplazamiento vertical ante la presencia de un terremoto para de esta manera disipar la energia liberada durante el sismo. Este trabajo cuenta con 4 capitulos que son: Introduccion, Marco Teorico, Metodologia y Conclusiones y Recomendaciones.El presente trabajo se realizo con informacion obtenido de otros Paises que han sufrido terremotos y que ya se emplean estos sistemas. Asi como del edificio "Sky Building" ubicada en la Ciudad, en el que se utiliza este sistema de aislacion sismico de base. Estos sitemas de proteccion sismico, proporcionan una seguridad de 5 veces que un edificio con diseño convencional y los esfuerzos producidos por el sismo son del orden de 6 a 8 veces mas pequeños que los de una estructura empotrada al suelo. Este sistema, recien se comienza a utilizar en nuestro pais y tanto en la empresa privada como publica se anuncian nuevas edificaciones con este sistema, el cual a tenido mucho excito en otros paises permitiendo la proteccion de la vida asi como su operativilidad durante la ocurrencia de un terremoto
X
Aplicacion de aisladores sismicos en la cimentacion de edificio en la Ciudad de Guayaquil
TÍTULO Y SUBTÍTULO
E-mail:
Generales de Ingenieria Aplicacion aisladores sismicos cimentacion
APLICACION - AISLADORES SISMICOS - CIMENTACIONEDIFICIO
