AISLADORES SISMICOS

Expositor:Ing. Luyo Renee Letona Quispe

CONCEPTO DE AISLACIÓN SÍSMICALa aislación sísmica consiste en desacoplar la estructura de lasub-estructura por lo que se utilizan los dispositivos llamadosaisladores que se ubican estratégicamente en partes especificasde la estructura, los cuales, en un evento sísmico, proveen a laestructura la suficiente flexibilidad para diferenciar la mayorcantidad posible el periodo natural de la estructura con elperiodo natural del sismo, evitando que se produzca resonancia,lo cual podría provocar daños severos o el colapso de laestructura.

ORÍGENES DEL AISLAMIENTO SÍSMICOTemplo de Artemisa – Éfeso – Siglo VI a. C.

Cimentación con capas de piedra caliza pulida sin ningún mortero

Tumba de Ciro – Pasargada – 528 a.C.

Capas de Ortostatos–Arquitectura Clásica Griega

Capa de piedras planas pequeñas sobre el suelo para absorber el primer choque delsismo Sobre ellas, capas de piedras grandes, que formaban la cimentación de losmuros

CASA AL NORTE DE IRAN

Cimentación compuesta por capas entrecruzadas de troncos de madera,queruedan una sobre la otra en caso de sismo

(CASA AL NORTE DE IRAN)

1870 - Jules TuaillonSistema de cojinetes de bolas entre el cimiento y la estructura

1906–Jakob BechtoldJunta con esferas metálicas

1911–Domenico LodàPropuesta de apoyo que impide la transmisión de movimientos sísmicos

1909–Johannes Calantarients – Doctor en Scarborough, InglaterraPlanteaba que un edificio podia construirse en un país sísmico contotal seguridad si se hacía una junta rellena de un material fino entrela base de la estructura y el suelo.Esto haría que las fuerzas horizontales transmitidas a la estructura sereduzcan.

Ventajas del sistema:1.Menor Diseño2.Menor necesidad de reparación3.Mayor durabilidad4.Menor perturbación y daño de contenido5.Mayor sentido de seguridad personal6.Menor riesgo de colapso estructural7.Menor riesgo de incendio o interrupciónde servicios de gas o agua8.Ahorro en pagos de seguros

1969 – Escuela Pestalozzi – Skopje, Yugoslavia

Primer edificio aislado con bloques de goma

1969 – Escuela Pestalozzi – Skopje , Yugoslavia

Cortes y elevaciones de los aisladores

Bloques de goma de 70x70x35cm. →Capas de 7cm. Sin refuerzoRigidez vertical similar a la horizontal →Alta deformabilidadEstos fueron Reemplazados en el 2007 como se ve en la figura derecha.

Reemplazo de aisladores de Escuela Pestalozzi – Skopje , YugoslaviaAño 2007

1970–Japón:Desarrollo de aisladores elastoméricos reforzados con acero (SREI)Se vulcanizan intercaladas capas de goma y acero para aumentar la rigidez vertical1978–NuevaZelanda:Viaducto Toe-Toe–Primera estructura con aisladores con capas intercaladas de acero y goma, y núcleo de plomo para disipar energía (LRB)1981–NuevaZelanda:Edificio William Clayton – Primer edificio aislado con LRB1984–EstadosUnidos:Foothills Communities Lawand Justice CenterLos Angeles County Fire Command and Control FacilityEdificios con aisladores de goma1986–SEAOC-“Tentative Seismic Isolation Design Requirements”Diseño con métodos elásticos1990–SEAOC-Apéndice-“General Requirements for the Designand Construction of SeismicIsolated Structures”Posteriores revisions y actualizaciones-SEAOC1996, UBC1994,UBC1997Diseño basado en análisis dinámico

Aislamiento Sísmico en la ActualidadNúmero de edificios aislados en Japón (1985-2000):

Fuente:Korswagen,

Terremoto de Kobe

Aislamiento Sísmico en Estados Unidos:1994-Terremoto de Northridge – 5 edificios aislados1998 – 40 Edificios Aislados

Hospital Olive View–Base Fija HospitalUSC–AislamientoBasal(Aisladores elastoméricos)

Edificio San Agustín Nuevo Hospital Militar

Aislamiento Sísmico en la ActualidadAislamiento Sísmico en Chile:

Aislamiento Sísmico en la ActualidadAislamiento Sísmico en Chile:

Edificio Marina Paihue

Muelle Puerto Coronel Viaducto Marga-Marga

Aislamiento Sísmico en la ActualidadAislamiento Sísmico en Chile:

