Estándar de Aislamiento Sísmico para la Funcionalidad Continua
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1 Estándar de Aislamiento Sísmico para la Funcionalidad Continua Victor Zayas a) Stephen Mahin b) Michael Constantinou c) Ingeniería Estructural, Mecánica y Materiales Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental Universidad de California, Berkeley Fecha de publicación original: 22 de diciembre de 2017 UCB / SEMM-2017/03 a) Investigador Principal, Universidad de California, Berkeley Miembro de la Academia de Alumnos Distinguidos, Universidad de California, Berkeley Doctorado en Ingeniería Sísmica Estructural, Universidad de California, Berkeley b) Profesor de Ingeniería Estructural; en la Universidad de California en Berkeley c) Profesor de Ingeniería Estructural, en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo Fecha de revisión: 30 de marzo del 2018
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Estándar de Aislamiento Sísmico
para la Funcionalidad Continua Victor Zayas a)
Stephen Mahin b)
Michael Constantinou c)
Ingeniería Estructural, Mecánica y Materiales
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Universidad de California, Berkeley
Fecha de publicación original: 22 de diciembre de 2017
UCB / SEMM-2017/03
a) Investigador Principal, Universidad de California, Berkeley
Miembro de la Academia de Alumnos Distinguidos, Universidad de California, Berkeley
Doctorado en Ingeniería Sísmica Estructural, Universidad de California, Berkeley
b) Profesor de Ingeniería Estructural; en la Universidad de California en Berkeley
c) Profesor de Ingeniería Estructural, en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo
Fecha de revisión: 30 de marzo del 2018
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1. Resumen del Estándar de Aislamiento Sísmico
Este estándar especifica los medios y métodos para lograr estructuras aisladas seguras que mantienen
la funcionalidad después de los terremotos.
La ASCE 7-16 especifica en el Capítulo 1 los requerimientos básicos de "Funcionalidad" para que
"las Edificaciones Esenciales tengan una razonable probabilidad de tener una adecuada resistencia y
rigidez estructural para que no se impida el funcionamiento de la instalación inmediatamente después
del terremoto de nivel de diseño". Para cumplir este criterio, este estándar especifica que las
instalaciones esenciales se diseñen utilizando R = 1 para el terremoto de diseño "DE", y limita el
colapso de la estructura a 0,3% y limita la aceleración de los espectros del piso medio a 0,4 g. Los
cálculos de daños de FEMA P58 indican que estos criterios de resistencia limitan el daño al edificio
a menos del 2% de los costos de reemplazo, de conformidad con el límite de daño sísmico REDi
Platino para las estructuras aisladas o no aisladas que cumplen con estos criterios de resistencia, la
mayoría de los componentes arquitectónicos de la mayoría de las instalaciones conservarán su
capacidad de funcionar después de un terremoto de nivel de diseño.
Los requisitos de la ASCE 7 Capítulo 1 para la "Confiabilidad objetivo" especifican que la
"Probabilidad de falla por pérdida de estabilidad estructural" para componentes estructurales
primarios en instalaciones esenciales debe ser inferior al 2,5%. Los cálculos del riesgo de colapso
FEMA P695 para estructuras aisladas se realizaron en la Universidad de California en Berkeley y en
la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo. Estos estudios concluyen que los aisladores deben
tener capacidades de desplazamiento de 1.5 a 2.5 veces la demanda de MCER, según lo especificado
por este estándar, para satisfacer la Confiabilidad objetivo de la ASCE 7.
El capítulo 1 de ASCE 7 requiere que se especifique un "estándar de materiales" para los aisladores
y todos los componentes estructurales, de modo que las cargas de diseño no excedan los límites de
capacidad especificados por el estándar de materiales. Los estándares de materiales, cuando se aplican
junto con ASCE 7, deben satisfacer los requisitos de confiabilidad y funcionalidad de la estructura.
Este estándar de materiales especifica la resistencia requerida al cortante del aislador y las
capacidades de desplazamiento que tienen una probabilidad razonable de cumplir con los requisitos
de confiabilidad y funcionalidad de la ASCE 7. Las estructuras diseñadas para los requisitos mínimos
especificados en la ASCE 7 Capítulo 17, sin especificar un estándar de aislamiento adecuado,
normalmente no cumplen con los requisitos de ASCE 7 para la Funcionalidad, confiabilidad y el
requisito de especificar un Estándar de Materiales para aisladores sísmicos.
El Capítulo 11 de la ASCE 7 especifica los espectros sísmicos medianos para el sismo máximo
considerado "MCER". El mantenimiento de la estabilidad del aislador consistente con la Confiabilidad
Objetivo de la ASCE 7 para la Estabilidad de la Estructura (Tabla 1.3-2) requiere factores de
seguridad que acomoden las variaciones estadísticas en la fuerza sísmica del MCER en los niveles de
confianza especificados. Este "Estándar de Aislamiento Sísmico para Funcionalidad Continua"
("SISCF") especifica las propiedades y factores de seguridad para los aisladores de manera que la
estructura aislada cumpla con las Confiabilidades objetivo sin requerir un comportamiento inelástico
o detalles dúctiles para cualquier otro componente estructural.
Por lo tanto, para estructuras aisladas que cumplen con este SISCF, cualquier Sistema de Resistencia
a la Fuerza Sísmica especificado en ASCE 7 Tabla 12.2-1 se puede usar para estructuras ubicadas en
cualquier Categoría de Diseño Sísmico, a cualquier altura de la estructura. El uso de tipos de
estructura que son confiables y económicos para las regiones no sísmicas, combinado con aisladores
que cumplen con este estándar, a menudo resulta en costos de estructura total más bajos en
comparación con los tipos de estructuras dúctiles especiales no aislados.
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2. Por qué y Cómo Especificar el Estándar de Aislamiento Sísmico para la
Funcionalidad Continua
La ASCE 7-16, Capítulo 1, Sección 1.3.3 especifica que todas las Edificaciones Esenciales deben
diseñarse para la Funcionalidad después de un terremoto [ASCE]. Sin embargo, el cumplimiento de
los métodos prescriptivos de diseño estructural especificados en capítulos posteriores no satisface
este requisito de funcionalidad posterior al terremoto. El cumplimiento de los criterios de diseño en
ASCE 7 Capítulo 12 logra estructuras que son seguras contra el colapso, para los 84 sistemas de
resistencia a fuerza lateral especificados para regiones sísmicas. La funcionalidad posterior al
terremoto requiere criterios adicionales de resistencia sísmica. El requisito de funcionalidad posterior
al terremoto del Capítulo 1 se cumple diseñando y especificando una estructura aislada que se
construirá de acuerdo con este estándar de aislamiento. Este SISCF especifica las propiedades y
capacidades del aislador para satisfacer el requisito de funcionalidad. El profesional de diseño
Estructural es responsable del cumplimiento de la funcionalidad y confiabilidad requeridas del
Capítulo 1. Para cualquier estructura aislada, se debe especificar un estándar de aislador que cumpla
con los requisitos de ASCE 7 para la funcionalidad y confiabilidad. Especificar este SISCF satisface
estos requisitos básicos de ASCE 7.
Este SISCF contiene criterios de resistencia que pretenden limitar el daño por movimientos sísmicos
a menos del 2%, 4% u 8% de los costos de reemplazo, en consonancia con los límites de daño sísmico
de resiliencia REDi Platino Oro, y Plata. Especificar este Estándar como el estándar de aislamiento
obligatorio en los planos estructurales requiere que los fabricantes de aisladores citen los aisladores
para minimizar los daños sísmicos equivalentes, seguridad, confiabilidad, ensayos y capacidades del
aislador según sea necesario para cumplir con requisitos mínimos de confiabilidad y Funcionalidad
de la ASCE 7.
El método de diseño por resistencia de la ASCE 7 Secciones 1.3.1.1 requiere que se aplique junto con
los estándares de materiales que especifican los estados límite de resistencia de los componentes
estructurales que cuando se aplican junto con ASCE 7 satisfacen los Requisitos Básicos de la Sección
1.3. Para las estructuras de concreto, las capacidades de los componentes especificados en ACI 318
dan como resultado estructuras que típicamente satisfarán la confiabilidad objetivo de la ASCE 7.
Para las estructuras de acero, las capacidades de los componentes especificados en AISC 360 dan
como resultado estructuras que típicamente satisfarán la confiabilidad objetivos de la ASCE 7. Este
SISCF es un estándar de materiales para aisladores sísmicos que especifica los estados límite de
resistencia para los aisladores según se requiera para los aisladores y las estructuras aisladas que
deben diseñarse de acuerdo con ASCE 7 Secciones 1.3.1.1 Procedimientos de resistencia. Si no se
especifica un estándar de aislamiento que satisfaga las confiabilidades objetivo especificadas en la
Tabla 1.3-2, o el requisito de funcionalidad de la Sección 1.3, la ASCE 7 requiere que los aisladores
y la estructura aislada cumplan con la Sección 1.3.1.3, Procedimientos basados en desempeño. Estos
procedimientos basados en el rendimiento requieren validaciones rigurosas que los aisladores, los
ensayos de aislamiento, el análisis estructural y la revisión por otros profesionales de todo el sistema
estructural que incorpora los aisladores no estándar cumplen con los requisitos de confiabilidad y
funcionalidad ASCE 7, como se realizó para calificar este SISCF.
La ASCE 7 en la tabla 1.3-2 especifica que las "Edificaciones Esenciales" deberían tener un riesgo
de inestabilidad estructural inferior al 2,5% en los miembros estructurales primarios en caso de
ocurrencia del Sismo Máximo Considerado "MCER". Este SISCF especifica los factores de capacidad
de los miembros para los aisladores de modo que las edificaciones esenciales (incluidos los puentes
críticos) tengan una probabilidad de inestabilidad del aislador inferior al 2,5%, de conformidad con
ASCE 7, Tabla 1.3-2. El desplazamiento especificado del aislador, DM, del ASCE 7-16 Capítulo 17
se basa en la demanda sísmica MCER especificada. Para reducir los riesgos de colapso del aislador
al 2.5%, los aisladores deben tener capacidades de 1.75 a 2.5 veces la demanda de desplazamiento
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del MCER. Cuando los aisladores sísmicos fabricados por fabricantes de alta calidad que están
calificados bajo este Estándar, y los aisladores son probados en los desplazamientos sísmicos que
incluyen los factores de seguridad especificados aquí, se cumple la confiabilidad objetivo para los
aisladores sísmicos. Este Estándar es el único estándar publicado que especifica las capacidades de
los aisladores que cumplen con las confiabilidades objetivos de la ASCE 7 para la estabilidad
estructural.
El uso de aisladores que cumplen con este SISCF, en lugar de tipos especiales de estructura dúctil, ha
resultado en estructuras que tienen costos de construcción totales más bajos en comparación con las
estructuras dúctiles especiales no aisladas.
Este SISCF depende de la ASCE 7-16 para las definiciones y la mayoría del análisis de la estructura
básica y las disposiciones de diseño. Este SISCF establece capacidades y propiedades mínimas de
aislamiento, y confiabilidad y longevidad del material, y ensayos de calificación para aisladores, y
requisitos de calificación para los fabricantes. Estas propiedades y capacidades mínimas del aislador
satisfacen los requisitos mínimos de ASCE 7 en cuanto a funcionalidad y confiabilidad, y cumplen
los mismos propósitos para las estructuras diseñadas por AASHTO. Este Estándar especifica los
ensayos necesarios para verificar las capacidades mínimas del aislador, las propiedades dinámicas y
los efectos ambientales y de envejecimiento que controlan la resistencia sísmica. Las curvas (loop)
de fuerza - desplazamiento analítico de límite superior e inferior para nuevos aisladores son
necesarios para que coincidan con las propiedades dinámicas verificadas de los ensayos. ASCE 7
carece de ensayos y criterios de aislamiento equivalentes.
La Organización Mundial de la Salud ha publicado directivas que los hospitales nuevos deben
diseñarse y construirse para mantener su capacidad máxima para funcionar después de un terremoto
[OMS; OPS]. Las directivas de la Organización Mundial de la Salud para la funcionalidad hospitalaria
después del terremoto han sido adoptadas por los Estados Unidos y otros 193 países. La Ley de
Seguridad Sísmica de Hospitales de California especifica que los hospitales deben estar diseñados
para "permanecer funcionales durante y después de un terremoto" [OSHPD]. Es necesario minimizar
el daño al contenido arquitectónico y de instalaciones para lograr la funcionalidad posterior al
terremoto para un hospital. El hospital más grande del mundo, de 10 millones de pies cuadrados,
instaló aisladores que se fabricaron y probaron de acuerdo con este SISCF https://goo.gl/wbfKi5. Los
aisladores de Triple Péndulo fueron diseñados para minimizar el daño a los componentes
arquitectónicos y al contenido del hospital a menos del 2% del costo de reemplazo, de conformidad
con el requisito de funcionalidad ASCE 7 y los límites de daño sísmico REDi Platino La estructura
del edificio permanece confiablemente elástica para las cargas DE (R=1), y esencialmente elástica
para las cargas MCER.
La mayoría de los propietarios de edificios esperan que los nuevos edificios no sean dañados por los
terremotos. Los tribunales de EE.UU. han dictaminado que el profesional de diseño estructural es
responsable de advertir al propietario sobre el daño sísmico y las pérdidas económicas que pueden
ocurrir. Ofrecer al propietario la opción entre los límites de daño sísmico objetivo, 2%, 4%, 8% o
100% para un cumplimiento mínimo del código, ayuda a proteger al profesional de diseño de
estructuras, al arquitecto y al contratista de reclamos por cualquier daño sísmico. Algunas
especificaciones de construcción para estructuras aisladas no han especificado ningún estándar de
aislador, ni ningún requisito de calificación para los fabricantes de aisladores. La falta de
especificación de un estándar de aisladores adecuado ha resultado en decenas de miles de aisladores
sísmicos peligrosos instalados en las estructuras. Algunos de estos aisladores peligrosos han sido
fabricados por fabricantes no calificados e instalados en hospitales. Es probable que estos aisladores
peligrosos provoquen el colapso de la estructura y causen muertes por terremotos en edificios
aislados, cuyos propietarios creen que están protegidos contra cualquier daño sísmico.
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Para las estructuras que cumplen con los requisitos mínimos de diseño de ASCE 7 Capítulo 17, y que
instalan aisladores de alta calidad capaces de soportar las cargas de diseño y desplazamientos
especificados por ASCE 7, pero sin un estándar aislante que especifique las capacidades de
aislamiento seguro, la probabilidad calculada de FEMA P695 el colapso es del 40% [Shao et al.], 16
veces el límite de riesgo de ASCE 7 para instalaciones esenciales.
