AISLAMIENTOS SÍSMICOS EN EDIFICIOS SACHA

7/27/2019 AISLAMIENTOS SSMICOS EN EDIFICIOS SACHA

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Universidad Nacional de San Cristbal de Huam anga - UN SCH 2012

AISLAMIENTO SISMICO DE BASE EN EDIFICIOS FISICA II FS 241

AISLAMIENTOS SSMICOS DE BASE EN EDIFICIOS

I. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA: Evitarprdidasdevidashumanasyaccidentes,quepudieranoriginarsepor la

ocurrencia

de

cualquier

evento

ssmico,

protegiendo

los

servicios

y

bienes

de

la

poblacinduranteelsismo.

Evitar daos en la estructura y en los componentes de la construccin en

sismos de frecuente ocurrencia, o reducirlos al mnimo en los de mediana

intensidad.

Evitarqueen lasconstruccionesseoriginendaosycolapsosqueponganen

peligroa lasvidasde laspersonasoque inutilicenaesasconstruccionesenel

casodesismosseverosoextraordinarios.

Lograr que las construcciones esenciales de servicios de emergencia sigan

funcionando,anensismosdestructivos.

II. OBJETIVOS:El objetivo general es dar a conocer esta innovadora tcnica de aislamientos

ssmicos en edificios que se est usando recientemente con gran acogida y

demandapor los resultadosmuyptimosquesetuvieron frenteaunsismo.Los

objetivosespecficosson:

1) Explicar cmo funcionan las bandas elsticas de aislamiento ssmico en una

estructura.

2) Comprender los fenmenos fsicos que actan en las bandas elsticas y en la

estructuradeledificio.

3) Comosecomportanlasondasssmicas, elperiodoylacortanteen unedificio

sinaislamientossmico yotroconaislamientossmico.4) Realizaruncuadrocomparativodeventajasydesventajasdeunedificio con

aislamientossmico.

5) Un pequeo anlisis p ara la ciudad de Ayacucho si sera bueno su uso en

construcciones.


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III. FUNDAMENTOTERICO:A. FUNDAMENTOFISICO:

EL OSCILADOR ARMNICO.

Movimiento oscilatorio.

Es el de un mvil que pasa cada cierto instante por las mismas posiciones. Se dice que

el mvil ha efectuado una oscilacin cuando se encuentra en la misma posicin que la

de partida y movindose en el mismo sentido.

Podemos definir entonces:

Periodo (T): tiempo que tarda en producirse una oscilacin.

Frecuencia (f): nmero de oscilaciones que se producen cada segundo.

Movimiento oscilatorio armnico.

Si un cuerpo es apartado de su posicin de equilibrio estable, comienzan a actuar sobre

l fuerzas restauradoras que tienden a devolverlo a su estado original de equilibrio.

Si dicha fuerza recuperadora obedece la Ley de Hooke: (es decir: dicha fuerza

es proporcional a la posicin de la partcula y tiende a llevarla hacia una posicin de

equilibrio considerada como x=0), entonces la posicin de la partcula es una funcinsinusoidal del tiempo: decimos que dicha partcula est animada de un movimiento

armnico simple. Y esta posicin se puede escribir:

(I)

x(t)= elongacin: posicin de la partcula respecto de la posicin de equilibrio (x=0).

A: amplitud: mxima elongacin: mxima distancia de la partcula a la posicin de

equilibrio.

: Frecuencia angular:

: Fase

: Fase inicial

A partir de la expresin (I), derivando, podemos obtener las expresiones para la

velocidad y aceleracin de una partcula sometida a este movimiento:


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Adems, es evidente comprobar que (I) es la solucin para el movimiento de una

partcula sometida a una fuerza recuperadora que obedece la Ley de Hooke:

y, como acabamos de ver , por

tanto: , que se cumple siempre que se haya definido .

Relacin entre el movimiento armnico simple y el movimiento circularuniforme.

Supongamos un mvil efectuando un movimiento armnico sobre el eje OX con

amplitud A, mientras otro describe un movimiento circular de radio A. Los dos parten

simultneamente de la misma posicin indicada en la figura y ambos tienen el mismo

periodo:

Para el mvil que describe el movimiento armnico simple, obtendremos:

Para el mvil que describe el movimiento circular uniforme, si nos fijamos en un punto

cualquiera de su trayectoria, vendr definido por un vector posicin r(t):


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Y obtendremos:

Vemos que las componentes X de estas magnitudes coinciden con las propias del

movimiento armnico: el movimiento armnico simple puede considerarse como una

proyeccin de un movimiento circular uniforme sobre un dimetro de la misma

circunferencia.

Energa del oscilador armnico simple.

Las fuerzas restauradoras que obedecen la Ley de Hooke son conservativas, por lo tanto

el trabajo que realizan dichas fuerzas: .

Por otro lado, el trabajo realizado por la fuerza restauradora al desplazar el cuerpo desde

una posicin x hasta la posicin de equilibrio ser:

y tomando referencia de energa potencial 0 en la posicin de equilibrio:

Por otro lado, la energa cintica de esa partcula es: , que si tenemos en

cuenta la expresin de la velocidad en funcin de la posicin ( ,

podremos escribir:


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Con todo esto, la energa mecnica de un oscilador armnico la podemos obtener como

suma de su energa cintica ms su energa potencial:

El pndulo simple.

Supongamos que de un hilo de longitud suspendemos una bolita de masa m, lo

colgamos del techo y lo hacemos oscilar ligeramente respecto a su posicin de

equilibrio:

La fuerza recuperadora (que en cada punto empuja a la bolita hacia la posicin de

equilibrio) es la componente tangencial del peso:

Si el ngulo que forma el hilo con la vertical es muy pequeo:


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En este caso podremos escribir: de donde:

, y como , y obtenemos:

MOVIMIENTO ARMONICO FORZADO

Ecuacin de Movimiento.