Aislamiento Sísmico

Se introduce elementos de apoyo de alta flexibilidad horizontal y baja resistenciaSe aísla la estructura del movimiento del sueloSe evitan deformaciones excesivas en la estructuraDesarrollo de dispositivos confiables con gran capacidad de deformación

-La flexibilización se lograintroduciendo un aislador entrela cimentación y lasuperestructura-Filtra el movimiento aislando laestructura del suelo-La deformación se concentraen la interfase-La superestructura secomporta prácticamente comobloque rígido-Se transmiten bajos esfuerzoscortantes a la superestructura-Se reducen los daños deelementos estructurales y noestructurales

Aislamiento Sísmico

Aislamiento SísmicoPrincipios de Aislación:-Flexibilización:-Alargamiento del período-Menor energía entregada por el sismo sin aumentar las deformaciones de la superestructura

Aisladores Elastoméricos

Goma cruda:Fluye deforma irrecuperable bajo cargaSe cristaliza a bajas temperaturasPegajosa y blanda a altas temperaturasVulcanización:Se vuelve un material elásticoEstable sobre un amplio rango de temperaturasNo fluye bajo carga

Aislador de base elastomérico:Razón de amortiguamiento de 2 a 15%

Aislador de base elastomérico con núcleo de Plomo–(LRB):Razón de amortiguamiento de 15 a 30%R-FBI–Aislador elastomérico + AisladorfriccionalPRRB–Aislador de anillos deslizantesde acero que disipan energía porfricción, y un núcleo central de gomaTASS–Variación del PRRB, que ademásdel núcleo central de goma poseeanillos concéntricos adicionales

Aisladores Elastoméricos

Diseño de aisladores elastoméricos:1. Escoger período efectivo que se quiere llevar la estructura2. Determinar rigidez lateral efectiva del aislador3. Corregir e iterar con el paso anterior hasta converger a la deformación de diseño4. Determinar el valor de asociado a la deformación del paso 3, y determiner la altura de goma5. Diseñar placas intermedias de acero para resistir en forma elástica la carga vertical6. Verificar condiciones límites de deformación, volcamiento y pandeo7. Verificar el diseño para un conjunto de registros usando una representación adecuadade la curva de histéresis del aislador. Si hubiera alguna deficiencia, volver al paso 4

Aisladores Friccionales

No resbala → Base fijaResbala →Aislamiento perfectoDisipación de energía por trabajo realizado por la fuerza de fricciónNo hay fuerza restitutivaEl coeficiente de fricción depende de la velocidad y presión de contacto

Aisladores FriccionalesVentajas:1. Separación entre sistemas de transmission de carga vertical y Resistencia lateral2. Posibilidad de limitar el corte basal máximo de la estructura a un valor preciso3. Simplicidad y bajo costo del mecanismo de disipación4. Independencia entre el efecto de aislación y la altura del dispositivo (Ideal espara estructuras livianas)Desventajas:1. Control de las fuerzas normales en la interfase de aislación2. Necesidad de proveer un mecanismo paralelo de restitución3. Incertidumbre en la variación del coeficiente de fricción con el envejecimiento, abrasion y uso

PénduloFriccional-FPS

Aisladores Friccionales

Superficie deslizante de teflón

Nucleo para disipación de enrgia

Capas de caucho y acero

Placa de soporte de acero

Aislador deslizante

Función deslizante

Los deslizadores soportan cargas verticales y tienen una baja resistencia lateral. Se utilizan típicamente

junto con los aisladores y permiten que el diseñador optimice el rendimiento del sistema de

aislamiento. En algunas aplicaciones se colocan en las partes menos pesadas de la estructura, tales

como escaleras y columnas de poca carga. El soporte elastomérico se utiliza para acomodar las

rotaciones en la estructura. Un beneficio adicional de los deslizadores es que proporcionan

amortiguamiento por fricción por deslizamiento.

Ubicación de los Aisladores

Ubicación de los Aisladores

protección contra incendios se necesita para los aisladores sísmicos

La protección contra incendios está determinada por los requerimientos de

protección al fuego para el área, mas no por los materiales del que está fabricado

el aislador. Cuando los aisladores se encuentran en áreas de la estructura sin riesgo

de incendios, no se requiere protección contra incendios. Cuando se ha requerido

de protección contra incendios, entonces se han utilizado rociadores,

pulverizadores de fibra mineral, mantas ignífugas y cajas cortafuego

GRACIAS