Los procedimientos de análisis de historia de respuesta y fuerza lateral equivalente de ASCE 7 son
los procedimientos de análisis de la estructura permitidos en este SISCF. No se permite el análisis
por espectros de respuesta de ASCE 7 de estructuras aisladas basadas en la rigidez efectiva y el
amortiguamiento efectivo de los aisladores en el desplazamiento del MCER.
3. Alcance del Estándar de Aislamiento Sísmico para la Funcionalidad Continua
Establecer estándares para:
1. Calificaciones del fabricante
2. Ensayos de calificación del aislador
3. Estados límite de resistencia para el cortante y el desplazamiento del aislador, consistentes
con ASCE 7-16
4. Factores de seguridad para la resistencia al cortante del aislador y la capacidad de
desplazamiento
5. Ensayos de capacidad para verificar que se proporciona la fuerza y el desplazamiento
requeridos del aislador
6. Límites de daño objetivo por movimientos sísmicos para estructuras aisladas
7. Límites en la deriva media y máxima de piso para limitar el daño a los componentes
arquitectónicos
8. Límites de aceleración espectral de piso para limitar el daño a los contenidos y componentes
arquitectónicos
9. Límites del factor de reducción de la fuerza sísmica para limitar el daño a los componentes
estructurales (R = 1)
10. Ensayos dinámicos de propiedades para cada número de modelo de aislador
11. Ensayos de control de calidad de cada aislador
12. Calificaciones de la instalación de ensayo
13. Aisladores sísmicos como productos manufacturados ISO 9001
14. Programa de control de calidad del fabricante
15. Análisis de la estructura aislada y requisitos de diseño para edificios y otras estructuras
16. Análisis de la estructura aislada y requisitos de diseño para puentes
17. Tipos de estructura permitidos para ser utilizados con aisladores sísmicos calificados por
SISCF
18. Calificaciones del ingeniero de aislamiento sísmico
19. Responsabilidades del fabricante del aislador
20. Responsabilidades del profesional de diseño estructural
Este "Estándar" especifica criterios para aisladores y estructuras aisladas que pretenden limitar el
daño por movimientos sísmicos a los componentes arquitectónicos del edificio a menos del 2%, 4%
u 8% del costo de reemplazo del edificio, acorde con los límites de daño sísmico REDi Platino, Oro,
o Plata. Los criterios tienen la intención de que el marco estructural permanezca elástico y no sufra
daños estructurales significativos. La elección entre los límites de daño sísmico del 2%, 4% u 8%
controla las propiedades y tamaños del aislador, y la rigidez y la resistencia de la estructura requerida.
Los criterios en este documento están desarrollados para ser aplicados además de y junto con los
requisitos ASCE 7-16. Aplicar los criterios para cualquiera de los límites de daño objetivo, sea 2%,
4% u 8% permitirá que la mayoría de los componentes y el contenido de la mayoría de las
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instalaciones conserven su capacidad de funcionar después de un terremoto. Los criterios en este
Estándar, como se especifica para las estructuras de Categoría IV, cumplen con el límite de daño
sísmico REDi Platino y el requisito de Funcionalidad ASCE 7 para instalaciones esenciales.
Se recomienda que este Estándar se aplique junto con los criterios aplicables del Sistema de
clasificación de resiliencia REDi que aborda consideraciones sobre la resiliencia de la energía
eléctrica, el agua y otras necesidades de infraestructura, según sea necesario para mantener las
operaciones de una instalación después de un terremoto. Para las instalaciones que contienen
materiales o condiciones peligrosas, o que contienen equipo sensible o frágil necesario para las
operaciones de una instalación, se deben desarrollar evaluaciones de ingeniería apropiadas y ensayos
de aislamiento y criterios de diseño.
Para cumplir con las Confiabilidades objetivo especificadas en ASCE 7 Tabla 1.3-2, este Estándar
requiere de 1.5 a 2.5 veces más capacidad de desplazamiento que la demanda MCER calculada
utilizando las disposiciones de ASCE 7 Capítulo 17, "Requisitos de diseño sísmico para estructuras
aisladas sísmicamente". Para las estructuras que cumplen con este SISCF, cualquiera de los 84
sistemas de resistencia a la fuerza sísmica especificados en la Tabla 12.2-1 de la ASCE 7 pueden
utilizarse en cualquier Categoría de diseño sísmico, para cualquier altura de estructura, y satisfará la
Tabla 1.3-2 de ASCE 7 “Confiabilidades objetivo”. Los términos básicos utilizados en la industria
del aislamiento sísmico se definen en este documento. Otros términos, nomenclatura, definiciones y
símbolos utilizados en este documento son los definidos por ASCE 7-16.
Este estándar establece criterios de rendimiento para aisladores sísmicos que se aplican junto con los
estándares de calidad ISO para productos manufacturados. Este SISCF especifica criterios de diseño
relativamente simples para reducir sustancialmente el daño y las pérdidas sísmicas. Estos criterios de
resiliencia son preferibles a los criterios prescriptivos ASCE 7 para estructuras dúctiles, que limitan
los riesgos de colapso, pero permiten un daño estructural y arquitectónico sustancial. Estos criterios
de resistencia son mucho más fáciles de implementar y mucho más confiables que realizar
evaluaciones de daños de FEMA P58 para instalaciones individuales.
Este Estándar se actualizará a medida que aumente la experiencia con la aplicación del estándar. La
versión más reciente de este SISCF está disponible en línea en el enlace: https://goo.gl/h82Fnk . Al
hacer referencia a este SISCF como disposiciones obligatorias en las especificaciones de proyectos
individuales, o los requisitos generales de construcción de agencias gubernamentales o códigos, sirve
a los objetivos de reducir el daño por movimientos sísmicos lo suficiente para mantener la
funcionalidad de la instalación. El derecho de copiar o traducir todo o parte del estándar, o cualquier
concepto o método en este documento, se otorga al usuario con la condición de que se otorgue una
referencia y un crédito claros a este Estándar, a los autores y a la Universidad de California Berkeley.
Cada aislador sísmico instalado en una estructura nueva o existente deberá cumplir con los requisitos
de este SISCF. Cualquier componente estructural que soporte una carga vertical de estructura
primaria y acomode los desplazamientos laterales de aislamiento sísmico se define como un
"aislador" sísmico y debe cumplir con los requisitos de aislamiento de este SISCF. Toda nueva
estructura que incorpore aisladores sísmicos se diseñará y construirá de acuerdo con los requisitos de
este SISCF. Todo fabricante de componentes de sistemas de aislamiento sísmico que se utilizan en la
construcción debe cumplir los requisitos de calificación bajo este SISCF. Las disposiciones de ASCE
7 o AASHTO regirán sobre cualquier disposición conflictiva en cualquier otro estándar de diseño de
estructura. Cuando se especifica este SISCF, para todos los asuntos especificados en este documento,
este SISCF regirá sobre las disposiciones contradictorias en ASCE 7, AASHTO o cualquier otro
documento estándar o de código.
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4. Definiciones
DM: demanda de desplazamiento sísmico para los aisladores, considerando la demanda del sismo
máximo considerado, MCER, tal como se define en la ASCE 7, o el espectro de riesgo sísmico
equivalente definido por el código de diseño de la estructura aplicable.
DD: demanda de desplazamiento sísmico de los aisladores, considerando la demanda del sismo de
diseño, DE, como se define en ASCE 7, o los espectros de riesgo sísmico equivalente definidos por
el código de diseño de estructura aplicable.
Fabricante: entidad comercial que emplea directamente en la nómina a las personas que fabrican
físicamente los aisladores y adquieren los materiales aislantes. El fabricante y el ingeniero de
aislamiento sísmico son profesionales responsables de la ingeniería, las capacidades y las propiedades
del aislamiento.
Ensayos de Calificación del Fabricante: Ensayos realizados para demostrar la robustez, longevidad,
confiabilidad y comportamiento sísmico dinámico de los tipos y materiales de aisladores sísmicos del
fabricante.
Ensayos de Capacidad: Ensayos realizados para determinar la capacidad de resistencia y
desplazamiento de los números de modelo de aislador específicos y sus factores de seguridad.
Ensayos de Control de Calidad: Ensayos realizados en el 100% de todos los aisladores para verificar
las propiedades de diseño sísmico.
Ensayos Dinámicos de Propiedades: Ensayos realizados en dos aisladores representativos de cada
modelo de aislador para medir las propiedades dinámicas en un rango de cargas, desplazamientos y
número de ciclos de carga.
Período natural del Sistema de Aislamiento: El período natural calculado de vibración libre, de
movimiento cíclico lateral, de una masa rígida soportada en todo el sistema de aislamiento, donde la
masa representa la carga muerta de diseño total más la carga vertical sísmica soportada en todos los
aisladores.
Estándares del fabricante: los estándares del fabricante, que cumplen con los requisitos de la
Organización Internacional de Estándares, ISO 9001, para la fabricación de sus productos aislantes,
que incluyen: diseño, materiales y procedimientos para fabricación, ensayos y control de calidad.
SISCF: Estándar de Aislamiento Sísmico para la Funcionalidad Continua. https://goo.gl/h82Fnk
Ingeniero de Aislamiento Sísmico: El ingeniero profesional registrado, experto en el campo del
aislamiento sísmico, que trabaja a tiempo completo por el fabricante, y se responsabiliza
profesionalmente de las capacidades y propiedades del aislador, y de la exactitud de los ensayos y
presentaciones del aislador del fabricante.
Profesional de Diseño Estructural: el ingeniero profesional registrado responsable del diseño de la
estructura.
ESW ("Peso sísmico efectivo"): Tres valores resultantes de la carga vertical mínima, media y
máxima del aislador resultante de la carga muerta de diseño más la carga viva como es especificada
por ASCE 7 o AASHTO para su uso en el modelo analítico de la estructura.
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WEh: Carga Vertical del aislador resultante de los efectos del movimiento sísmico horizontal.
WEv: Carga Vertical del aislador resultante de los efectos del movimiento sísmicas verticales.
5. Requisitos de Calificación del Fabricante
Todo fabricante de componentes del sistema de aislamiento sísmico que se utilizará en la construcción
deberá cumplir los requisitos de calificación del fabricante de este SISCF. Cualquier tipo de aislador
péndulo o goma de material y fabricación de alta calidad puede satisfacer los requisitos de calificación
bajo este Estándar. Cualquier fabricante de aisladores confiable puede satisfacer los requisitos de
calificación según este Estándar. El fabricante deberá presentar las calificaciones de su Ingeniero de
Aislamiento Sísmico, un ingeniero profesional registrado empleado a tiempo completo por el
fabricante que asume la responsabilidad profesional de los componentes del aislador y los ensayos, y
está autorizado a celebrar contratos y compromisos jurídicamente vinculantes para el fabricante.
El Ingeniero de Aislamiento Sísmico del Fabricante deberá tener experiencia en materiales,
fabricación, longevidad y ensayos dinámicos del tipo de aisladores que se fabricarán, suficiente para
aceptar de manera confiable la responsabilidad profesional por los requisitos del Fabricante
especificados aquí. El ingeniero de aislamiento sísmico debe ser un ingeniero profesional registrado
con al menos 10 años de experiencia profesional trabajando en el diseño, fabricación y ensayos de
los tipos de aisladores del fabricante. El Ingeniero de Aislamiento Sísmico del Fabricante deberá ser
experto en el análisis y diseño de estructuras aisladas y estará disponible para ayudar al equipo de
diseño y construcción del proyecto, durante todo el diseño y la construcción.
El ingeniero de aislamiento sísmico del fabricante deberá firmar, sellar y enviar, bajo la licencia
profesional registrada de ingeniero, una presentación de calificación del fabricante, más todos los
demás informes del fabricante, presentaciones y datos de ensayos requeridos por este SISCF. El
Ingeniero de Aislamiento Sísmico debe ser un funcionario corporativo autorizado para comprometer
legalmente al Fabricante, y deberá asumir la responsabilidad profesional y legal de que los aisladores
tengan las capacidades, propiedades, longevidad y robustez ambiental y de envejecimiento
especificadas en las entregas del Fabricante, y para la precisión de todos los contenidos de todos los
documentos presentados por el fabricante. La presentación de las calificaciones del fabricante incluirá
y certificará:
1. Que las capacidades, propiedades y longevidad del aislador se ajustan a los criterios de
aislamiento especificados en este SISCF, consistentes con los ciclos de fuerza-desplazamiento
en su límite superior e inferior como se especifica en este documento, y cuando se aplican de
acuerdo con este SISCF satisfarán el rendimiento y la confiabilidad requerida para aisladores
como se especifica aquí.
2. Capacidades nominales para los aisladores ofrecidos, incluido el aislador máximo: carga de
compresión sísmica dinámica; carga de compresión sostenida; desplazamiento ascendente o
capacidad de carga de tensión, capacidad de desplazamiento lateral; y capacidad de resistencia
al cortante; según lo determinado por los ensayos de capacidad especificadas en este Estándar.
3. Resultados de los ensayos para aisladores utilizados en aplicaciones anteriores que tienen
capacidades y propiedades similares a las requeridas para la aplicación propuesta.
4. La clasificación de resistencia al fuego para los aisladores ofrecidos, basada en los ensayos de
fuego del aislador realizadas e informadas por un Underwriters Laboratory "UL" certificado.
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5. Los límites de daño sísmico REDi que los aisladores ofrecidos deben cumplir, cuando los
aisladores se instalan en la edificación propuesta siguiendo las recomendaciones del fabricante
para el diseño y la construcción de la edificación.
6. Certificado de gestión de calidad ISO 9001 actual y Manual de calidad ISO [ISO], que rigen
la calidad y confiabilidad de sus aisladores, materiales aislantes, procedimientos de
fabricación y procedimientos de ensayo, aprobados para el diseño y fabricación de sistemas
de aislamiento sísmico por un auditor registrado y acreditado ISO.
7. Resultados para los ensayos de calificación tal como se especifica en este documento, según
corresponda a la línea y los materiales del aislador sísmico del fabricante. Los ensayos de
Calificación deberán demostrar que los materiales y métodos de fabricación brindan
capacidades, propiedades, longevidad y robustez ambiental adecuadas para una vida útil de
50 años, sin la necesidad de servicio de mantenimiento, excepto reparaciones de daños
causados por incendio, inundación o accidentes. Para los tipos de aisladores del fabricante,
los datos de ensayos utilizados para desarrollar los bucles de desplazamiento de fuerza límite
superior e inferior para 50 años de envejecimiento y las condiciones ambientales, y analiza
los factores de propiedad de modificación y los valores de propiedad de límite superior e
inferior de acuerdo con este SISCF y ASCE 7- 16 17.2.8.