Consideremos un sistema Masa-Resorte en el que adems de la fuerza de restitucin del

resorte se tiene la presencia de una fuerza Ff(t) que trata de forzar el movimiento de la

masa. Si la fuerza de forzamiento es una funcin armnica en el tiempo, con frecuencia

angular f, y amplitud F0, de la forma:

La ecuacin de movimiento de la masa, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton, es:

Donde m es la masa; a es la aceleracin; k es la constante de elasticidad; y, x la

posicin, considerando que la posicin de equilibrio es el origen de referencia.

Sea 0 la frecuencia natural, con 02 = k/m, entonces la ecuacin de movimiento se

puede escribir como:

Solucin de la Ecuacin de Movimiento.

Sabemos que la posicin en funcin del tiempo dada por

donde C y constantes que se determinan con las condiciones iniciales, es solucin

general de la ecuacin del Movimiento Armnico Simple,

por lo que es parte de la solucin de la ecuacin de movimiento con forzamiento (ec.

2). La otra parte de la solucin debe ser tal que al sustituirla en los trminos de la

izquierda en la ecuacin de movimiento (ec. 2), resulte la funcin armnica de la

derecha de la igualdad; por lo que de manera natural podemos proponer que la segundaparte de la solucin sea de la forma:

,tcosFtF f0f

,matcosFkx f0

.tcosm

Fx

dt

xdf

0202

2

,tcosCtx

01

,0xdt

xd 202

2


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donde B es la constante. Para determinar a la constante B sustituimos la solucin 5 en la

ecuacin 2, obteniendo:

de donde se tiene que el valor de la constante B, para f 0, es:

Entonces la solucin general completa de la ecuacin de movimiento resulta:

Por lo tanto el movimiento en general corresponde a una superposicin de dos

movimientos armnicos que tienen diferente amplitud y diferente frecuencia.

Dependiendo de las condiciones iniciales sern los valores de las constantes C y

La velocidad del movimiento de la masa es:

y la aceleracin es:

Supongamos que las condiciones iniciales son x(0) = x0, y v(0) = v0, entonces al

aplicarlas a las ecuaciones 7 y 8, obtenemos las relaciones:

,tcosBtx f2

,tcosmFtcosB f

0f

20

2f

.

m

FB

2f

20

0

txtxtx 21

.tcosm

FtcosCtx f2

f2

0

00

;tsenm

FtsenCtv f2

f2

0

f000

.tcosm

FtcosCta f2

f2

0

2f0

02

0

,m

FcosCx

2f

20

00

;senCv 00


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de donde se determina el valor de las constantes C y D. Dependiendo de la frecuencia

del forzamiento respecto a la frecuencia natural ser la importancia del valor del

segundo trmino en la relacin 10 comparado con el valor de la posicin inicial x0 para

determinar el valor de la constante C; y, de ah su importancia al comparar los dostrminos de la solucin 7.

Las figuras 1 a 4 muestran las grficas de la posicin (ec. 7) en funcin del tiempo para

distintos valoras de la frecuencia de forzamiento. Los parmetros que son iguales en

todas las grficas son: w0 = 10.0 rad/s; F0 = 10.0 N; m = 1.0 kg; x0 = 1.0 m; y, v0 = 0.0

m/s. Dependiendo de la frecuencia de forzamiento es la forma en que se modula la

amplitud. Si la frecuencia de forzamiento es cercana a la frecuencia natural (figuras 2 y

3), es decir que w02 wf2 es grande, la amplitud del movimiento resultante de lugar a

pulsos o paquetes de oscilaciones, es decir que la amplitud al inicio de estos

paquetes comienza en su valor menor (prcticamente nula en la figura 2), para luegoalcanzar su mximo, y de nuevo volver a su valor menor. Si la frecuencia de

forzamiento no es cercana a la frecuencia natural, es decir que 02 - f2 es pequea,

entonces la variacin en la amplitud se manifiesta en una forma diferente, como se

ilustra en las figuras 1 y 4.

Resonancia.

Para fijar algunas ideas respecto a la amplitud y la importancia relativa de los dos

trminos de la solucin general (ec. 7), consideremos que la velocidad inicial es nula,

por lo que la fase inicial resulta nula (ec. 11), obtenindose a la posicin en funcin del

tiempo, ecuacin 7 con el valor de la constante C dada por la ecuacin 10, como:

Si la diferencia 02 - f2 es grande, la amplitud del primer trmino de la ecuacin 12

tiende a ser igual a x0, y el segundo trmino tender a ser solo una pequea

perturbacin. Por otra parte, si la diferencia 02

- f2

es pequea, entonces x0 esdespreciable en el primer trmino de tal forma que la ecuacin 12 se puede escribir de la

siguiente manera:

Utilizando la identidad trigonomtrica de la diferencia del coseno de dos ngulosdiferentes, se puede transformar la ecuacin para que quede de la forma:

.tcosm

Ftcos

m

Fxtx f2

f2

0

002

f2

0

00

.tcostcosm

Ftx f02

f

2

0

0


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En la ecuacin 13, la constante por la primera de las funciones armnicas tiene una

frecuencia angular muy pequea, por lo que constituye la envolvente o amplitud de la

segunda funcin armnica que tiene una frecuencia aproximadamente igual a w0. La

figura 5 muestra la grfica de la funcin de la posicin en el tiempo (ec. 13), en las

regiones oscuras en realidad se tiene una gran cantidad de oscilaciones (ver las escalas

de tiempo y de posicin).

La figura 6 muestra la amplitud de las oscilaciones, F0/m(w02

wf2

), en funcin de lafrecuencia angular fconsiderando que x0 = 0.0 m, y v0 = 0.0 m/s.

. Grafica dela amplitud en funcin de la frecuencia angular f.

Superposicin de dos (MAS) de la misma direccin y de distinta frecuencia.

