Uso de Aisladores Sismicos - Jorge Rendon

El Aislamiento Sísmico de Estructuras

Ing. Jorge Rendón

jorgrendon@gmail.com

Octubre/09

Su Aplicación en Colombia

Jorge Alberto Rendón Ospina

-Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 1992.

-Especialización en Estructuras. Building Research Institute, Japón. 1998.

-Curso en Diseño Estructural. Instituto de Ingeniería Sísmica IZIIS, Macedonia. 2000.

-Miembro del Comité ACI440, Reforzamiento de Estructuras con Materiales Compuestos FRP.

-Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A desde 2001.

-Experiencia de 16 años en Diseño Estructural.

¿Por qué reforzar las estructuras?

1. Aumento de cargas verticales

2. Deterioro (en el tiempo, impacto, incendio, explosión)

3. Errores de diseño o construcción

4. Actualización Sísmica

Actualización Sísmica

Sismo de Armenia (Colombia), 1999

Sismo de Cali (Colombia), 2004

Sistemas de Reforzamiento Estructural

Arriostramientos Metálicos Pantallas en Concreto Reforzado

Encamisados en Concreto Encamisados en Acero

Platinas Metálicas

Adición de Perfiles Metálicos

Contrafuertes Postensionamiento Externo

Materiales Compuestos FRP

Disipadores de Energía

Aislamiento Sísmico

1. Arriostramientos metálicos

2. Pantallas en concreto reforzado

3. Encamisado en concreto reforzado

4. Encamisado metálico

5. Platinas metálicas

6. Adición de perfiles metálicos

7. Contrafuertes

8. Postensionamiento externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA

Dispositivos flexibles colocados en la base para desacoplar a la estructura del movimiento del suelo.

Aislamiento Sísmico de Estructuras

Aislamiento Sísmico:

Sin Aislamiento Con Aislamiento

Sin Aislamiento Sísmico Con Aislamiento Sísmico

movimiento

Sacudida

Severa

V= Sa x W

Período Fundamental de la Estructura (Seg.)

Aceleración Espectral (g)

1 2 30

5% amortiguado

Período estructura aislada

V= Cortante Sísmico

W= Peso del edificio

Período estructura sin aislar

Historia del Aislamiento Sísmico:

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Knossos, 2000 a.c.

Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.)

Capa de arena fina

.Atenas, 400 a.c.

Partenón – Grecia (400 A.C.)

Columna de mármol

Dovela metálica

.Panticapaeum, 400 a.c.

Ponticapéa – Panticapaeum – Grecia Antigua (400 A.C.)

Cimentación

Barras de madera

Toprak Kala, 300 a.c.

Palacio Toprak-Kala – Asia Central - Uzbekistan (300 A.C.)

Mampostería dúctil

Mortero con arcilla y betún

.Chokrak, 300 a.c.

Construcción en Chokrak – Grecia Antigua - Ucrania (30 0 A.C.)

Piedras pequeñas

Piedras medianas

Arcilla (capa gruesa)

.Roma, 70 d.c.

El Coliseo Romano (70 D.C.)

Piedras pequeñasPiedras medianasArcilla (capa gruesa)

Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

Capa de arcilla blanda

Suelo resistente

Terremoto de 1923, Tokio

Intensidad: 8.3

140.000 víctimas

Hotel Imperial de Tokio

El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia

Macedonia

El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

54 aisladores de goma natural, de 70 x 70 cm, 20 cm de alto

Nueva Zelanda

Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo

Plomo disipador de energía

Capas de goma y acero

Platina de montaje

AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 15% DEL CRÍTICO

Edificio de Oficinas – Japón

Aislador de Caucho Natural

Disipador de Acero

Aisladores de caucho natural + Disipador metálico

Edificio de Oficinas – Japón

Edificios sobre rodillos – Japón

Public Works Research Institute – Japón (1998)

Deslizador

TIPOS DE AISLADORES:

Aisladores de goma – Dynamic Isolation Systems (USA)

Platina de montaje

Deslizador de Teflón

Platina de montaje

Ensayo de los Aisladores:

TIPOS DE AISLADORES:

Aislador Triple Péndulo de Fricción

Earthquake Protection Systems (USA)

Guías para Diseño con Aisladores:

Edificios (UBC, IBC, FEMA) Puentes (AASHTO)

Manual de Diseño:

1. Tipo de suelo

Suelo duro Suelo blando

Disipadores

Aisladores más grandes

Período Fundamental de la Estructura (Seg)

Aceleración Espectral (g)

1 2 30

1. Tipo de suelo (Demandas sísmicas)

DBE (Design Basis Earthquake): Sismo de Diseño.