8. Que todos los aisladores que se probaron para demostrar el cumplimiento de este SISCF
fueron fabricados por el fabricante, de conformidad con el Sistema de gestión de calidad ISO
9001 certificado y auditado por el fabricante.
9. Que todos los datos de los ensayos del aislador presentados son precisos, y las instalaciones
de prueba del aislador que se utilizarán satisfacen los requisitos de calificación aquí.
10. Que los estándares del fabricante producen aisladores que tienen una calidad y confiabilidad
que excede los generalmente logrados para los componentes genéricos de la estructura que se
fabrican de acuerdo con AISC 360, ACI 318 y los estándares de materiales ASTM
correspondientes.
11. Para los tipos de aisladores deslizantes, envíe: datos de ensayo para: los efectos de una peor
contaminación y hielo sobre la superficie deslizante; datos de ensayos a fuego para determinar
la clasificación de fuego del aislador; desgaste del forro resultante de 50 años de movimientos
en la estructura; efectividad de las cubiertas protectoras para evitar que la suciedad, el agua y
el hielo contaminen las superficies deslizantes; efectos del calentamiento dinámico sobre las
propiedades del aislador; efectos de la velocidad en las propiedades de fricción del aislador;
y los efectos de la presión de contacto del revestimiento en las propiedades de fricción del
aislador.
12. Para los tipos de aisladores elastoméricos, envíe datos de ensayo para: los efectos del
calentamiento dinámico sobre las propiedades del aislador; datos de ensayo de fuego para
determinar la clasificación de fuego del aislador; datos de ensayo de fuego para cubiertas
protectoras que proporcionan la clasificación de fuego; datos de ensayos de fatiga cíclica para
los núcleos de plomo y laminaciones de caucho resultantes de 50 años de movimientos en la
estructura; ensayos de calificación de materiales para un compuesto de caucho para las cuales
las certificaciones de ASTM muestran que la pérdida de capacidad de elongación, o el
aumento de la rigidez de elongación, es inferior al 10% en 50 años. Se deben enviar datos
completos de ensayos fuerza-desplazamiento para cualquier ciclo de ablandamiento realizado
con aisladores elastoméricos antes de la calificación especificada, la propiedad dinámica o los
10
ensayos de control de calidad. El límite superior del ciclo fuerza para aisladores nuevos y
envejecidos debe incluir el 100% de los efectos de propiedad no ablandados. El Ingeniero de
Aislamiento Sísmico debe certificar que los datos de ensayos presentados incluyen cualquier
ciclo de ablandamiento realizado, y los efectos completos de las propiedades sin
ablandamiento se incluyen en el límite superior de sus propiedades.
13. Que el fabricante cumpla con todos los requisitos de calificación especificados en este
Estándar, y que el fabricante y el ingeniero de aislamiento sísmico cumplirán con los
requisitos de este SISCF para todos sus productos aislantes y servicios prestados a todos sus
clientes.
14. Indique los aisladores vendidos por el fabricante, o especificados por el ingeniero de
aislamiento sísmico, que no superaron los ensayos del aislador especificadas, o para los cuales
se denegó la aprobación de la instalación, o se eliminaron los aisladores de la construcción, o
que se retrasaron en la entrega instalación.
Cualquier Proveedor de Aisladores, Fabricante o Ingeniero de Aislamiento Sísmico que no cumplió
con los requisitos de este Estándar, o los requisitos del código de diseño de la estructura aplicables a
continuación, donde tal falla resultó en la negación de la aprobación de los componentes aisladores
en la construcción, o requirieron que sus aisladores sean removidos de la construcción, y habiendo
fallado así en 2 aplicaciones diferentes de construcción dentro de un período de 10 años, serán
descalificados bajo este Estándar por 20 años después de la última falla.
El profesional de diseño estructural revisará la presentación de calificaciones del fabricante y
aprobará que el fabricante y los aisladores propuestos satisfagan los requisitos de este SISCF. Los
aisladores no se pueden instalar en ninguna construcción a menos que los aisladores y el fabricante
hayan sido aprobados por el profesional de diseño estructural que satisfacen los requisitos de este
Estándar.
6. Ensayos Requeridos para el Aislador y Certificaciones de las Instalaciones de
Prueba
El fabricante deberá enviar los datos de las pruebas de los Ensayos de Calificación, Ensayos de
Capacidad, Ensayos Dinámicos de Propiedades y Ensayos de Control de Calidad, y datos de
certificación para las instalaciones de prueba, para la aprobación por escrito del Profesional de Diseño
Estructural. Para todos los aisladores aprobados, el fabricante deberá fijar una etiqueta en cada
aislador que identifique el número de modelo, el mes y año de fabricación, y un número de secuencia
de lote de producción, de modo que cada aislador producido sea identificable de forma única y
rastreable al ensayo de control de calidad realizado. Todos los ensayos de los aisladores y las
calificaciones de la instalación de prueba se enviarán en informes firmados y sellados por el Ingeniero
de Aislamiento Sísmico, certificando que los resultados y los datos en los informes son precisos.
Los ensayos de aislamiento se realizan en o por encima de los factores especificados de la demanda
de desplazamiento de DM definida en la ASCE 7, y Vb para la demanda de cortante del MCER. Los
programas de prueba del aislador especificados en ASCE 7 y AASHTO son esencialmente los
mismos que se desarrollaron hace 30 años para verificar que los nuevos tipos de aisladores que se
ofrezcan para la venta sean adecuados. Para los fabricantes de aisladores calificados que hayan
realizado las pruebas en aisladores según ASCE 7 o AASHTO en al menos 20 de sus modelos de
aisladores, las pruebas de aisladores especificadas en ASCE 7 o AASHTO no se aplican a los ensayos
especificados en este SISCF. Los datos de calificación de la instalación de prueba incluirán lo
siguiente: (a) un informe detallado del registro de datos y reducción de datos y procedimientos de
11
informe, incluyendo todas las correcciones y ajustes de las mediciones de datos brutos, (b) registros
de calibración de equipos de medición de carga usando celdas de carga calibrado y certificado por
una agencia de calibración independiente que utiliza celdas de carga certificadas rastreables del
Instituto Nacional de Estándares y Tecnología "NIST" o equivalente.
El equipo que mide el cortante y la carga vertical en el aislador debe estar rígidamente conectado
directamente al aislador. La medición indirecta de las cargas del aislador modificadas a través de la
reducción de datos para tener en cuenta la fricción de la máquina de prueba que se produce en la ruta
principal de carga lateral no está permitida. El fabricante debe presentar estas calificaciones de la
instalación de prueba para las instalaciones de prueba asociadas con el fabricante. Para los
laboratorios independientes reconocidos internacionalmente, el profesional de diseño estructural
optar por exigir estas calificaciones de la instalación de prueba, o aprobar calificaciones de
instalaciones de prueba alternativas que sirvan para propósitos equivalentes.
7. Ensayos de Calificación de Aisladores
Deberán enviarse los ensayos de calificación del fabricante del aislador que demuestren la
confiabilidad de los tipos de productos del aislador del fabricante, los materiales, la ingeniería, el
proceso de fabricación y el control de calidad. Para las pruebas de calificación especificadas en este
SISCF, no menos de 10 de estos programas de prueba deben haberse realizado en no menos de tres
laboratorios de pruebas independientes creíbles diferentes. El Ingeniero de Aislamiento Sísmico del
fabricante certificará que todos los datos e informes de las Pruebas de Calificación representan con
exactitud los aisladores del fabricante y cumplen con los requisitos del presente. Los fabricantes
deberán presentar para su aprobación por parte del Profesional de Diseño de Estructuras los resultados
de las Pruebas de Calificación, incluyendo como mínimo:
1. Resultados individuales de los ensayos de aislamiento para la fuerza lateral vs el
desplazamiento de al menos seis números de modelo de aislador de tamaño completo
diferentes producidos por ese fabricante que se probaron en un mínimo de tres diferentes
laboratorios de pruebas independientes confiables.
2. Al menos tres programas de ensayos en mesa de vibradora de los tipos de aisladores del
fabricante que estuvieron sujetos a movimientos bidireccionales laterales y verticales
simultáneos, realizados en un laboratorio independiente de pruebas confiable.
3. Al menos un programa de prueba en mesa de vibradora de aisladores a escala completa que
estuvieron sujetos a movimientos bidireccionales laterales y verticales, realizados en un
laboratorio de ensayo independiente confiable.
4. Ensayos para determinar la clasificación de resistencia al fuego, basada en pruebas de
incendio de aisladores de tamaño completo según lo realizado e informado por un
Underwriters Laboratory "UL" certificado.
5. Resultados de la prueba de los efectos del envejecimiento y la exposición ambiental, incluidas
las temperaturas frías y calientes. Los aisladores deslizantes también requieren resultados de
prueba para: desgaste del revestimiento debido a las cargas en servicio; la presencia de agua
contaminada que contiene barro, arena y partículas de óxido; la presencia de hielo en las
superficies deslizantes. Los aisladores elastoméricos también requieren resultados de ensayo
para efectos de recuperación de propiedades sin ablandamiento (scragging); exposición a la
radiación ultravioleta; degradación del elastómero al adhesivo de acero; y fatiga cíclica debido
a cargas de servicio. La cuantificación de los factores de modificación de la propiedad, según
12
lo especificado por ASCE 7-16 Sección 17.2.8, se basará en estos ensayos de calificación. El
modelo en su límite superior para aisladores envejecidos debe ser consistente con λaemax como
se especifica para los factores de modificación de propiedad ASCE 7-16. Los efectos de la
contaminación ambiental de los aisladores de tamaño completo se pueden usar directamente,
sin factores de seguridad adicionales. Los efectos del envejecimiento medidos a partir de
ensayos a aisladores reales de tamaño real pueden escalarse linealmente para representar 50
años de envejecimiento, según los efectos medidos para la edad del aislador probado. Los
efectos del envejecimiento medido a partir del envejecimiento simulado de los aisladores de
tamaño completo se ampliarán con un factor de seguridad de 2.0. Los efectos del
envejecimiento o de los efectos ambientales medidos a partir del envejecimiento simulado de
los ensayos de muestras de material se deben ampliar con un factor de seguridad de 3.0.
8. Ensayos de Capacidad
Las ensayos de capacidad se realizan con un mínimo de dos aisladores de cada modelo,
proporcionando al menos dos conjuntos completos de resultados. Las capacidades nominales del
modelo de aislador para cargas verticales y levantamiento, y la resistencia al cortante y
desplazamiento lateral, no deberán exceder aquellos valores verificados a través de los resultados de
los ensayos de capacidad realizadas tal como se especifica en este SISCF. Las cargas verticales y
cortantes, y las demandas de levantamiento y desplazamiento lateral, calculadas por el profesional de
diseño estructural no pueden exceder las capacidades nominales del fabricante.
Las deflexiones verticales del aislador, cargas verticales, desplazamiento lateral y cargas laterales
deben informarse para todas las cargas y desplazamientos especificados por los ensayos de capacidad.
El aislador debe ser capaz de soportar la carga vertical especificada, como una carga vertical
sostenida, en el desplazamiento lateral especificado. El daño estructural del aislador está permitido y
se espera durante estos ensayos de capacidad. Los aisladores probados de capacidad no se pueden
usar para la construcción.
Cuando la rigidez o amortiguamiento efectivo del aislador medida en las direcciones de 45 o 90
grados difiere en más del 15% de la primera dirección de carga, entonces se determina que las
propiedades no son simétricas respecto al eje vertical, y todos los ensayos de capacidad subsiguientes
deben realizarse en las tres direcciones de carga especificadas a continuación. Los aisladores que
tienen propiedades simétricas alrededor del eje vertical central del aislador deben realizar los ensayos
de capacidad subsiguientes a +/- el desplazamiento especificado en una dirección de carga lateral.
Los aisladores que no tienen propiedades simétricas respecto el eje vertical central del aislador deben
realizar estos ensayos de capacidad en +/- el desplazamiento especificado en tres direcciones de carga
lateral: la primera dirección, luego girada 45 grados en el sentido de las agujas del reloj desde la
primera dirección, luego girada 90 grados en el sentido de las agujas del reloj desde la primera
dirección.
8.1.Propiedades Sísmicas de Diseño: Realice 3 ciclos completos de carga lateral en compresión
combinada y cortante, manteniendo una carga de compresión promedio sostenida durante los tres
ciclos no inferior a la ESW promedio. La amplitud del desplazamiento lateral cíclico no debe ser
inferior a DD. La duración total para completar los 3 ciclos no debe ser más de 3.1 veces el período
natural del sistema de aislamiento.
8.2.Dirección de carga: Realice tres ciclos de carga laterales completos a una amplitud no inferior a
DD, manteniendo una carga de compresión promedio no inferior a la ESW promedio, realizada
con el aislador girado 45 grados en sentido horario desde la prueba de propiedades de diseño
sísmico, y repetido con el aislador girado 90 grados en el sentido de las agujas del reloj desde la
13
dirección de la prueba de Propiedades de diseño sísmico. La duración total para completar los 3
ciclos no debe ser más de 3.1 veces el período natural del aislador.
8.3.Resistencia al cortante en la carga vertical de compresión mínima (o carga de tensión
máxima): Cargue verticalmente el aislador a la carga vertical descendente (o carga de tensión
máxima) de los efectos de carga combinados de ESW menos WEh. El aislador cargado se somete
luego a un ciclo completamente invertido de carga lateral con una amplitud de desplazamiento no
inferior a DM.
8.4.Desplazamiento lateral DM más desplazamiento ascendente máximo: Comenzando en la
posición lateralmente no desplazada, aplique el ESW promedio, y luego el aislador se desplaza a
no menos de + DM, luego se impone el desplazamiento ascendente máximo y el aislador se
desplaza de nuevo a la posición inicial, luego la ESW promedio se vuelve a aplicar y el aislador
se desplaza lateralmente a una amplitud no inferior a -DM, luego se impone el desplazamiento
ascendente máximo y el aislador se desplaza de nuevo a la posición inicial, luego la ESW
promedio es aplicado y se realiza un ciclo de desplazamiento lateral completo a no menos de +/-
DM. Este ensayo no debe dar como resultado una pérdida permanente de compresión del aislador,
tensión o capacidad de carga lateral.