Ahora vamos a aplicar el mismo procedimiento para obtener la amplitud resultante dela composicin de dos (MAS) de la misma direccin pero de distinta frecuencia.

Descripcin

Supongamos dos MAS de distinta frecuencia angular y con la misma fase inicial

x1=A1sen(w1t)

x2=A2sen(w2t)

.t

2sent

2sen

m

F2tx f0f0

2f

20

0

0 5 10 15 20

Frecuencia wfHradsL0.250.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

dutilp

mA

B

m

0 5 10 15 20

Frecuencia wfHradsL0.250.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

dutilpmA

m


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De acuerdo con la interpretacin geomtrica de un MAS.

El primer (MAS) es la proyeccin sobre el eje X de un vector de longitud A1 que

gira con velocidad angular w1.

El segundo (MAS) es la proyeccin sobre el eje X de un vector de longitud A2

que gira con velocidad angular w2. El MAS resultante es la proyeccin sobre el eje X del vector suma vectorial de

los dos vectores.

De forma vectorial lo expresamos como

El mdulo del vector resultante no tiene una longitud constante

su valor mximo es A1+A2 y su valor mnimo es A1-A2 . Se dice entonces que la

amplitud es modulada

Cuando las amplitudes A1=A2 podemos expresar de forma ms simple el MAS resultante

x= x1+ x2=A1sen( 1t)+A1sen( 2t)

Esta ecuacin nos dice que se trata de un MAS de frecuencia angular ( 1+ 2)/2 y de amplitud

En la figura, en color rojo se muestra la amplitud modulada A y en color azul el resultado x de

la composicin de los dos (MA).


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B. FUNDAMENTOSTERICOS DEAPLICACINA LAINGENIERAAISLAMIENTOS SSMICOS DE BASE EN EDIFICIOS

Quesunsismo,oterremoto?Los sismossonvibracionesdelatierra,causadasporelfracturamientoen

profundidaddelasrocassometidasapermanentesycontinuosesfuerzos,quese

acumulanmsalldesu lmiteelstico,hastaromperseycausarundesplazamiento

sbitodelarocaquelavuelveelsticamenteasuformaoriginal(elsaltoatrsdelas

rocasfuedenominado"rebote elstico").Eltrminosismovienedel griegosesmos(= agitacin),yeltrminoterremoto,de

losvocabloslatinostierraymotus(= movimientode tierra).

Quesonlasondasssmicas?Elgolpeterrestre,provocadoporlarupturaymovimientosbitodelasrocas,genera

ondas ssmicas en todas direcciones, que transmiten el movimiento o temblor de

tierra.

Elpunto

dnde

se

inicia

la

ruptura

se

denomina

foco

ohipocentro,

yel

punto

en

la

superficieterrestre,directamenteencimadelfoco,eselepicentrodelsismo.

Las ondasssmicassondetres tipos:

(1) Ondas primarias o longitudinales (ondas p), (2) ondas secundarias o

transversales(ondas s),y(3)ondassuperficialesolargas(ondasl).

En las ondas longitudinales las partculas se mueven en la misma direccin de

propagacin de la onda, comprimiendo y expandiendo sucesivamente la roca. Las

ondas transversales en cambio, sacuden" las partculas en ngulos rectos a la

direccinen

que

viajan.

Finalmente,

en

las

ondas

superficiales

el

movimiento

de

las

partculasesalgomscomplejo(circular),yamedidaqueviajan a lo largodelsuelo,


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hacenquesemuevasteytodo loqueestsobrel,demaneraparecidaacomoel

oleajeocenicoempujaunbarco.

Los tres tiposdeondasssmicasviajanavelocidadesdiferentes, inclusoenelmismo

medio.Lasmsveloces enpropagarseson lasondaslongitudinales,ylasms lentas

sonlasondassuperficiales.

Resonancia

Los movimientos, y por lo tanto los esfuerzos a que se ven sometidas las distintas

partes, dependen, entre otras, de las caractersticas de la onda ssmica, y de las

frecuencias naturales de oscilacin del edificio.

El edificio tender a oscilar segn sus frecuencias propias de oscilacin, que si no

coinciden con algn armnico de los principales que forman la onda ssmica no

aumentar en cada oscilacin, pero en el caso de que coincidan, se produce el

fenmeno de resonancia.

Cuando el sesmo posee un armnico de amplitud considerable que coincide con una

frecuencia de oscilacin natural de edificio (o perodo fundamental), ste entra en

resonancia, y la aceleracin crece en cada periodo, por lo que irremediablemente ser

destruido, a menos que el sesmo cese rpidamente, o que la ruptura de algunas de

las partes del edificio varen su frecuencia natural de oscilacin, o que el rozamiento

interno de los materiales sea suficiente como para disipar la energa.

En teora es posible estudiar la respuesta de un edificio ante un sesmo, a partir de un

acelerograma (esquema terico del sesmo). La construccin resistir si todas sus

partes consiguen responder a los movimientos coherentemente, ya sea

trasladndose juntas, o girando alrededor de los mismos ejes en cada instante. Para

esto se supone que los distintos nudos no pueden variar su distancia, pues los

elementos que forman la estructura no pueden ni alargarse ni acortarse.

Cuando se quiere que una construccin resista sismos fuertes, se disea especialmente

para ello. Por ejemplo es necesario que los hospitales sigan en pie despus de un

terremoto.

Suele dar la impresin de que los edificios altos, sobre todo si son de similar

construccin van a sucumbir antes en un sesmo. Esto suele ser cierto, pues adems

los edificios altos tienen mayor periodo de oscilacin. Sin embargo esto depende delos armnicos de resonancia del sesmo y del edificio, por lo que en general puede ser

bastante arbitrario.