Con una probabilidad del 10% de ser excedido en 50 años. Se espera que ocurra una vez cada 500 años.

MCE (Maximum Credible Earthquake): Sismo Máximo de Diseño.

Con una probabilidad del 2% de ser excedido en 50 años. Se espera que ocurra una vez cada 2500 años.

2. Dimensiones del edificio

H/B < 3

Disipadores

Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

41% de reducción en el cortante

Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton

Cortante sísmico en la base sindisipadores

Cortante sísmico en la base condisipadores

Edificio con disipadores de fluido viscoso Taylor

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia 1999

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia (1999)

3. Ubicación de los aisladores

4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores

2πTD ×=W

K = Rigidez de los aisladores

Dx12D B

TS4πg

Se asume un periodo de 2.5 segundos, por ejemplo

DD = 50 cm

Sismo de Diseño

DM = 75 cm

DL+LL+EQ DL+LL+EQ

Sismo Máximo de Diseño

4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores

5. Tamaño de los aisladores

P1 = DL + 0.5LL

P2 = 0.8DL – EQ

P3= 1.2DL + LL + EQ

5. Tamaño de los aisladores

60 cm 80 cm 110 cm 150 cm

US$5.000 US$60.000

6. Diagrama de histéresis de los aisladores

Ke: Rigidez elástica.

K2: Rigidez de fluencia.

Keff: Rigidez efectiva.

Fy: Fuerza de fluencia.

Kv: Rigidez vertical.

- Análisis Dinámico Modal

- Análisis Time History

7. Modelación en computador

Proyecto de tesis Ing. Civil – Univ. Nacional de Medellín. (2003)

Edif. Los Yarumos – Medellín

Ing. Astrid Pérez – Ing. Esteban Pastrana (aeperez@tifon.unalmed.edu.com)

Aislamiento Sísmico de Estructuras7. Modelación en computador Time History – Sismo de Armenia 1999

8. Verificación del comportamiento del aislador

Deriva de un edificio aislado

IR015.0=∆ 2R I =

%75.0=∆

9. Diseño de los elementos estructurales

COMPARATIVO ENTRE BASE FIJA Y AISLADO:

1. Pobre desempeño estructural.

2. Diseño para un R = 5.

3. Estructura 10% más barata.

4. Se diseña para un sismo promedio.

5. La estructura sufre daño grave.

1. Excelente desempeño estructural.

2. Diseño para un R = 1.

3. Estructura 10% más costosa.

4. Se diseña para el máximo terremoto.

5. La estructura no sufre daño.

HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación

IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.

Rehabilitación Sísmica City Hall - Los Angeles

Construido en 1926, 32 pisos. Rehabilitación terminada en Noviembre de 2001.

508 aisladores y deslizadores Bridgestone.

Plate Jack

Colocación de los aisladores

Ubicación de los aisladores

Detalles especiales en ascensores, tuberías, escaleras

Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

Inaugurados en Junio de 2008

Aisladores de péndulo de fricción de las pilas y estribos

(Earthquake Protection Systems-USA)

Sin desplazamiento Posición en máximo desplazamiento

Aisladores de péndulo de fricción de los estribos

Cortesía: GRISA

Aisladores de péndulo de fricción de las pilas

1.15 m

0.37 m

Cortesía: GRISA

Aisladores

Cortesía: GRISA

Inaugurados en Junio de 2008

Cortesía: GRISA

Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

Cortesía: GRISA

Aisladores

Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

Edificio de apartamentos – Bogotá

Cortesía: Ing. Mauricio Gallego

Edificio de apartamentos – Bogotá

Puente Gualanday – Colombia

Será el puente con aislamiento sísmico más grande de Colombia

Cortesía: GRISA

Puente Gualanday - Colombia

Aisladores triple péndulo de fricción de los estribos

0.76 m

Cortesía: GRISA

Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

1.27 m

Cortesía: GRISA

Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

Clínica Comfandi - Colombia

Modelo en computador

Cortesía: Solarte & Cia.

Clínica Comfandi - Colombia

Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

Muro de mampostería

Columna

Aislador Deslizador

GraciasGracias

jorgrendon@gmail.com

Uso de Aisladores Sismicos - Jorge Rendon

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