8.5.Carga vertical máxima: El aislador está sujeto a cargas verticales no menores que la carga
máxima para los efectos combinados de ESW máximo más WEh más WEv. Esta carga vertical
máxima se aplica cinco veces: en la posición lateral no desplazada, más +/- DD y +/- DM. El
aislador se carga verticalmente a la carga vertical descendente máxima para los efectos
combinados de ESW más WEh, y esta carga se mantiene mientras el aislador está sujeto a un
ciclo completamente invertido de carga lateral con una amplitud de desplazamiento no inferior a
DM. En los desplazamientos +/- DM habrá una rotación impuesta de la placa aislante superior con
respecto a la placa aislante inferior de no menos de la capacidad de rotación relativa nominal, o 1
grado, lo que sea mayor. El bucle de fuerza-desplazamiento del ensayo tendrá una capacidad
incremental de fuerza positiva para todos los desplazamientos incrementales lejos de la posición
centrada del aislador. La fuerza restauradora lateral mínima especificada en ASCE 7.17.2.4.4 se
cumple cuando el lazo fuerza-desplazamiento de este ensayo demuestra la fuerza mínima de
restauración lateral requerida de ASCE 7. Los requisitos mínimos de fuerza de restauración lateral
del sistema de aislamiento de la Especificación de la Guía AASHTO para el Diseño de
Aislamiento Sísmico se reemplazan por los resultados de este ciclo de ensayo de fuerza y
desplazamiento que cumple con la norma ASCE 7.17.2.4.4.
8.6.Capacidad de Cortante y capacidades de desplazamiento lateral: Cargue verticalmente el
aislador en la ESW máxima con el aislador en la posición lateralmente sin desplazamiento.
Entonces, el aislador está sujeto a desplazamientos laterales incrementados en la dirección más a
un desplazamiento igual al factor especificado multiplicado por + DM. Luego, comenzando desde
la posición del aislador no desplazado, el aislador se desplaza en la dirección negativa hasta el
factor especificado multiplicado por -DM. En todas las excursiones de desplazamiento lateral más
y menos, el aislador deberá demostrar la capacidad de soportar la ESW de carga vertical. Las
resistencias al cortante del aislador medidas durante las excursiones de desplazamiento lateral
más y menos no deberán ser menores que el valor del corte analítico del modelo de límite inferior
en DM multiplicado por el factor de capacidad de carga de corte especificado. Para incrementos
en desplazamientos laterales de hasta 1.25 DM, los gráficos de fuerza lateral frente a deflexión
tendrán una capacidad incremental positiva de resistencia a la fuerza.
1. Para estructuras de Categoría I y II de Riesgo, o Puentes Ordinarios, con un sistema de
aislamiento donde todos los aisladores proporcionan una rigidez lateral más allá de DM
correspondiente a un período natural del sistema de aislamiento de 0.75 a 2.5 segundos, este
14
ensayo se realiza con un desplazamiento de 1.5 DM. La resistencia al corte lateral del aislador
en cada dirección de carga no debe ser inferior a 2,0 veces el cortante del aislador en el modelo
analítico en su límite inferior en DM. El cortante en el aislador que se produce en cualquier
desplazamiento mayor que la DM no debe ser menor que el cortante del modelo analítico en
su límite inferior en la DM. La capacidad de movimiento de todos los componentes
desplazados por los movimientos del aislador sísmico no debe ser inferior a 1,5 DM. No se
requiere un Sistema de restricción de desplazamiento suplementario ni una pared de foso. No
se permiten componentes arquitectónicos o estructurales (excluyendo aisladores) que
comiencen a restringir los desplazamientos laterales a menos de 1.5 DM.
2. Para estructuras de Categoría III y IV de Riesgo, o Puentes Críticos o Esenciales, con un
sistema de aislamiento donde todos los aisladores proporcionan una rigidez lateral más allá
de DM correspondiente a un período natural de aislamiento de 0.75 a 2.5 segundos, este ensayo
se realiza con un desplazamiento de 1.75 DM. La resistencia al cortante lateral del aislador en
cada dirección de carga no debe ser inferior a 3,0 veces el cortante del aislador en el modelo
analítico en su límite inferior en DM. El cortante del aislador que se produce en cualquier
desplazamiento mayor que la DM no debe ser menor que el cortante del modelo analítico en
su límite inferior en DM. La capacidad de movimiento requerida de todos los componentes
desplazados por los movimientos del aislador sísmico será de 1.75 DM. No se requiere un
sistema de restricción de desplazamiento o un muro de foso. No se permiten componentes
arquitectónicos o estructurales (excluyendo aisladores) que comiencen a restringir los
desplazamientos laterales a menos de 1.75 DM.
3. Para los sistemas de aislamiento que no cumplen con los requisitos de rigidez post-DM para
los puntos 1 o 2 anteriores, pero que están instalados en estructuras que tienen componentes
estructurales que constituyen un "sistema de restricción de desplazamiento" conforme, este
ensayo se realiza con un desplazamiento de 2,25 DM. El sistema de restricción de
desplazamiento, como las paredes de foso que evitan el desplazamiento excesivo del aislador,
no debe restringir los desplazamientos laterales a menos de 2.25 DM. La resistencia al cortante
lateral del aislador en cada dirección de carga no debe ser inferior a 1,5 veces el cortante del
aislador del modelo analítico en DM. El sistema de restricción de desplazamiento tendrá una
capacidad de restricción de fuerza lateral de diseño en todas las direcciones laterales de 5.0
veces la suma del cortante del modelo analítico del aislador en su límite inferior en DM
resultantes de todos los aisladores. Para las estructuras que tienen un sistema de restricción de
desplazamiento de este tipo, esta prueba de aislamiento se realiza con un desplazamiento 1.5
veces mayor que los desplazamientos ortogonales que activan el sistema de restricción de
desplazamiento. El cortante del aislador que se produce en desplazamientos superiores a DM
no debe ser inferior al cortante del modelo analítico en su límite inferior en DM. La capacidad
de movimiento requerida de todos los componentes desplazados por los movimientos del
aislador sísmico debe ser 1,5 veces mayor que los desplazamientos ortogonales que activan el
sistema de restricción de desplazamiento. No se permiten los componentes arquitectónicos o
estructurales (excluyendo los aislantes) que comiencen a restringir los desplazamientos
laterales a menos de 1.5 veces el desplazamiento que se aplica al sistema de restricción de
desplazamiento.
4. Para los sistemas de aislamiento que no cumplen con los puntos 1, 2 o 3 anteriores, este ensayo
se realiza con un desplazamiento de 2.5 DM. La resistencia al cortante lateral del aislador en
cada dirección de carga no debe ser inferior a 2,0 veces el cortante del aislador del modelo
analítico en su límite inferior en DM. Para incrementos en los desplazamientos laterales de DM
a 2.5 DM, los gráficos de fuerza lateral versus desplazamiento tendrán una capacidad
incremental positiva de resistencia a la fuerza. La capacidad de movimiento requerida de todos
los componentes afectados por los movimientos del aislador sísmico será de 2,5 DM. No se
15
permiten componentes arquitectónicos o estructurales (excluyendo aisladores) que comiencen
a restringir los desplazamientos laterales a menos de 2.5 DM.
9. Ensayos Dinámicos de Propiedades
Los ensayos dinámicos de propiedades se realizarán en dos aisladores de cada tipo de modelo, como
se fabrica para cada aplicación de proyecto. Los ensayos se deben realizar en los factores
especificados de las cargas verticales de diseño de la aplicación y los desplazamientos de DD y DM.
El número de ciclos se completará de acuerdo con el tiempo especificado. Las deflexiones verticales,
las cargas verticales, los desplazamientos laterales y las cargas laterales de los aisladores deberán
informarse para todos los puntos de datos de los ciclos de ensayos dinámicos de propiedades. Todos
los bucles laterales de fuerza-desplazamiento de todos los ensayos dinámicas de propiedad mostrarán
una capacidad de carga incremental positiva para todos los desplazamientos incrementales alejados
de la posición centrada del aislador. Las pruebas de propiedades dinámicas realizadas deben ser
rastreables a la etiqueta fija en cada aislador probado. Los bucles de fuerza analítica del límite superior
e inferior del fabricante se trazarán y se compararán con cada una de las pruebas especificadas. Para
cada modelo de aislador, el fabricante deberá especificar ciclos de desplazamiento de fuerza límite
inferior y superior que especifiquen las propiedades de aislador de límite superior e inferior aplicables
a estos ensayos dinámicos de propiedad. Los ensayos se realizarán en el orden que se muestra en los
mismos dos aisladores.
9.1.Diseño de la estructura Propiedades sísmicas: Realice 3 ciclos completos de carga lateral en
compresión y cortante combinada, manteniendo una carga de compresión promedio sostenida
durante los tres ciclos a no menos de la ESW promedio. La amplitud del desplazamiento lateral
cíclico no debe ser inferior a DD. La duración total para completar los 3 ciclos no debe ser más de
3.1 veces el período natural del sistema de aislamiento. El Keff de cada bucle no deberá exceder
el Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante en más del 20%. El
área de cualquier bucle (EDC) no debe exceder el área del bucle de desplazamiento de fuerza
límite superior del fabricante en más del 30%. La Keff promedio para los 3 ciclos no debe exceder
en más del 10% la Keff del lazo de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante. El
área promedio de los bucles para los 3 ciclos no deberá exceder el área del bucle de
desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante en más del 20%. El área promedio de los
bucles para los 3 ciclos no debe ser inferior a 0,7 veces el área del bucle de desplazamiento de
fuerza límite inferior del fabricante. El valor de fuerza cortante para cualquier porción de
cualquier bucle no deberá estar fuera del ciclo fuerza-desplazamiento límite del fabricante en más
del 40% del valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del
fabricante.
9.2.Movimientos de nivel de servicio: Realice 240 ciclos de carga lateral completos en compresión
y cortante combinada, con una carga de compresión promedio no inferior a la ESW promedio. La
amplitud del desplazamiento lateral cíclico no debe ser menor a 0.05DD. La duración total del
tiempo para completar los 240 ciclos no debe ser inferior a 480 segundos ni superior a 500
segundos. La Keff promedio para los 240 ciclos no debe exceder en más del 10% la Keff del lazo
de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante. El área promedio de los bucles para
los 240 ciclos no debe exceder el área del bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del
fabricante en más del 20%. La Keff promedio para los 240 ciclos no debe ser menor que el 60%
del Keff del lazo de desplazamiento de fuerza límite inferior del fabricante. El área promedio de
los bucles para los 240 ciclos no debe ser menor que el 50% del área del bucle de desplazamiento
de fuerza límite del fabricante. El valor de fuerza cortante para cualquier porción de cualquier
bucle no deberá estar fuera del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante en más del
30% del valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del
fabricante.
16
9.3.Amplitud de desplazamiento lateral: Realice 3 ciclos de carga lateral completos en compresión
y cortante combinada en cada desplazamiento lateral cíclico: DM, 0.75DM, DD, 0.5DD, 0.25DD,
0.1DD. La carga de compresión promedio sostenida durante cada uno de los tres ciclos no debe
ser menor que la ESW promedio. La duración total del tiempo para completar cada uno de los 3
ciclos no debe ser más de 3.1 veces el período natural del aislador. El Keff de cada bucle no debe
ser inferior a las 0,8 veces Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante. La
Keff promedio de los bucles para los 3 ciclos en DM no será menor que la Keff del bucle de
desplazamiento de fuerza límite inferior del fabricante. El área promedio de los bucles para los 3
ciclos en DM no debe ser menor que 0.9 veces el área del bucle de desplazamiento de fuerza límite
inferior del fabricante. El valor de fuerza lateral para cualquier porción de cualquier bucle del
ensayo no deberá estar fuera del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante en más
del 50% del valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del
fabricante. Los 3 ciclos realizados en el desplazamiento de DM deberán satisfacer la Fuerza
Restauradora Lateral mínima como se especifica en ASCE 7.17.2.4.4.
9.4.Amplitud de carga vertical: Realice 3 ciclos completos de carga lateral en compresión y cortante
combinada a una amplitud del desplazamiento lateral cíclico no inferior a DD, en cada una de las
siguientes cargas verticales: ESW mínimo; ESW promedio; ESW máximo. La duración total del
tiempo de cada 3 ciclos no debe ser más de 3.1 veces el período natural del sistema de aislamiento.
El Keff de cada bucle no debe ser inferior a las 0,8 veces Keff del bucle de desplazamiento de fuerza
límite del fabricante. La Keff promedio de los bucles para los 3 ciclos en DM no será menor que la
Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite inferior del fabricante. El área promedio de los
bucles para los 3 ciclos en DM no debe ser menor que el área del bucle de desplazamiento de
fuerza con límite inferior del fabricante. El valor de fuerza lateral para cualquier porción de
cualquier bucle de ensayo no deberá estar fuera del bucle de desplazamiento de fuerza límite del
fabricante en más del 40% del valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza
límite superior del fabricante.
9.5.Capacidad de energía y disipación de calor: El aislador se carga lateralmente durante 10 ciclos
de desplazamiento completos impuestos consecutivamente a amplitudes no inferiores a +/- DD.
La carga de compresión promedio sostenida durante los diez ciclos no debe ser menor que la ESW
promedio. La duración total para completar los 10 ciclos de carga lateral no debe ser más de 10.2
veces el período natural del aislador. El área promedio de los bucles para los 10 ciclos no debe
ser menor que 0,8 veces el área del bucle de desplazamiento de fuerza límite inferior del
fabricante. La Keff promedio de los bucles para los 10 ciclos no debe ser menor que 0.85 veces la
Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante. El valor de fuerza lateral para
cualquier porción de cualquier bucle de prueba no deberá estar fuera del bucle de desplazamiento
de fuerza límite del fabricante en más del 40% del valor de cortante en DD para el bucle de
desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante.
9.6.Diseño estructural Propiedades sísmicas repetidas: Realice 3 ciclos completos de carga lateral
en compresión y cortantes combinados, manteniendo una carga de compresión promedio
sostenida durante los tres ciclos no inferior a la ESW promedio. La amplitud del desplazamiento
lateral cíclico no debe ser inferior a DD. La duración total para completar los 3 ciclos no debe ser
más de 3.1 veces el período natural del sistema de aislamiento. El Keff de cada bucle no deberá
exceder el Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante en más del
20%. El área de cualquier bucle no debe exceder el área del bucle de desplazamiento de fuerza
límite superior del fabricante en más del 30%. La Keff promedio para los 3 ciclos no debe exceder
en más del 10% la Keff del lazo de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante. El área
promedio de los bucles para los 3 ciclos no deberá exceder el área del bucle de desplazamiento
de fuerza límite superior del fabricante en más del 20%. El área promedio de los bucles para los
17
3 ciclos no debe ser inferior a 0,7 veces el área del bucle de desplazamiento de fuerza límite
inferior del fabricante. El valor de fuerza cortante para cualquier porción de cualquier bucle no
deberá estar fuera del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante en más del 40% del
valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante.