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Figura 2. Este edificio, tenia dos zonas con dos alturas distintas, como puede

apreciarse en las ventanas de la ltima planta. Curiosamente, la zona ms elevada ha

resistido, aunque esto no suele ser as. Quizs su frecuencia de resonancia no haya

coincidido con la del sesmo, mientras que en la otra parte s.

ACCIONESSISMICASLaaccinde lossismossobre losedificiosyelcomportamientodestosfrenteauna

solicitacin de tal naturaleza es compleja. Aunque se ha adelantado mucho al

respecto, especialmente en algunos pases, an queda mucho por estudiar y

experimentar.Ademsexistendiferenciasen losrecursostecnolgicos,econmicosy

naturalesentre

las

diferentes

naciones,

yan

entre

distintas

regiones

de

un

mismo

estado.

En losltimos10aosenciudades importantesanivelmundialsehandadosismos

catastrficosquehanprovocadolamuertedemsde100,000personas.Enlamayora

de los casos las fallas sehandebidoaproblemasdemalacalidadde losmateriales

utilizados en la construccin, ausencia o deficiencias en el diseo estructural o

composicinarquitectnicainadecuada.

Granpartedelasconstruccionesexistentesenzonasssmicasnosecienauncriterio

de diseo adecuado que las haga razonablemente seguras en caso de terremotos.

Contandosloconconocimientosrudimentariosyeldeseodeaumentarlaseguridad

ssmica,

muchas

veces

las

obras

se

han

encarecido

exageradamente

y

hasta

se

han

sobredimensionadoelementosqueconsuexcesivopesocontribuyenalderrumbede

la estructura. O bien a la inversa, haciendo caso omiso del efecto ssmico, se

construyenedificios incapacesdemantenerseenpieanante lapresenciadesismos

dbiles.

Por lo tanto, para evitar que los terremotos devengan en catstrofes, es necesario

disminuir la vulnerabilidad de las construcciones, lo que se logra mediante el

desarrollo, actualizacin permanente y aplicacin efectiva de reglamentos para

construccionessismoresistentes.

Esporestoqueen1972secreaelInstitutoNacionaldePrevencinSsmica(INPRES),

que en 1983 crea el Reglamento Argentino para Construcciones Sismo resistentes

(CIRSOC103).


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Interesa fundamentalmente el aspecto preventivo de esta norma, que tiene los

siguientesobjetivos:

Evitarprdidasdevidashumanasyaccidentes,quepudieranoriginarsepor la

ocurrenciadecualquiereventossmico,protegiendolosserviciosybienesdela

poblacindurante

el

sismo.

Evitar daos en la estructura y en los componentes de la construccin en

sismos de frecuente ocurrencia, o reducirlos al mnimo en los de mediana

intensidad.

Evitarqueen lasconstruccionesseoriginendaosycolapsosqueponganen



Lograr que las construcciones esenciales de servicios de emergencia sigan

funcionando,anensismosdestructivos.

SISTEMAS DE CONTROL ESTRUCTURAL ANTE SISMO

Durante la ltima dcada el concepto de aislacin ssmica ha comenzado a ser

considerado seriamente como una alternativa en el diseo sismo resistente de

estructuras, especialmente en aquellos casos en que se busca un mejor desempeo

ssmico para las estructuras y sus contenidos

.El excelente desempeo que las estructuras aisladas han tenido durante los Sismos de

Northridge (Los Angeles, 1994) y Kobe (Kobe, 1995), avalan las bondades de esta

alternativa en cuanto a aumentar considerablemente el nivel de seguridad para las

personas y la operabilidad de la estructura despus de un sismo.

Actualmente, los conceptos de aislacin ssmica se ensean como parte del currculo de

Ingeniera Civil en la mayora de las Universidades mundialmente reconocidas,

Innumerables investigaciones se han desarrollado para demostrar la eficiencia de la

aislacin ssmica como una tcnica sismo resistente, y numerosos dispositivos de

aislacin estn comercialmente disponibles para su implementacin en la prctica.

Consecuentemente, se ha desarrollado una creciente necesidad de suplementar los


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cdigos ssmicos actualmente vigentes con requerimientos especficos para estructuras

aisladas.

Esta necesidad es compartida por los organismos encargados de la construccin y el

pblico en general, quienes requieren que esta tecnologa sea implementada

adecuadamente, y por los ingenieros proyectistas, los que requieren un estndar mnimopara el diseo y construccin de estructuras con esta tecnologa.

Las primeras aplicaciones de los aisladores de base actuales fueron en puentes debido a

que estas estructuras normalmente se apoyan sobre placas de neopreno para permitir el

libre desplazamiento ocasionado por los cambios de temperatura.

Esto permiti la sustitucin de las placas de neopreno por aisladores de base. El primer

intento moderno por utilizar un sistema de aislamiento en edificaciones se dio en la

Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje, Yugoslavia, en 1969, mediante un mtodo suizo

denominado Aislamiento total de la base en tres direcciones utilizando vigas de

caucho natural sin reforzar. A partir de este edifico empez la experimentacin,implementacin y patentado de sistemas en los Estados Unidos, Japn y Nueva Zelanda

principalmente.

ssmica empleados en la actualidad comprenden desde relativamente simples

dispositivos de control pasivo hasta avanzados sistemas completamente activos. Los

sistemas pasivos son tal vez los ms conocidos e incluyen los sistemas de aislamiento

ssmico y los sistemas mecnicos de disipacin de energa. El aislamiento ssmico es el

sistema ms desarrollado de la familia, con continuos avances en dispositivos,

aplicaciones y especificaciones de diseo. Los sistemas de proteccin ssmica pueden

ser clasificados en cuatro categoras: sistemas pasivos, activos, hbridos y semi-activos.

Las primeras aplicaciones de los aisladores de base actuales fueron en puentes debido a

que estas estructuras normalmente se apoyan sobre placas de neopreno para permitir el

libre desplazamiento ocasionado por los cambios de temperatura.