Si la Keff promedio para los 3 ciclos para la Prueba 9.6 es más de 10% diferente a la de la Prueba
9.1, entonces el aislador no se puede usar para la construcción. Si el área promedio de los bucles
para los 3 ciclos para la Prueba 9.6 es más de 10% diferente a la de la Prueba 9.1, entonces el
aislador no se puede usar para la construcción.
10. Pruebas de Control de Calidad
Se deben realizar pruebas de control de calidad en el 100% de todos los aisladores. El daño del
aislador durante estas pruebas no está permitido. Los aisladores que no cumplan con estos criterios
no se pueden usar en la construcción.
Realice 3 ciclos completos de carga lateral en compresión y cortante combinada, manteniendo una
carga de compresión promedio sostenida durante los tres ciclos a no menos de la ESW promedio. La
amplitud del desplazamiento lateral cíclico no debe ser inferior a DD. La duración total para completar
los 3 ciclos no debe ser más de 3.1 veces el período natural del sistema de aislamiento.
El Keff de cada bucle no deberá exceder el Keff del bucle de desplazamiento de fuerza límite superior
del fabricante en más del 20%. El área de cualquier bucle no debe exceder el área del bucle de
desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante en más del 30%. La Keff promedio para los
3 ciclos no debe exceder en más del 10% la Keff del lazo de desplazamiento de fuerza límite superior
del fabricante. El área promedio de los bucles para los 3 ciclos no deberá exceder el área del bucle de
desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante en más del 20%. El área promedio de los
bucles para los 3 ciclos no debe ser inferior a 0,7 veces el área del bucle de desplazamiento de fuerza
límite inferior del fabricante. El valor de fuerza cortante para cualquier porción de cualquier bucle no
deberá estar fuera del bucle de desplazamiento de fuerza límite del fabricante en más del 40% del
valor de cortante en DD para el bucle de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante.
Las propiedades de aislamiento promedio de las pruebas de control de calidad para todos los
aisladores de un modelo dado se definen como las "Propiedades de diseño nominales" para los
propósitos de diseño de ASCE 7 o AASHTO. El Keff promedio de las pruebas de control de calidad
para todos los aisladores de un modelo dado no debe exceder la Keff del lazo de desplazamiento de
fuerza límite superior del fabricante para el promedio de nuevos aisladores de ese modelo. El área
promedio de los bucles de las pruebas de control de calidad para todos los aisladores de un modelo
dado no debe exceder el área del lazo de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante para
el promedio de nuevos aisladores de ese modelo.
El modelo analítico de límite superior para nuevos aisladores, utilizado para desarrollar el modelo
analítico de límite superior utilizado para calcular las fuerzas sísmicas de estructura, representará con
precisión la forma, Keff y EDC del lazo de desplazamiento de fuerza límite superior del fabricante
para las propiedades medias medidas para nuevos aisladores de ese modelo.
11. Capacidades y propiedades del aislador clasificado cuando se calculan en base
a pruebas realizadas en diferentes tamaños del mismo tipo de aislador, o a una
velocidad de prueba más lenta
Para que el fabricante haya completado al menos 20 programas de Capacidad de aislamiento o Prueba
de calificación, que se realizaron en laboratorios de pruebas independientes reconocidos
18
internacionalmente, no es necesario realizar pruebas de capacidad para cada tamaño de modelo del
tipo de aislador de ese fabricante. Para los fabricantes que satisfacen estos criterios de calificación,
las capacidades nominales del aislador pueden basarse en un método de cálculo de la capacidad del
aislador basado en las pruebas de capacidad del aislador como se especifica en este SISCF.
Para las capacidades directamente entre los resultados de la prueba de capacidad para los modelos
probados, las capacidades nominales no obtenidas directamente mediante prueba se limitarán a 0.9
veces la capacidad calculada como una interpolación directa entre los valores de prueba disponibles.
Cuando las capacidades nominales se extrapolen para aisladores más grandes que aquellos probados
en capacidad, o para desplazamientos superiores a aquellos probados en capacidad, o para cargas
superiores a la capacidad probada, las capacidades nominales se limitarán a 0,8 veces la capacidad
calculada utilizando el método de cálculo de capacidad calibrado el límite inferior de los modelos
probados de capacidad. Las capacidades nominales para cargas verticales y cortantes que son más
grandes que las demostradas por las Pruebas de Capacidad no deben exceder 10 veces la capacidad
de carga medida como se demuestra a través de los resultados de la Prueba de Capacidad. Las
capacidades de desplazamiento lateral y de elevación elevadas que son más grandes que las
capacidades probados no deben exceder 3 veces las capacidades medidas, como se demuestra a través
de los resultados de la prueba de capacidad.
El método de cálculo de capacidad para cargas verticales nominales y desplazamiento ascendente, y
resistencia al cortante y desplazamiento lateral, se calibrará para representar las capacidades de límite
inferior de al menos 40 resultados de prueba para la capacidad calculada, obtenida a partir de pruebas
realizadas en no menos de 10 diferentes tamaños del mismo tipo de aislador por el mismo fabricante.
Cuando las propiedades del aislador se extrapolen para aisladores más grandes que aquellos modelos
de tamaño completo que fueron probados con propiedades dinámicas, se usarán los Factores de
modificación de propiedades para los efectos de escala para contabilizar las variaciones de propiedad
del aislante resultantes de los efectos del tamaño del aislador. Para las propiedades de límite superior
λscale, se usará max = 1.1. Para las propiedades de límite inferior λscale, se usará min = 0,9.
Las pruebas dinámicas de propiedad de aisladores de tamaño completo realizadas en el período
natural del sistema de aislamiento son necesarias para demostrar los efectos de la degradación y daño
dinámico del calentamiento en los materiales del aislador y para justificar el uso de factores de
amortiguamiento del aislador superiores al 5% en el análisis y diseño de la estructura. Si las pruebas
de propiedad dinámica especificadas no se realizan en aisladores de tamaño completo a las
velocidades, cargas y desplazamientos especificados, entonces el valor límite inferior del factor
numérico de amortiguación efectivo BM, calculado para el lazo de desplazamiento de fuerza límite
inferior del fabricante no debe exceder 1,0. La amortiguación del aislador utilizada en el análisis del
límite inferior está limitada a valores consistentes con un BM = 1.0, y consistentes con una suposición
de un 5% de amortiguación viscosa.
Si las pruebas de propiedad dinámica se realizan a las velocidades especificadas, pero las pruebas de
control de calidad se realizan a velocidades más bajas, entonces el valor límite inferior del factor
numérico de amortiguación efectivo BM, calculado para el lazo de desplazamiento de fuerza límite
inferior del fabricante, será el menor de: 0.8 veces el valor de BM correspondiente a las pruebas de
control de calidad más lentas; o 0.9 veces el valor BM medido durante la prueba de Capacidad de
Disipación de Energía. La amortiguación del aislador utilizada en el análisis del límite inferior deberá
cumplir con estos límites en BM.
19
12. Análisis Estructural, Capacidad de Desplazamiento del Aislador y Cargas
Sísmicas de Diseño de las Estructura.
Los análisis estructurales utilizados en el diseño de estructuras aisladas deberán cumplir con:
1. ASCE 7-16 17.5 "Procedimiento de fuerza lateral equivalente"
2. ASCE 7-16 17.6.3.4. "Procedimiento de análisis del historial de respuestas"
Los procedimientos de análisis de espectro de respuesta no son un método de análisis permitido para
los análisis requeridos en este SISCF. El modelado viscoso lineal equivalente de los aisladores no
está permitido para los procedimientos de análisis del historial de respuestas.
Para los puentes, se puede usar un equivalente razonable a los procedimientos ASCE 7-16 17.5, que
sustituirá a la "Especificación de la Guía AASHTO para el Diseño de Aislamiento Sísmico, 7.1
Método simplificado".
El modelo analítico de límite inferior de los aisladores como se especifica en este documento se usará
en los análisis para calcular la demanda de desplazamiento en DM y el cortante del aislador que se
producen en DM, y se calculará para una carga sísmica que represente los espectros MCER como se
especifica aquí. El modelo analítico de límite inferior deberá usar un bucle de desplazamiento de
fuerza que represente razonablemente el bucle de desplazamiento de fuerza límite inferior que cumpla
con los criterios especificados para las Pruebas de propiedad dinámica. Las cortantes del aislador que
se producen en DM se pueden calcular utilizando el Procedimiento de fuerza lateral equivalente o el
Procedimiento de análisis de historial de respuesta, y se utilizan para el diseño de los aisladores. No
es necesario ajustar las propiedades del aislante del límite inferior para los efectos del envejecimiento
y las condiciones ambientales. El Factor de modificación de la propiedad del límite inferior ASCE 7-
16 para envejecimiento y efectos ambientales se especifica como λae, min = 1.0.
El espectro de MCER utilizado para los análisis debe ser el que tenga el valor espectral de SRSS más
alto en 1 segundo, según lo definido ya sea por los espectros de códigos de diseño de estructuras
aplicables o espectros específicos de un sitio definidos para el sitio. Los factores de prueba de
capacidad para el desplazamiento del aislador y el cortante se aplicarán a los valores especificados en
la Sección 8.6 cuando el valor del espectro MCER SRSS en 4 segundos sea igual o inferior a 0,1 g.
Los factores de prueba de capacidad especificados pueden reducirse a 2/3 de los valores especificados
en la sección 8.6 cuando el valor del espectro MCER SRSS en 4 segundos es igual o superior a 0,3 g.
Cuando los valores del espectro MCER SRSS en 4 segundos están entre 0.1 g y 0.3 g, los factores de
capacidad pueden interpolarse linealmente entre esos valores.
Todos los demás componentes estructurales (excluidos los aisladores) deben diseñarse para una carga
sísmica que represente el terremoto de la base de diseño del código de diseño de la estructura
aplicable, que para la ASCE 7 es el espectro DE calculado como 2/3 del MCER como se especifica
aquí. Las cargas de diseño sísmico y las derivas de estructura pueden calcularse utilizando el
Procedimiento de fuerza lateral equivalente o los Procedimientos de análisis de historial de respuesta,
o una combinación de estos procedimientos que cumplen con los requisitos de análisis de este SISCF.
Para estructuras diseñadas usando los Procedimientos de Análisis de Historia de Respuestas, las
fuerzas mínimas de diseño sísmico (incluyendo Vb y Vs) no deben tomarse como menos del 70% de
las fuerzas sísmicas calculadas usando el Procedimiento de Fuerza Lateral Equivalente. Las cargas
de diseño del miembro de estructura, calculadas usando el factor R especificado, no deberán exceder
los límites especificados por el estándar de material aplicable al tipo de componente de estructura,
utilizando las capacidades de miembro estándar o los factores de capacidad Φ especificados en el
estándar. El análisis y diseño de la estructura debe incluir los grandes efectos de desplazamiento (P-
Δ) de los movimientos verticales de las cargas verticales del aislador que provocan una carga vertical
20
excéntrica en los elementos de la estructura por encima y por debajo de los aisladores cuando el
aislador está en la posición DD desplazada.
Los modelos analíticos de enlace superior e inferior utilizados en los análisis representarán
razonablemente los bucles de desplazamiento de fuerza medidos durante las pruebas dinámicas de
propiedad y control de calidad, de conformidad con los criterios especificados en el mismo. El modelo
analítico de límite superior que representa nuevos aisladores usará un bucle de desplazamiento de
fuerza consistente con los criterios especificados para el bucle de desplazamiento de fuerza de aislante
superior aplicable a los resultados de la Prueba de control de calidad, según corresponda para
propiedades medias para todos los aisladores de un modelo dado. Se considerará que este modelo
analítico de límite superior representa los efectos combinados de ASCE 7 límite superior λtest y λspec.
Este modelo analítico de límite superior para los nuevos aisladores se verá incrementado por los
factores de modificación de la propiedad ambiental y de envejecimiento ASCE 7 según lo
determinado por las pruebas de calificación especificadas en este documento. Este modelo analítico
de límite superior, que incluye el envejecimiento y los efectos ambientales, se utilizará en los análisis
para calcular las demandas de fuerzas sísmicas de los miembros estructurales, las derivas de la
estructura y los espectros del piso.
El procedimiento de análisis del historial de respuestas debe cumplir con los procedimientos de
análisis dinámico ASCE 7 17.6, excepto como se especifica para los procedimientos de análisis de
espectro de respuesta 17.6.3.3. Los registros de movimiento en el suelo utilizados en los
procedimientos de análisis del historial de respuestas deberán cumplir con los requisitos de la ASCE
7 17.3 Criterios de movimiento sísmico en tierra.
Para cada ubicación de aislador, para la carga de DE, los análisis de estructura deben calcular: el
promedio muerto más carga viva; máximo muerto más carga viva; mínimo muerto más carga viva;
la máxima compresión desde el punto muerto, más el vuelco directo más sísmico; cargas aislantes de
sacudida vertical sísmica; compresión mínima (o tensión máxima) de muerto, más vivo, más vuelco
sísmico; máxima deflexión vertical descendente resultante de muertos, más vivo, más vuelco sísmico,
más cargas de sacudida sísmica vertical; y máxima deflexión vertical ascendente resultante de
muertos, más en vivo, más vuelco sísmico, más cargas de sacudida sísmica vertical; y la rotación
relativa máxima a través del aislador resultante de la muerte, más el vuelco en vivo, más el sismo,
más las cargas de sacudida sísmica vertical.
Para todos los aisladores de todos los tipos y modelos instalados en la misma estructura, las
deflexiones verticales del aislador no deberán diferir en más de 0.002 veces la distancia horizontal
entre aisladores (o 1 cm, el que sea mayor), para las deflexiones verticales medidas durante la
propiedad dinámica Pruebas cuando el aislador se carga verticalmente en el ESW promedio y
desplazado lateralmente a DM.
El diseño de componentes estructurales de acuerdo con este SISCF pretende proporcionar
capacidades de carga elásticas confiables para el DE, y capacidades de carga esencialmente elásticas
para el MCER, que exceden y reemplazan las cargas mínimas de diseño de estructura aisladas
especificadas por ASCE 7 y AASHTO.