Esto permiti la sustitucin de las placas de neopreno por aisladores de base. El primer

intento moderno por utilizar un sistema de aislamiento en edificaciones se dio en la

Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje, Yugoslavia, en 1969, mediante un mtodo suizo

denominado Aislamiento total de la base en tres direcciones utilizando vigas de

caucho natural sin reforzar. A partir de este edifico empez la experimentacin,

implementacin y patentado de sistemas en los Estados Unidos, Japn y Nueva Zelandaprincipalmente.


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AISLAMIENTO SSMICO DE BASE EN EDIFICIOS:

Elobjetivodelaislamientosmicoesdesacoplar laestructurade losmovimientosde

suelo frente a la ocurrencia de terremotos. En consecuencia se evita que la

Superestructurasealaresponsablededisiparlaenergaentregadaporelterremoto.

Latotalidadde laestructuradebesersoportadaenpuntosdiscretospordispositivos

especiales llamadosaisladores, loscualesposeencaractersticasdinmicasespeciales

paradesacoplarlaestructuradelosmovimientosdelterreno.

Losdesplazamientosmximosy lasno linealidadesseconcentrananiveldelsistema

deaislamiento,

mientras

que

la

superestructura

se

comporta

como

un

bloque

rgido

por encima del mismo. Los aisladores pueden ser diseados y construidos con un

control de calidad que supera ampliamente los estndares habituales de la

construccin civil, con la ventaja que pueden ser inspeccionados y eventualmente

reemplazadoscomoundispositivoderepuesto.Porelcontrario lareparacinde los

elementosdaadosdeunaestructuranoresultaunatarea

tansimple.

La aceptable experiencia lograda en edificios con aislamiento de base frente a

terremotos importantes, como fue Northridge (1994) y Kobe (1995), pusieron de

manifiestola

posibilidad

de

implementarse

con

xito

en

zonas

de

elevado

riesgo

ssmico1.

La densidad de instrumental ssmico, fundamentalmente en la costa oeste de los

EstadosUnidos,hapermitidoen losltimosaoscontarconunnmero importantes

deregistrosenemplazamientoscercanosalafalla.Estosregistroshanpuestoenduda

laeficienciade lossistemasdeaislamientoparaconstruccionesemplazadasenzonas

prximasalafalla.


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OBJETIVOSDEAISLAMIENTOSISMICO: Reducirlasdistorsionesdeentrepisoyporlotantoeldaoenloscomponentes

estructuralesynoestructurales.

Reducirla

aceleracin

de

entrepiso

en

la

estructura,

para

minimizar

el

dao

en

loscomponentesdelaestructura(Equipoelctrico,computadoras,archivos,

etc.)

ElAislamientoSsmicobuscalimitarelefectonegativodelsismointerponiendo

elementosespecialesenlabasedelaestructuratalesquepuedanabsorberla

accindelsismoyalmismosoportarelpesodelaestructura.

PARTES DE UN AISLADOR SSMICO:

Rellenodeplomo

Lminasdegoma

Lminasdeacero

Pernodeanclajesuperior

Placadeanclajesuperior

Placadeanclajeinferior

ELEMENTOSDELSISTEMADEAISLAMIENTO Unelementoquedesacoplelaestructuradesubase.

Flexibilidadlateralquepermitaelevarelperiododelaestructuraanteniveles

altosdecargaslaterales.

Rigidezantenivelesdecargapequeostalescomovientoosismosmenores.

Suficienteamortiguamientoparareducireldesplazamientodelnivelde

aislamiento.

Rigidezante

cargas

verticales.

Mecanismoderestauracindelaposicinoriginaldelsistema.

Elastmero


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ESQUEMADEUNEDIFICIOAISLADO

QUEPROPORCIONAUNEDIFCIOCONAISLAMIENTOSSISMICOUnsistemadeaislamientoenlabaseparaunaedificacindebededotaraestade:

.Flexibilidadparaaumentarperododevibracinyportanto,reducirlafuerzaderespuestassmica.

.Capacidaddedisipacindeenergaparareducirlosdesplazamientosproducidosporsismoloscualesestndirectamenterelacionadosconeldaoenunedificio.

.Rigidezparanivelesbajosdecarga,comolosonlasfuerzasdevientoysismosdemenorimportancia.Laestrategiadediseodeunaedificacincon

unsistemadeaislamientoenlabasetieneporobjetivoaumentarelperiodo

fundamentaldevibracindelaestructuraydisiparlaenergadedeformacinde

forma

pasiva

a

travs

del

amortiguamiento

con

la

finalidad

de:

.Reducirdelasaceleracionesssmicasyporendelasfuerzasssmicasdediseo.

.Reducirlasdeformacionesdeentrepisoeneledificiodebidoasismo.


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CMO FUNCIONA EL AISLAMIENTO SSMICO DE BASE:

Laestrategiadediseodeunaedificacinconunsistemadeaislamientoenlabasetienepor

objetivoaumentarelperiodofundamentaldevibracindelaestructuraydisiparlaenergade

deformacinde

forma

pasiva

atravs

del

amortiguamiento

con

la

finalidad

de:

Reducirdelasaceleracionesssmicasyporendelasfuerzasssmicasdediseo.

Reducirlasdeformacionesdeentrepisoeneledificiodebidoasismo.

Elaislamientossmicoseparamedianteunainterfazflexiblelaestructuradelsuelo. Desacoplarlaestructuradelosmovimientosdelterreno.

Estoselementosestructuralessondispositivosqueabsorbenmediantedeformaciones

elevadaslaenergaqueunterremototransmiteaunaestructura.

Al deformarse las bandas elsticas absorben la mayor cantidad posible deenerga.

Las bandas elsticas hacen que se amplen el periodo de oscilacin

disminuyendo as la intensidad del sismo.

Las bandas elsticas estn diseadas para aguantar de forma rgida para

pequeos sismos.

COMPORTAMIENTODEUNEDIFICIOSINAISLAMIENTOSSMICODEBASEYOTROCONAISLAMIENTO:


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Comosepuedeobservarenlaimageneledificioquenocuentaconaislamiento

ssmicoeselquemsdaosestructuralesrecibepueslavibracinamedidaque

aumentanlospisostambinaumentaesta;perosinembargopodemosapreciarqueel

edificioqueestaconelsistemadeaislamientossmiconoseveafectadoporquelo

nicoquevamoviendooqueabsorbelasondassonlasbandaselsticassinsufrir

daosnotoriosensuestructuranilaspersonasquesehallandentrodeledificio.

ANLISISDEVENTAJASYDESVENTAJASDEUNEDIFICIOAISLADO:VENTAJAS

1. Evita que haya daos en la estructura del edificio as como de las personas que hallan ensu interior.

2. Las construcciones son ms seguras y menos vulnerables a sismos o terremotos.3. Posibilita que los hospitales colegios y otras entidades no paralicen sus labores cuando

estn frente a un sismo y que solo se detengan para hacer un cambio de energa de laalimentacin de los servicios elctricos y otros.

4. Posibilita que la estructura del edificio tenga un mayor periodo de vida til.5. Las bandas elsticas son fciles de ser cambiadas y tienen un buen periodo de vida til.6. A largo plazo el edificio resulta ser ms econmico y seguro pues no habr necesidad dehacer reparaciones por problemas ssmicos.7. Hacequelossuelosblandossevuelvanmsfuertes.

DESVENTAJAS1. Su alta efectividad es para edificios menores de 15 pisos. Pues para edificios ms altos ya

necesita de otros sistemas como los disipadores de energa.2. En pas emergente o subdesarrollado es muy difcil su aplicabilidad porque no hay

muchos profesionales capacitados en el tema as como los materiales para poderrealizarlo.

3. Para su realizacin los profesionales devn ser con un alto grado de instruccin en eltema.


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Comopodemosverelsistemadeaislamientosssmicosresultamuybeneficiosolas

desventajassonbsicamentedeinstruccinocapacitacinascomolaadquisicinde

materiales.

APLICACIONESDELAISLAMIENTOSISMICOYRESULTADOS PrimeraaplicacinenNuevaZelandaen1974.

PrimeraaplicacinenEEUUen1984.

PrimeraaplicacinJaponesaen1985.

EEUU 80edificiosy150puentes.

Japnmsde1300edificiosy500puentes.

80edificiosy150puentes.

Japnmsde1300edificiosy500puentes.

La aceptable experiencia lograda en edificios con aislamiento de base frente a terremotos

importantes,comofueNorthridge(1994)yKobe(1995),pusierondemanifiestolaposibilidad

deimplementarse

con

xito

en

zonas

de

elevado

riesgo

ssmico

1.

BREVERESUMENHISTRICODELAAISLACINSSMICAENELMUNDOEramodernacomienzaenNuevaZelandaen1970.

PrimeraaplicacinenJapnesde1982(casapequea).

PrimeraaplicacinenEEUUesde1985(SanBernardino).

Antesde1995existan85edificiosaisladosenJapn,35deloscualeserandepropiedadde

constructoras,centros

de

investigacin,

ode

fabricantes

de

aisladores.

DuranteKobe(1995),dosestructurasaisladassoportaronelmovimientossmicosin

problemas(MatsumuraGumi,WJPSCC).

DuranteNorthridge(1994),cincoestructurasfueronsometidasamovimientossignificativos

(p.e.,USC,FCC).

PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE AISLACIN SSMICA

1.Quseentiendeporaislacinssmica?Aislacinssmicaesunatcnicadediseosismoresistentequebuscareducirlaenergaque

entraauna

estructura

durante

un

sismo

atravs

de

colocar

dispositivos

muy

flexibles

horizontalmente(aisladores)entrelasfundacionesdeunedificioopuente,ylaestructura

arribadeellos.Elefectoquesebuscaesqueelsuelosemuevaylaestructurapermanezca

esencialmentequieta.

2.Culeselobjetivodelaislamientossmico?Losobjetivosprincipalessondos:(a)mayorseguridadssmicadelaestructura(yporendede

laspersonas)atravsdelaminimizacinoinclusoeliminacindedaosenella,y(b)

salvaguardarloscontenidosdelaestructuramanteniendoelfuncionamientodeelladespus

delsismo.


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3.Cuntomsseguraesunaestructuraaisladassmicamente?Engeneralunaestructuraaisladaesalmenos5vecesmsseguraqueunaestructura

convencionalfijaalsuelo.Dehecho,losesfuerzosproducidosporelsismoenlaestructuracon

aislacinssmicasondelordende10vecesmspequeosquelosdeunaestructuraanloga

fijaalsuelo.Estareduccindeesfuerzoseslaqueimplicaquelaestructurapermanecersin

dao

incluso

durante

un

sismo

de

grandes

proporciones.

4.Enqusediferenciaestanuevatcnicadeldiseoactualdeestructurasantissmicas?ElconceptodeestructuraantissmicanoescorrectoporquecualquieredificioenChile

(ycualquierotropasssmico)estdiseadoporrazonesdecostoparaquesufradaoanteun

sismosevero.Lafilosofadediseodicequenodebecolapsar,peropuedequedarseriamente

daado.Paracomprobarquelosdaossonextensos,yqueademslaseguridadnoquedaen

realidadgarantizada,bastaobservarloocurridoconlosedificiosdeLosAngeles(Northridge,

1994),Japn(Kobe1995),Turqua(1999),Grecia(1999),yTaiwn(1999).Unedificio

convencionalnocompiteenseguridadconunoaislado,ymuchomenosencostode

siniestralidad.