13. Diseño de estructura elástica y criterios de funcionalidad continua para
edificios y otras estructuras
Las propiedades aislantes sísmicas y la resistencia y rigidez de la estructura para todos los edificios
nuevos y otras estructuras (excluyendo puentes) que utilizan un método de diseño de aislamiento
21
sísmico darán como resultado una estructura aislada que satisfaga los requisitos de esta sección de
SISCF:
"Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras", tal como se especifica en la edición
2016 de ASCE 7, salvo lo modificado en este documento.
"Requisitos de diseño sísmico para estructuras aisladas sísmicamente", como se especifica en el
Capítulo 17 de la ASCE 7-16, excepto como se modifica en este documento.
El Coeficiente de Modificación de la Respuesta Sísmica, R, para el diseño de todos los componentes
de la estructura se especificará a continuación. Los factores de capacidad de miembros estándar Φ se
usarán para todos los diseños de miembros estructurales.
Para los edificios de IV Categorías de Riesgo Sísmico: R = 1.0; las derivas de historias laterales
promedio no deben exceder 0.0020 veces la altura de la historia; las derivas máximas de la historia
lateral no deben exceder 0.0030 veces la altura de la historia; y el valor mediano de las aceleraciones
espectrales de piso amortiguadas del 5% de las historias ocupadas, para el rango de tiempo de 0.05 a
3 segundos, no debe exceder 0.40g como lo determina el Procedimiento de Historial de Respuesta
realizado de acuerdo con ASCE 7-16 17.6.3.4 y este Estándar. Estos criterios pretenden que para
edificios que cumplan con ASCE 7-16 y este SISCF, el daño de sacudida sísmica a los componentes
arquitectónicos será menor al 2% del costo de reemplazo del edificio, consistente con el límite de
daño sísmico REDi Platino. Estos criterios pretenden una confiabilidad superior al 95% durante 50
años evitando cualquier daño significativo a los componentes estructurales.
Para construcciones de Categorías de riesgo sísmico III: R = 1.25; las derivas de historias laterales
promedio no deben exceder 0.0030 veces la altura de la historia; las derivas máximas de la historia
lateral no deben exceder 0.0045 veces la altura de la historia; y el valor mediano de las aceleraciones
de espectros de piso amortiguadas del 5% de las historias ocupadas, para el rango de tiempo de 0.05
a 3 segundos, no excederá 0.6g según lo determinado por el Procedimiento de Historial de Respuesta
realizado de acuerdo con ASCE 7-16 17.6.3.4 y este Estándar. Estos criterios pretenden que para
edificios que cumplan con ASCE 7-16 y este SISCF, el daño por sacudida sísmica a los componentes
arquitectónicos será menor al 4% del costo de reemplazo del edificio, consistente con el límite de
daño sísmico REDi Oro. Estos criterios pretenden una confiabilidad superior al 80% durante 50 años
evitando cualquier daño significativo a los componentes estructurales.
Para edificios con Categorías de Riesgo Sísmico I y II: R = 1.5; las derivas de historias laterales
promedio no deben exceder 0.0040 veces la altura de la historia; las derivas máximas de la historia
lateral no deben exceder 0.0060 veces la altura de la historia; y el valor mediano de las aceleraciones
de espectros de piso amortiguadas del 5% de las historias ocupadas, para el rango de tiempo de 0.05
a 3 segundos, no deberá exceder 0.80g según lo determinado por el Procedimiento de Historial de
Respuesta realizado de acuerdo con ASCE 7-16 17.6.3.4. Estos criterios pretenden que para edificios
que cumplan con ASCE 7-16 y este SISCF, el daño por sacudida sísmica a los componentes
arquitectónicos será menor al 8% del costo de reemplazo del edificio, consistente con el límite de
daño sísmico REDi Plata. Estos criterios pretenden una fiabilidad superior al 65% durante 50 años
evitando cualquier daño significativo a los componentes estructurales.
Cualquiera de los 84 sistemas de resistencia a la fuerza sísmica, tal como se define en el Capítulo 12
de la ASCE 7-16, para estructuras ubicadas en cualquier Categoría de diseño sísmico, se puede usar
para cualquier altura de estructura. Por lo tanto, para las estructuras que cumplen con este SISCF,
cualquier sistema lateral de estructura, y cualquier miembro estructural permisible según ASCE o
AASHTO para resistir cargas de viento en regiones no sísmicas, puede usarse para resistir cargas
sísmicas en cualquier región de riesgo sísmico, porque el total Los aisladores proporcionan la
22
demanda inelástica de desplazamiento sísmico necesaria para alcanzar las Confiabilidades del
objetivo.
Las demandas sísmicas en componentes no estructurales se determinarán de acuerdo con ASCE 7-16
Ecuación 13.3-4, y Secciones 13.3.1.4 y 12.9.1.
Las líneas de servicio público y las conexiones que crucen las ubicaciones de movimiento de
aislamiento sísmico deberán tener capacidades de desplazamiento lateral suficientes para acomodar
el desplazamiento de prueba requerido para la prueba de Resistencia al Esfuerzo y Capacidades de
Desplazamiento Lateral. Las utilidades se diseñarán para que permanezcan funcionales y útiles
cuando estén sujetas a la demanda de desplazamiento de DM.
Se considera que los edificios sin aisladores sísmicos cumplen con los objetivos de rendimiento de
Funcionalidad continua de este SISCF si cumplen con los criterios de resistencia sísmica en esta
sección, cuando se basan en análisis equivalentes especificados por este SISCF.
Las disposiciones de esta subsección no se aplican a los miembros estructurales o al diseño estructural
para la adaptación de aislamiento sísmico de edificios existentes. Sin embargo, todas las disposiciones
en este SISCF con respecto a los aisladores y fabricantes se aplicarán a los aisladores instalados en
las actualizaciones de aislamiento sísmico.
14. Diseño de Estructura Elástica y Criterios de Funcionalidad Continua para
Puentes
Los aisladores sísmicos, la resistencia de la estructura y las juntas de movimiento sísmico para todos
los puentes nuevos que utilizan un método de diseño de aislamiento sísmico deben cumplir los
requisitos de esta sección de SISCF:
"Especificaciones de la guía para el diseño de aislamiento sísmico", tal como se especifica en la
edición más reciente publicada y enmendada por la Asociación Estadounidense de Funcionarios de
Carreteras y Transportes del Estado, "AASHTO", salvo lo modificado en este documento.
"Especificaciones de diseño de puentes de LRFD", tal como se especifica en la edición más reciente
publicada y modificada por AASHTO, salvo lo modificado en este documento.
El factor de modificación de respuesta de diseño LRFD, R, para el diseño de todos los componentes
de la estructura debe ser R = 1.0. Los factores de capacidad de miembro estándar Φ se usarán para
todos los diseños de miembro de estructura.
Las disposiciones en este documento exceden las cargas de diseño de la estructura y los criterios
asociados para las Categorías de Importancia AASHTO de Puentes Críticos. Las disposiciones de
diseño y construcción de estructuras aisladas especificadas aquí pueden usarse para el diseño sísmico
y la construcción de cualquier tipo de estructura de puente permitida por AASHTO, en cualquier zona
sísmica, sin incorporar requisitos de estructura o ductilidad del miembro o sobre el diseño de
resistencia.
Las juntas de expansión deben tener suficientes capacidades de desplazamiento longitudinal y
transversal para acomodar 1.1 veces la DM, más 1.1 veces los desplazamientos térmicos máximos
calculados. Las juntas de expansión deberán permanecer funcionales y no presentar daños
estructurales cuando estén sujetas a estas demandas de desplazamiento.
23
Las líneas de servicio y las conexiones que crucen los lugares de movimiento de aislamiento sísmico
deberán tener suficientes capacidades de desplazamiento longitudinal y transversal para acomodar
1.1 veces la DM, más 1.1 veces los desplazamientos térmicos máximos calculados. Las utilidades se
diseñarán para que permanezcan funcionales y útiles cuando estén sujetas a la demanda de
desplazamiento de DM.
Los requisitos en este documento pretenden proporcionar el equivalente al límite de daño sísmico
REDi Platino para puentes.
Se considera que los puentes sin aisladores sísmicos cumplen con los objetivos de rendimiento de
funcionalidad continua de este SISCF si cumplen con los criterios de resistencia sísmica en esta
sección, basados en análisis equivalentes especificados por este estándar.
Las disposiciones de esta subsección no se aplican a los miembros estructurales o al diseño estructural
para la adaptación de aislamiento sísmico de puentes existentes. Todas las disposiciones de este
Estándar con respecto a los aisladores y fabricantes se aplicarán a los aisladores instalados como parte
de una modificación de aislamiento sísmico.
15. Responsabilidades del profesional de diseño de estructuras
El profesional de diseño estructural tiene la responsabilidad de aprobar que los aisladores, las pruebas
de aislamiento y las calificaciones del fabricante cumplan con este SISCF. El diseñador de estructuras
profesional deberá:
1. Revisar los informes del fabricante requeridos y emitir aprobaciones por escrito que
especifiquen las condiciones requeridas para la aprobación. Aprobar las presentaciones del
fabricante para el equipo de prueba del aislador y la reducción e informe de datos, ya que
representan con precisión las capacidades, propiedades y longevidad de los aisladores. Las
aprobaciones escritas y las condiciones de aprobación se enviarán al propietario de la
instalación, a la agencia gubernamental responsable de aprobar la construcción y al fabricante.
Los componentes del aislador del fabricante no se pueden instalar en la construcción hasta
que se hayan emitido las aprobaciones escritas para todos los informes del fabricante
requeridos, excluyendo las pruebas de control de calidad para aisladores que se instalarán más
adelante.
2. Antes de emitir planos y especificaciones de construcción, emitir aprobaciones escritas de
capacidades y propiedades de aislamiento específicas, y qué fabricantes están aprobados para
fabricar qué modelos de aisladores. Enumere los modelos de aisladores aprobados y sus
fabricantes aprobados en los planos de construcción. Presentar aprobación por escrito, con la
firma y el sello del ingeniero de diseño estructural, indicando que, en opinión del profesional
de diseño estructural, el fabricante y el ingeniero de aislamiento sísmico satisfacen los
requisitos de calificación de este SISCF y los Estándares de fabricación exclusivas del
fabricante para diseños de aisladores, y los métodos de prueba son adecuados para satisfacer
los requisitos de rendimiento del aislador especificados por este SISCF.
3. Diseñe y detalle los miembros de la estructura para resistir las cargas verticales y cortantes
resultantes de las cargas máximas muerta más viva más volteo sísmico más sismo vertical del
aislador, combinadas con el desplazamiento del aislador DD y cortante, basado en el límite
superior propiedades de los aisladores El diseño de la estructura debe incluir explícitamente
los efectos de las cargas verticales excéntricas de los aisladores en los miembros estructurales
adyacentes, que normalmente no se calculan mediante programas de análisis estructural que
no incluyen grandes efectos de desplazamiento. Revise y apruebe las conexiones de los
24
aisladores a los miembros estructurales contiguos. Incluya las placas de conexión del aislador
y los detalles en la estructura según sea necesario para limitar las cargas en los miembros
contiguos dentro de sus valores permisibles. Implementar en el diseño y la construcción, los
detalles de la estructura y los detalles del movimiento sísmico, tal como lo requiere este
SISCF.
4. Cuando el sistema de aislamiento se compone de diferentes tipos de aisladores, el análisis
estructural y el diseño deben tener en cuenta explícitamente las diferencias en las fuerzas que
actúan sobre los miembros conectados a los aisladores que resultan de los diferentes tipos de
aisladores y deflexiones verticales.
5. Inspeccione la instalación de los aisladores para verificar que cumplan con los procedimientos
de instalación recomendados por el fabricante.
6. Inspeccione todos los detalles del movimiento sísmico para verificar el cumplimiento de los
objetivos de funcionamiento sísmico de este SISCF.
7. Las especificaciones de construcción deben indicar que cualquier aislador alternativo o
fabricante que no esté listado como aprobado en los planos debe ser aprobado por el
profesional de diseño estructural, como igual o mejor que los aisladores y fabricantes listados
en sus capacidades; propiedades; confiabilidad; pruebas; y calificaciones como se define en
este SISCF. El cumplimiento de los requisitos mínimos del código de diseño de la estructura
no es una equivalencia aceptable para el cumplimiento de este SISCF.
COMENTARIO AL ESTANDAR DE AISLAMIENTO SÍSMICO
C.1. Introducción
El estándar ASCE / SEI 7-16 (ASCE, 2017) proporciona cargas mínimas, niveles de riesgo, criterios
asociados y los objetivos de rendimiento previstos para edificios y otras estructuras, incluidas
estructuras aisladas sísmicamente. El estándar ASCE/SEI 7 establece en el Alcance que "las cargas,
combinaciones de carga y criterios asociados proporcionados en este documento deben usarse con las
resistencias de diseño o los límites de esfuerzo permisibles contenidos en las especificaciones de
diseño para materiales estructurales convencionales". ASCE/SEI 7 procede en el ámbito de aplicación
para indicar que cuando se utilizan "juntos", el estándar ASCE/SEI 7 y la(s) especificación(es) del
material relevante "se consideran capaces de proporcionar los niveles de rendimiento deseados".
ASCE/SEI 7-16 define los niveles de rendimiento previstos en términos de las "Confiabilidad
Objetivo" que son "probabilidades condicionales de falla causadas por el Sismo Máximo Considerado
(MCER)". Estas probabilidades se especifican como 10% para edificios Categoría I y II, 5% para
edificios Categoría III riesgo (edificios importantes con potencial de causar un impacto económico
sustancial e interrupción de vida si falla) y 2.5% para edificios categoría IV riesgo (instalaciones
esenciales) Para todos los componentes estructurales, es obligatorio especificar un estándar de
componente que, cuando se aplica junto con la ASCE 7-16, pretende satisfacer los requisitos básicos
de la ASCE 7. El estándar ASCE/SEI 7-16 especifica las cargas de diseño, no las capacidades y
propiedades del aislador sísmico para garantizar que se alcanzan los niveles de rendimiento previstos.
Los estudios de FEMA P695 han demostrado de manera concluyente que el diseño de la
superestructura aislada sísmicamente para los factores de RI especificados de 1.0 a 2.0, y el diseño
de aisladores para tener una capacidad de desplazamiento igual a la demanda de desplazamiento
promedio en el MCER (promedio de desplazamiento del aislador en al menos 7 análisis), no alcanza
los niveles de rendimiento previstos. Es necesario especificar un estándar de componente para
aisladores sísmicos que, cuando se aplique junto con ASCE 7-16, satisfaga los niveles de rendimiento
25
previstos. Este SISCF es el único estándar de aislamiento desarrollado para satisfacer los objetivos
de desempeño de la ASCE 7.