6.Porqunoexistenmsedificioenpasessubdesarrolladoconaislamientossmicasilatcnicaestnatractiva?Laraznprincipalesunretrasoeneldesarrollotecnolgico.Edificiosconaislamiento

Ssmicasoncomunesenpasesdesarrolladosyexperimentaronuncomportamientomuy

exitosodurantelosdevastadoresterremotosdeKobeyNorthridge.SloenJapnse

construyeronmsde80hospitalesy400edificiosconaislamientossmicaentre1997y1998.

Sinembargo,eldiseodeestructurasconaislamientossmicarequierede.Tambinincideel

desconocimientoyeltemoralcambioporpartedelospotencialesusuarios.

7.Dndesefabricanlosdispositivosdeaislacin?Existennumerososproveedoresdeaisladoresssmicosenelmundoentrelosquese

encuentranBridgestone(Japn),Andr(Inglaterra),SkellerupOiles(NuevaZelandia),DIS

(EstadosUnidos),yVULCO(Chile).

8.Culeselcostodelsistemadeaislamientossmico?Elcostodelsistemadeaislamientoestpicamentedelordende0.5a1.0UF/m2,dependiendo

delasolucinadoptada.Estecostosecompensavariasvecessienelanlisiseconmicose

consideraqueenlaalternativasinaislacinlaestructura,loselementosnoestructurales(las

terminaciones),yloscontenidos,afrontarnelevadoscostosdereparacinosustitucin

cuandoocurrasismodegranintensidadqueconcasicertezavanaexperimentar.Es

importanterecordarqueenlosedificioselcostolasterminacionessuperaaldelaestructura,y

queenmuchoscasoselvalordeloscontenidosesmuysuperioraldelaestructura.Porotra

parte,elhechoquelaestructuratengaesfuerzos10vecesmenorespuedellegarapermitir

ahorroencostosdirectosdeconstruccin;lograrlodependeengranmedidadeuna

coordinacinoportunaentrelaArquitecturaeIngenieradelproyecto.

9.Quocurreconlosductosdeinstalacionesquecruzanelniveldeaislacin?Existennumerosassolucionesdeconexionesflexibles(muysencillasybaratastalescomoun

doblecodo)quepermitenacomodarlasdeformacionesentreelsueloyeledificio.

10.Culesladuracindelossistemasdeaislacin?Losaisladoresestngarantizadosporunavidatilde50aosmnimos.Eldiseosehace

proveyendoalosaisladoresdeunafijacinquelespermiteserfcilmenteremovidosycambiadosencualquiermomentosininterrumpirelfuncionamientodeledificio.


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11.Cmoseverificalacalidaddelosaisladores?Losaisladoressonensayadosenformadinmicaunoaunoantesdesercolocadosenel

edificio.Estosensayossonextraordinariamenteexigentesypermitengarantizarlas

propiedadesderigidezyamortiguamientodelosaisladores.

IV. ANLISISINTERPRETACINFSICADELFENMENOPLANTEADO:1) Cmofuncionanlasbandaselsticasdeaislamientossmicoenuna

estructuraalproducirseunsismo?Laestrategiadediseodeunaedificacinconunsistemadeaislamientoenlabasetienepor

objetivoaumentarelperiodofundamentaldevibracindelaestructuraydisiparlaenergade

deformacindeformapasivaatravsdelamortiguamientoconlafinalidadde:

Reducirde

las

aceleraciones

ssmicas

ypor

ende

las

fuerzas

ssmicas

de

diseo.


Elaislamientossmicoseparamedianteunainterfazflexiblelaestructuradelsuelo. Desacoplarlaestructuradelosmovimientosdelterreno.


elevadaslaenergaqueunterremototransmiteaunaestructura.

Al deformarse las bandas elsticas absorben la mayor cantidad posible de

energa.



Las bandas elsticas estn diseadas para aguantar de forma rgida para

pequeos sismos.


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2) Comprender los fenmenos fsicos que actan en las bandas elsticas yen la estructura del edificio.

Losaisladoresquedanidentificadospordistintosparmetrosmecnicos.

Larigidezhorizontaldelmismopuedeestimarseconlaexpresin.

Elperiododelsistemaaisladoestenfuncindelarigidezlateraltotaldel

Conjunto.

Larigidezverticaldelaisladorpuedeestimarsecon:

Conocida

la

rigidez

vertical

del

aislador

puede

estimarse

las

tensiones

normales


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(c)ydeformaciones(c)delaisladorlascualesdebenencontrarsedebajodelmites

fijadosporlosreglamentos.Lastensionesenlasplacasdeaceroseverificanconla

ecuacin:

Paralasdeformacionesultimasseaceptanvaloresentre(500 600%)

Paracontrolarlaesbeltezdelaisladorserealizandosverificaciones.Laprimeraesla

verificacinalvuelcodelaisladorqueserealizaatravsdeundesplazamiento lateral

(ro):

3) Comosecomportanlasondasssmicas, elperiodoylacortanteen unedificiosinaislamientossmico yotroconaislamientossmico.


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Podemosapreciarquelasondasssmicasamedidaquevaaumentandolospisosestas

tambinaumentandeformaproporcionalenunedificiosinaislamientossmico;pero

enelotroedificioconaislamientossmicolasondastransmitidasalaestructurason

mnimasynisedejansentir.




elevadaslaenergaqueunterremototransmiteaunaestructuradeestemodo

disminuyendosu

cortante.


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Elaislamientossmicoseparamedianteunainterfazflexiblelaestructuradelsuelo. Desacoplarlaestructuradelosmovimientosdelterrenohaciendoquelosterrenos

blandosseanmsestables.

4) Cuadrodeventajasydesventajas conaislamientossmicoVENTAJAS

1) Evita que haya daos en la estructura del edificio as como de las personas que hallan ensu interior.

2) Las construcciones son ms seguras y menos vulnerables a sismos o terremotos.3) Posibilita que los hospitales colegios y otras entidades no paralicen sus labores cuandoestn frente a un sismo y que solo se detengan para hacer un cambio de energa de laalimentacin de los servicios elctricos y otros.