Estudios recientes (Shao et al, 2017, Kitayama y Constantinou, 2017) han demostrado que los
edificios aislados sísmicamente diseñados por los criterios mínimos de ASCE/SEI 7-16, sin
especificar un estándar de aislamiento adecuado, tienen probabilidades inaceptables de colapso en el
MCER. Estos estudios mostraron que la probabilidad de colapso en el MCER se vuelve aceptable
cuando la estructura está diseñada para RI = 1.0 y los aisladores cuentan con capacidades de
desplazamiento y resistencia sustancialmente mayores que las cargas de diseño de MCER
especificadas. Cuando se usan criterios adicionales para el diseño de la estructura, incluidos los
límites estrictos de la deriva, la deriva residual y las aceleraciones de los espectros del piso, se pueden
obtener beneficios adicionales, incluido el logro de los objetivos de rendimiento para edificios de
categorías de riesgo III y VI. Además, estos estudios mostraron que los diseños de edificios aislados
sísmicamente que cumplen con los "Criterios Estructurales y No Estructurales Mejorados" del
Sistema de Calificación REDi (Arup, 2013) para una calificación de "Platino" y con criterios
adicionales determinados en estudios de Zayas (2017), realmente lograr un rendimiento en el que el
daño estructural, no estructural y de contenido es insignificante. Estos criterios mejorados logran el
desempeño de la "funcionalidad continua".
Este documento presenta un estándar, denominado "Estándar de aislamiento sísmico para la
funcionalidad continua" ("SISCF"), que especifica las capacidades de aislante sísmico y las
propiedades requeridas para que las estructuras aisladas logren los niveles de rendimiento previstos
en ASCE / SEI 7-16. Este estándar se basa en (a) los resultados de los estudios antes mencionados,
que se basaron en análisis que usan los procedimientos de FEMA P695 (FEMA, 2009), FEMA P58
(FEMA, 2012), Haselton et al (2011), NIST (2011) y Lin et al (2013), (b) información para el Sistema
de Calificación REDi (Arup, 2013), (c) décadas de experiencia en el desarrollo de estándares de
productos manufacturados para aisladores sísmicos que han sido validados a través del rendimiento
del aislador durante eventos sísmicos extremos , observaciones durante las pruebas de mesa vibratoria
y estudios analíticos realizados por los redactores de este estándar, y (d) aplicaciones de aisladores a
más de cien millones de pies cuadrados (10 millones de metros cuadrados) de edificios aislados, y a
puentes e instalaciones industriales que el los escritores de este estándar han participado como
diseñadores y fabricantes de aisladores, inspectores de aisladores y otros equipos de protección
sísmica, y como consultores y revisores para las estructuras aisladas sísmicamente.
Las disposiciones de este Estándar pretenden alcanzar un nivel de rendimiento en el que (a) el daño
al edificio es un pequeño porcentaje de los costos de reemplazo del edificio y (b) el riesgo de colapso
se reduce para cumplir con las confiabilidades del objetivo en ASCE / SEI 7-16. Por ejemplo, los
requisitos detallados incluyen los siguientes para instalaciones aisladas:
1. Los edificios aislados se diseñan usando R = 1 para el terremoto de diseño (DE), que para
ASCE 7 se define como 2/3 del espectro MCER.
2. Las proporciones máximas de deriva de la historia están limitadas a 0.3 a 0.6% de la altura de
la historia en el DE, dependiendo del nivel de rendimiento deseado.
3. La mediana de aceleraciones del 5% del espectro de piso amortiguado en el rango de tiempo
de 0.05 a 3 segundos (los valores de aceleración espectral del piso están igualmente espaciados
en el rango de 0.05 a 3 segundos, usando un pequeño paso de período) en el DE están limitados
a 0.4g a 0.6 g, dependiendo del nivel de rendimiento previsto.
4. Los aisladores están diseñados para soportar la carga vertical especificada combinada con una
capacidad de desplazamiento lateral de 1.5 a 2.5 veces la demanda de desplazamiento para el
MCER calculada por los procedimientos de ASCE/SEI 7-16, dependiendo del nivel de
rendimiento previsto.
26
El uso de estos requisitos ha resultado en edificios aislados sísmicamente en los que el daño se calculó
según los procedimientos de FEMA P58 a menos del 2%, 4% u 8% de los costos de reemplazo del
edificio, y por lo tanto es compatible con REDi Platino, Oro o los límites de daño Plata,
respectivamente. Estos límites de daño se consideran aplicables a edificios típicos que cumplen con
este SISCF y ASCE 7-16, para cualquiera de los 84 tipos de estructura enumerados en ASCE 7 Tabla
12.2-1. Los criterios de diseño de Funcionalidad Continua incluidos en este documento permitirán
que la mayoría de los componentes y equipos de la mayoría de las instalaciones conserven su
capacidad de funcionar después de un terremoto. Según los estudios en Kitayama y Constantinou
(2017) para ubicaciones en California, la implementación de los requisitos de Categoría IV (REDi
Platino) dará como resultado diseños en los que la probabilidad de perder funcionalidad de
construcción en una vida útil de 50 años es estructural, no estructural y se estima que el daño en el
contenido causado por la sacudida del suelo es muy pequeño (1 a 2%) y con una probabilidad
sustancialmente menor de colapso (0.1% a 0.2%). El Estándar requiere que los diseños de
construcción se basen en los resultados obtenidos utilizando los procedimientos de Fuerzas Laterales
Equivalentes y Análisis Tiempo Historia de ASCE/SEI 7-16, y no permite el uso del procedimiento
Espectro de Respuesta ya que subestima severamente las fuerzas de inercia. derivas de la piso y
aceleraciones del piso.
C.2. Alcance y Objetivo
Este estándar especifica los medios y métodos para lograr estructuras aisladas seguras que retienen la
funcionalidad después de los terremotos. Para lograr estos objetivos requiere:
1. Aisladores de alta calidad fabricados y probados por fabricantes calificados
2. Aisladores que tienen suficiente flexibilidad, que tienen variaciones suaves en cortante del
aislador, de modo que los espectros de piso y las derivas de la estructura satisfacen los criterios
de resiliencia especificados para la categoría de importancia de la estructura.
3. Aisladores que tienen suficiente capacidad al desplazamiento lateral y resistencia al cortante
para reducir los riesgos de pérdida de estabilidad del aislador o estructura de forma tal que las
Confiabilidades objetivo en ASCE 7 Tabla 1.3-2 están satisfechas.
Los aisladores sísmicos ahora se han instalado en más de 300 millones de pies cuadrados de
estructuras. Los aisladores sísmicos de alta calidad diseñados para satisfacer los criterios de
Funcionalidad continua de este SISCF se han instalado en 30 millones de pies cuadrados de
edificaciones esenciales. Una de estas instalaciones esenciales, un puente crítico, retuvo la
funcionalidad completa después del terremoto extremo que sacudió al doble de la demanda sísmica
del código MCE que destruyó la mayoría de los edificios en la ciudad contigua.
Sin embargo, los aisladores sísmicos que se fabrican sin los estándares adecuados resultan en riesgos
de colapso de estructura inaceptablemente altos. La instalación de aisladores peligrosos ha sido el
resultado típico cuando los contratistas adquieren aisladores fabricados sin los estándares adecuados,
y una de estas estructuras aisladas ha sufrido un colapso. ASCE 7 La Tabla 1.3-2 especifica que todas
las "Instalaciones Esenciales" deberían tener un riesgo de inestabilidad estructural inferior al 2.5% en
los miembros estructurales primarios cuando ocurra el "Sismo Máximo Considerado" MCER. Para
las estructuras no aisladas que cumplen con ASCE 7, AISC 360 y ACI 318, este riesgo de colapso
generalmente se cumple. Es la combinación de los estándares de componentes AISC 360 y ACI 318,
aplicados junto con ASCE 7, que satisface la confiabilidad del objetivo.
Los requisitos de funcionalidad ASCE 7 1.3.3 se aplican a todas las edificaciones esenciales. Para las
instalaciones ubicadas en los sitios de mayor riesgo sísmico, los límites en aceleraciones de espectros
del piso, derivas de historia y factores R, como se especifica en este SISCF, se pueden cumplir
utilizando aisladores. Para instalaciones ubicadas en zonas sísmicas moderadas, los factores R y las
27
limitaciones de derivas y aceleraciones, como se especifica en este documento, se pueden satisfacer
sin aisladores. Aunque la funcionalidad posterior al terremoto es obligatoria para las instalaciones
esenciales, esto también se logra económicamente para las funciones ordinarias para las cuales se
desea la funcionalidad posterior al terremoto.
C.3. Criterios de Resiliencia Sísmica
Los criterios de resiliencia de Categoría IV especificados en la Tabla C.3-1 de este SISCF tienen una
confiabilidad del 90% de que el daño por movimientos sísmicos será menor al 2% del costo de
reemplazo durante una vida útil de la instalación de 50 años.
Hace cuatro décadas, el inventor de los aisladores de Goma y plomo, Bill Robinson, ofreció aisladores
de goma y plomo como medio para minimizar el daño por movimientos sísmicos. Hace tres décadas,
el inventor de los aisladores pendulares, Victor Zayas, ofrecía aisladores pendulares como medio de
minimizar el daño por movimientos sísmicos. ASCE 7 requiere que todas las instalaciones esenciales
estén diseñadas para conservar la funcionalidad. Sin embargo, la ASCE 7 no especifica criterios de
diseño para mantener la funcionalidad. Se deja a criterio del Profesional de Diseño de estructuras
especificar el diseño de la estructura y los estándares de los componentes para todos los miembros y
aisladores estructurales, que satisfacen los requisitos de funcionalidad. Los hospitales, los puentes,
las estaciones de bomberos y de policía, los centros de respuesta a emergencias y las plantas de
energía eléctrica necesitan funcionalidad inmediatamente después de un terremoto para salvar las
vidas de miles de personas que sufren graves daños cada año por los terremotos. Se estima que cada
año aproximadamente la mitad de las muertes por terremotos pueden evitarse si las instalaciones
esenciales conservan la funcionalidad posterior al terremoto [Zayas, 2017].
Los criterios de elasticidad especificados en este SISCF tienen la intención de satisfacer los límites
totales de pérdida sísmica especificados por la Iniciativa de Diseño Sísmico Basados en Resiliencia
REDi [ARUP]. La Clasificación de Resiliencia Sísmica REDi es la guía más ampliamente utilizada
para la resistencia sísmica. El límite de daño sísmico de pérdida total de REDi Platino tiene la
intención de mantener la funcionalidad de las instalaciones después de un terremoto [ARUP]. Cinco
décadas de aprendizaje de terremotos indican que cuando la construcción de daños por vibración es
inferior al 2%, según lo especificado por este SISCF, la mayoría de las instalaciones conservan su
funcionalidad. FEMA P58 de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA, por sus
siglas en inglés) es una metodología integral de estimación de daños por terremotos para estimar el
daño sísmico a los edificios [FEMA]. FEMA P58 se ha convertido en el estándar computacional para
verificar el cumplimiento de los límites de daño sísmico REDi que rigen la funcionalidad [Cook;
Haselton]. El diseño de las instalaciones para la funcionalidad posterior al terremoto ha demostrado
ser rentable para más de 30 millones de pies cuadrados de nuevos hospitales aislados sísmicamente y
estructuras importantes ["Salvar vidas construyendo hospitales que funcionen después de los
terremotos", Zayas]. La Organización Mundial de la Salud requiere diseñar hospitales para minimizar
el daño sísmico de manera que los hospitales puedan atender a las personas lesionadas durante los
terremotos. Las estructuras de funcionalidad continua también protegen a los ocupantes, propietarios
e ingenieros, y minimizan los costos de reparación y pérdida de uso, y brindan a las sociedades la
capacidad de recuperación para recuperarse de terremotos severos. Se salvan muchas vidas si las
instalaciones esenciales se diseñan y construyen de acuerdo con este "Estándar de Aislamiento
Sísmico para la Funcionalidad Continua".
28
Figura C.3-1 Comparaciones de Daño para estructuras diseñadas ASCE 7, con o sin
aisladores o amortiguadores
ASCE 7-16 requiere la funcionalidad de las instalaciones esenciales después del terremoto de diseño
"DE". Para satisfacer este requisito de funcionalidad, se deben especificar las propiedades de
aislamiento apropiadas para el DE. Por lo tanto, los aisladores sísmicos deben diseñarse para
satisfacer dos objetivos de desempeño sísmico: la funcionalidad de la instalación para el DE; y
confiabilidad contra colapso del aislador y la estructura para el MCER.
ASCE 7-16 Capítulo 17 define los requisitos de diseño del aislador solo para el MCER. Estos criterios
se especifican de modo que se espera que los aisladores estén a salvo del colapso para la demanda
media de MCER definida por ASCE 7. El Capítulo 17 no especifica los requisitos de propiedad del
aislador destinados a limitar el daño para el DE lo suficiente para la funcionalidad, ni para lograr la
Confiabilidad Objetivo especificada para el MCER.
Los aisladores que son los más económicos para la prevención de colapso para el MCER, casi siempre
son opciones muy pobres para la mitigación de daños para el DE. Los aisladores más económicos
según el Capítulo 17 son aisladores rígidos con alto EDC. Estos aisladores rígidos normalmente no
reducen el daño sísmico para los terremotos DE. Por ejemplo, un aislador pendular con una fricción
del 12%, un período de péndulo de 3 segundos y VM = 0.17 a 4.4 pulgadas, es el caso de aislador
conforme al Capítulo 17 enumerado en la Tabla C.3-1, que da como resultado un daño sísmico igual
al 30% del costo total de reposición del edificio. Tales aisladores de péndulo con tales altas fricciones,
o equivalentes a núcleos de gran diámetro, se han instalado en muchas estructuras como aisladores
de menor costo conforme al Capítulo 17. Tales aislantes de bajo costo no se desplazarán para la
mayoría de los eventos DE, y por lo tanto no servirán para mantener la funcionalidad después del
evento DE.