4) Posibilita que la estructura del edificio tenga un mayor periodo de vida til.5) Las bandas elsticas son fciles de ser cambiadas y tienen un buen periodo de vida til.6) A largo plazo el edificio resulta ser ms econmico y seguro pues no habr necesidad de

hacer reparaciones por problemas ssmicos.7) Hacequelossuelosblandossevuelvanmsfuertes.

DESVENTAJAS1) Su alta efectividad es para edificios menores de 15 pisos. Pues para edificios ms altos

ya necesita de otros sistemas como los disipadores de energa.2) En pas emergente o subdesarrollado es muy difcil su aplicabilidad porque no hay

muchos profesionales capacitados en el tema as como los materiales para poderrealizarlo.

3) Para su realizacin los profesionales devn ser con un alto grado de instruccin en eltema.


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5) SeraposibleaplicarestesistemaenAyacucho?Por el momento aplicar este sistema en Ayacucho no sera posible pues recin se est

aplicando en la capital (lima), y no contamos con muchos profesionales capacitados en el

tema ascomotampocotenemoslossuficientesrecursosparapodertraerprofesionalesque

conozcandel

tema;

tambin

no

se

podra

justificar

el

presupuesto

para

alguna

construccin

resultarasermuycostosoporelmomento.

V. CONCLUSIONES: La tcnica de aislamiento ssmico de base es la ms recomendada en la

ingenierassmicayunadelasmsefectivasfrenteaunsismooterremoto.

En edificaciones esenciales que deben de seguir operando despus de la

ocurrencia de un sismo, tales como hospitales, colegios, tanques con

contenidosdealtopeligro,etc.

Evitanprdidas

de

vidas

humanas

yaccidentes,

que

pudieran

originarse

por

la

ocurrenciadecualquiereventossmico,protegiendolosserviciosybienesdela

poblacinduranteelsismo.

Evitanqueen lasconstruccionesseoriginendaosycolapsosqueponganen



Unaestructuraqueestsometidaaunsismosepodraexplicarsumovimiento

desubasecomoun(MAS).

Lasecuacionesdel(MAS)sonaplicablesaestructurasafectadasporlossismos

pudiendo comprender as a que se debe el efecto devastador y a que

parmetrosesta

sujeta.

VI. APRECIACIONESCRTICA: Esunamaravillosatcnicaquesedeberaprestarmayorintersporlosestudiantesde

carrerasdelaingenierarelacionadasaestostemascomoloeslaing.Civilyquelos

profesionalesingenierosdeverancapacitarseenestatcnicaparaqueenunfuturo

nomuylejanosepuedaaplicarennuestropas.

Quesedebencrearnormasparaquelosserviciosindispensables comolosonlos

hospitalessean

construidos

con

este

sistema

para

que

no

dejen

de

funcionar

en

caso

deocurrirunterremotopuesesalldondeloshospitalestienenunpapelmuy

importanteparapoderatenderalosheridosproductodelterremoto.

Aqupodemosverquelafsicavadelamanoconlaingenierapueselfenmenoque

ocurreenlosedificioscuandoocurreunterremotosepuedeexplicarapartirdel

movimientoarmnicosimple(MAS).


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Universidad Nacional de San Cristbal de Huam anga - UN SCH 2012SeraposibleaplicarestesistemaenAyacucho?Por el momento aplicar este sistema en Ayacucho no sera posible pues recin se est

aplicando en la capital (lima), y no contamos con muchos profesionales capacitados en el

tema ascomotampocotenemoslossuficientesrecursosparapodertraerprofesionalesque

conozcandel

tema;

tambin

no

se

podra

justificar

el

presupuesto

para

alguna

construccin

resultarasermuycostosoporelmomento.

VII. IMPACTOAMBIENTAL: Laspreocupacionesactuales,acercadel cambio climticohan supuestoque,hoyen

da,existaunademandacrecientedeconsumodeproductosyserviciosquecumplan

conloscriteriosmedioambientales,socialesyeconmicosdelasostenibilidad.

Actualmente, en Europa, tanto las viviendas como los edificios pblicos son los

mayoresconsumidoresdeenerga(un40%)y,portanto,losmayoresemisoresdeCO2

(36%).Estosignificaqueelsectorde laconstruccintieneunpapelfundamentalque

jugaren

el

ahorro

de

energa

y,

en

consecuencia,

en

la

reduccin

de

las

emisiones

del

dixidode carbono.Dehecho, laUninEuropea lo considera comoun sector clave

paracontribuirpositivamenteaquesecumplan losobjetivosde2020con losquese

pretendereducirlasemisionesdegasesdeefectoinvernaderoconrespectoa1990en

un 20%, alcanzar un 20% de uso de energas renovables, y mejorar la eficiencia

energticaenun20%.

Esporelloconlosedificiosdeaislacinssmicasevanpoderrealizarelbajoconsumo

de energa y losproblemasde fallas energticas por sismos sernmnimasdeeste

modo contribuyendo a ladisminucindeCO2 asmismo supropia vibracinde las

bandaselsticasadaptadosaunsistemapuedenconvertir lasoscilacionesenenerga

elctrica.

Elimpacto

ambiental

que

tiene

este

sistema

es

las

ms

sofisticados

ymejorado

que

los

anterioressepodradecirqueesunpasomseneldesarrollo.

VIII. BIBLIOGRAFA: Fsica II, Humberto Leyva Naveros, Editorial Moshera, segunda edicin.

Fisica I, Serway Raymond, Editorial Mc Graw Hill,Quinta edicin.

Fsica Aplicada y Experimental, Guilln Caldern Edder, Editorial Amrica,

Tercera edicin

Aislacin Ssmica.www.cec.uchile.cl www.monografas.com

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