29
Los límites para las aceleraciones del espectro de piso y las derivas de estructura especificadas en
este SISCF se basan en los resultados obtenidos de los cálculos de daños de FEMA P58 que fueron
calibrados contra los datos de daños por terremotos. Los detalles y los criterios para los modelos
estructurales no lineales y FEMA P58 se calibraron contra el daño sísmico observado en edificios de
base fija durante el terremoto de North Ridge en 1994, usando el registro de movimiento en el suelo
de North Ridge MUL para representar un evento de nivel DE y daños al edificio observados durante
el terremoto de Ecuador de 2016, usando el registro de movimiento en el suelo APED de Ecuador
para representar un evento de nivel MCER. Los resultados del daño de la construcción de base fija se
muestran en la Tabla C.3-1 para estos dos registros de terremotos. Los resultados de la estructura de
base fija representan una estructura típica que cumple con ASCE 7-16, diseñada de acuerdo con el
Método de análisis del historial de respuestas.
Los cálculos de daños de FEMA P58 realizados para estas estructuras de base fija para los
movimientos de tierra de North Ridge y Ecuador fueron calibrados para ser razonablemente
consistentes con el daño observado durante esos y otros terremotos. Estos modelos estructurales
calibrados y FEMA P58 se usaron para desarrollar los criterios de resiliencia informados en la Tabla
C.3-1.
Para la mayoría de los edificios que cumplen con ASCE 7-16 y SISCF, se espera que el daño total a
los componentes arquitectónicos y estructurales sea menor que los límites enumerados, si las
aceleraciones y derivas de los espectros del piso están limitados a los valores indicados. Las
proporciones de las contribuciones arquitectónicas y estructurales al daño total estimado se enumeran
en la Tabla C.3-2. Para el caso de la base fija ASCE 7, el daño arquitectónico estimado es del 60% y
el daño estructural es del 20% del costo total de reemplazo del edificio.
Los límites del espectro de piso y la deriva enumerados son criterios simples para limitar el daño a
los componentes arquitectónicos y estructurales del edificio a los niveles especificados. El daño
arquitectónico calculado por FEMA P58 varía entre 2% y 8% para las estructuras aisladas de SISCF,
y es 30% para la estructura aislada de ASCE 7 Capítulo 17. Los requisitos de aislamiento sísmico de
ASCE 7 Capítulo 17 son criterios de seguridad de la estructura, no criterios de resiliencia que
minimizan el daño arquitectónico lo suficiente como para mantener la funcionalidad. Tener daños en
los componentes arquitectónicos equivalentes al 30% del costo total de reemplazo del edificio no
justifica el costo del aislamiento [Terzic], y es probable que no satisfaga las expectativas del
propietario.
Desde la realización de los estudios de FEMA P58 para estimar el daño para aplicaciones específicas,
https://goo.gl/wbfKi5 se concluyó que los métodos de análisis estructurales y de FEMA P58
utilizados para las estimaciones de daños siempre deben calibrarse contra los datos reales de daños
por terremotos. Los métodos de estimación de daños sísmicos informados en este documento, basados
en modelos de estimación de daños FEMA P58 que fueron calibrados contra el daño sísmico
observado, fueron utilizados para diseñar aisladores sísmicos para el nuevo Hospital Basaksehir de
10 millones de pies cuadrados en Turquía, la nueva sede corporativa de Apple en California, el nuevo
Hospital Universitario de Stanford en California, y los nuevos Hospitales Okmeydani y Goztepe en
Turquía [Zayas, 2014 a 2017]. Estas aplicaciones tienen un daño estimado de menos del 2% de los
costos de reemplazo, de acuerdo con los criterios de resistencia de Categoría IV en este SISCF. Al
realizar estos cálculos de daños de FEMA P58, se aprendió que sin calibrar el análisis de FEMA P58
contra el terremoto anterior durante los terremotos, y sin calibrar los modelos de análisis dinámicos
estructurales no lineales contra los resultados de las pruebas de la mesa vibradora, la mayoría de los
daños estimados de FEMA P58 están completamente erróneos. Habiendo calibrado estos análisis
según lo informado, los límites de daño relativo y los criterios de resiliencia para las categorías de
diseño de la estructura deben proporcionar una guía razonable para seleccionar las propiedades del
aislador para limitar el daño.
30
Structure Design
Criteria Applicable
Under ASCE 7-16
Base Criteria for the
Design Earthquake
Target Limit
for Building
Architectural
& Structural
Damage
Median
Floor Spectra
Acceleration
Limit
Average of
Peak Story
Drifts
Limit
Maximum
Peak
Story Drift
Limit
Maximum
Peak
Residual
Story Drift
Limit
SISCF Category IV 2% 0.4g 0.20% 0.30% 0.00%
SISCF Category III 4% 0.6g 0.30% 0.45% 0.00%
SISCF Category II 8% 0.8g 0.67% 1.00% 0.00%
Chapter 17 no SISCF 30% 1.4g 1.33% 2.00% 0.00%
Fixed Base DE 60% 1.7g 2.00% 3.00% 2.00%
Fixed Base MCE 100% 1.8g 4.00% 5.00% 4.00%
Tabla C.3-1 Límites de los Criterios de Resistencia para las Categorías de Diseño de Estructura
Structure Design
Criteria Applicable
Under ASCE 7-16
Base Criteria for
the Design
Earthquake
Target
Limit For
Total
Building
Architect&
Structure
Damage
Floor
Spectra
Acceleration
Related
Architect
Damage
Average of
Peak Story
Drifts
Related
Architect
Damage
Max of
Peak
Story
Drifts
Related
Architect
Damage
Average
Residual
Story
Drifts
Related
Structure
Damage
Max of
Residual
Story
Drifts
Related
Structure
Damage
SISCF Category
IV
2% 1.5% 0.25% 0.25% 0% 0%
SISCF Category III 4% 3% 0.5% 0.5% 0% 0%
SISCF Category II 8% 4% 2% 2% 0% 0%
Chapter 17 Only 30% 10% 10% 10% 0% 0%
Fixed Base DBE 60% 14% 13% 13% 10% 10%
Fixed Base MCE 100% 16% 17% 17% 25% 25%
Tabla C.3-2 Contribuciones al daño arquitectónico y estructural del edificio
31
El conjunto de relaciones presentadas en estas figuras
están destinadas a ser utilizado para estimar el daño
por movimientos sísmicos como un porcentaje del
costo de construcción basado en varios parámetros de
demanda de terremotos.
El daño a los componentes arquitectónicos se estima
al sumar la contribución de la aceleración espectral
mediana promedio de 0-3seg en todos los pisos, la
relación de deriva pico promedio en todos los pisos y
la relación máxima de deriva máxima en todos los
pisos. El daño de los componentes estructurales se
calcula sumando la contribución de la relación de
deriva residual promedio en todas las plantas y la
relación de deriva residual máxima en todas las plantas.
Figura C.3-2: Estimación simplificada del daño por sacudida sísmica del edificio
32
Los criterios de resiliencia especificados en las tablas C.3-1 y C.3-2, y la figura C.3-2, se desarrollaron
utilizando un modelo representativo de FEMA P58 creado para estimar los límites aplicables para los
costos de reparación asociados con los componentes arquitectónicos y estructurales para los típicos.
ASCE 7 estructuras compatibles. La herramienta de estimación de cantidad normativa P58 de FEMA
se utilizó para la selección de las fragilidades y cantidades de los componentes según la ocupación
hospitalaria. Utilizando información extraída de este modelo, así como los daños reportados por
eventos sísmicos reales, se desarrollaron las relaciones entre los parámetros de demanda sísmicos y
el daño medio esperado como un porcentaje del costo de construcción. La respuesta del techo no está
incluida cuando se calcula la respuesta del espectro del piso mediano. Se supone que el equipo MEP
ubicado en el nivel del techo está lo suficientemente protegido sísmicamente para todos los tipos de
estructuras.
Se observó que los cálculos de daños que mejor se correlacionaban con el daño sísmico observado,
en el rango de los estudios específicos de la aplicación FEMA P58, resultaban de combinar los
parámetros de: aceleración media del espectro del piso, deriva promedio de la estructura de la historia
máxima, desviación máxima de la historia pico, promedio deriva derivada inelástica de la historia y
deriva de la estructura residual inelástica máxima. La combinación de estos cinco parámetros de
respuesta estructural dio como resultado el método simplificado de estimación estructural y daño
estructural especificado en los cuadros C.3-1 y C.3-2, y en la figura C.3-2.
El daño al edificio con sacudidas sísmicas para las estructuras que cumplen con ASCE 7 se puede
estimar sumando los cinco factores contribuyentes especificados en la Figura C.3-2. Este método
simplificado de estimación de daños es igualmente aplicable a estructuras aisladas y no aisladas. Una
estructura aislada o no aislada puede cumplir con los límites de daño objetivo de Categoría II, III y
IV de SISCF, simplemente limitando los cinco parámetros de respuesta estructural a los valores
enumerados en la Tabla C.3-1. Para sitios de riesgo sísmico bajo o moderado, estos parámetros se
cumplen fácilmente sin usar aisladores sísmicos. La precisión del análisis estructural se mantiene
manteniendo la estructura confiablemente elástica, a través de la especificación de R = 1.0 para el
DE. Para que la ASCE 7 permitiera valores R de 6 y 8, los componentes estructurales se vuelven
altamente inelásticos en una pequeña fracción de las demandas de DE, destruyendo la precisión del
análisis estructural y la distribución de los desplazamientos sísmicos en al menos dos órdenes de
magnitud.
El daño a los componentes arquitectónicos se deriva de sumar la aceleración y el daño relacionado
con la deriva. El daño del componente arquitectónico relacionado con la aceleración se determina a
partir de la aceleración del espectro del piso medio. El daño del componente arquitectónico
relacionado con la deriva se determina a partir de la deriva promedio de la historia máxima y la deriva
máxima de la historia. El daño del componente estructural se determina a partir de la deriva residual
media de la historia y la deriva residual máxima de la historia. Al combinar las contribuciones al daño
esperado representado por las curvas en la Figura C.3-2, se obtiene una estimación de daño
simplificada sin realizar análisis FEMA P58 específicos de la aplicación. Se cree que este método
simplificado de estimación de daños proporciona una mayor fiabilidad en la evaluación de la
efectividad de las propiedades de un sistema de aislamiento, en lugar de realizar análisis FEMA P58
específicos de la aplicación. Se cree que este método simplificado de estimación de daños proporciona
una mayor fiabilidad al comparar el daño esperado para estructuras aisladas y no aisladas, en
oposición a la realización de análisis de FEMA P58 específicos de la aplicación.
La gran variabilidad en las características de los terremotos que son potenciales eventos DE, y la gran
variabilidad en las características y calidad de los edificios, y la gran variabilidad en el diseño del
edificio y detalles de construcción, y la gran variabilidad en las condiciones del suelo del sitio, y la
gran variabilidad en las rutas de viaje de las ondas sísmicas de la falla al sitio, todas se combinan para
dar lugar a una gran variación en el daño que podría ocurrir para un edificio en particular en un sitio
33
específico sujeto a un evento DE. El daño para un edificio individual sujeto a DE puede variar de -
98% a + 200%, del daño estimado como se enumera en la Tabla C.3-1, calculado para los edificios
típicos que cumplen con ASCE 7 y SISCF, cuando está sujeto a la DE mediana evento. Sin embargo,
para un edificio particular sujeto a un movimiento de terreno específico en un sitio específico, el daño
relativo experimentado por los edificios de base aislados versus los fijos debe ser razonablemente fiel
a la proporción de los porcentajes de daños enumerados. El daño relativo enumerado para los cuatro
tipos de propiedad de aislador diferentes tiene el más alto nivel de precisión, porque las estructuras
permanecen elásticas. Por lo tanto, los criterios enumerados proporcionan una guía confiable para
seleccionar propiedades de aislante destinadas a entregar los límites de daño objetivo especificados
para las categorías de riesgo sísmico II, III y IV.
La aceleración de espectros del piso medio es el parámetro de respuesta estructural que proporcionó
las mejores estimaciones del daño relacionado con la aceleración a los componentes arquitectónicos.
La aceleración del piso pico, o la aceleración del espectro del piso pico, son demasiado sensibles al
modelado y procedimientos de análisis no lineales. Los resultados del análisis de picos instantáneos
son impulsados por respuestas numéricas de alta frecuencia que no se correlacionan bien con el daño
total a los componentes arquitectónicos para todos los componentes y pisos de un edificio. Los
movimientos dinámicos del suelo con períodos de 0,05 a 3 segundos contribuyen a dañar los
componentes arquitectónicos. Los casos de SISCF enumerados en las tablas son para aisladores y
estructuras aisladas diseñadas de acuerdo con este SISCF. El caso del Capítulo 17 es para un edificio
aislado de Categoría IV que utiliza aisladores sísmicos de amortiguación más rígidos y de mayor
amortiguación que cumplen con ASCE 7 Capítulo 17, pero no este SISCF. Se calculó que la
instalación esencial conforme al Capítulo 17 no tenía daños estructurales para el ED, pero el daño del
componente arquitectónico se calculaba en un 30% del costo total de reemplazo del edificio. Los
estudios de daños de FEMA P58 mostraron claramente que cuanto mayor es el desplazamiento
absorbido por los aisladores, menos daño arquitectónico. Los aisladores más grandes reducen el daño
arquitectónico y también logran una mayor confiabilidad contra la inestabilidad de la estructura. Se
calculó que la estructura de Categoría IV que cumple con ASCE 7-16 Capítulo 17 tiene 15 veces más
daño que la estructura SISCF que cumple con la Categoría IV, y también excedió los límites de
pérdida de estabilidad estructural especificados en ASCE 7-16 Tabla 1.3-2.
Estos criterios de diseño de Funcionalidad Continua pretenden limitar, en la mediana, el daño sísmico
a componentes y estructuras arquitectónicas, a menos del 2% de los costos de reemplazo de la
instalación para estructuras de categoría de riesgo IV, a menos del 4% de los costos de reemplazo de
la instalación para las estructuras de Categoría de riesgo III y para menos del 8% de los costos de
reemplazo de instalaciones para las estructuras de Categoría de riesgo I y II. El límite de daño del 2%
es consistente con el límite de daño sísmico REDi Platino. El límite de daño del 4% es consistente
con el límite de daño sísmico REDi Oro. El límite de daño del 8% es consistente con el límite de daño
sísmico REDi Plata. Los valores especificados de las aceleraciones de espectros R, derivas y piso
pretenden que las estructuras típicas que cumplen con SISCF satisfagan los límites de daño
establecidos. Los cálculos de daños son muy difíciles de realizar con precisión para una instalación
en particular. La aceleración máxima del piso que ocurre en un breve instante en el tiempo, en un piso
de un edificio, no es representativa del daño promedio que experimentarán los componentes
arquitectónicos y los contenidos. La aceleración máxima del piso también depende en gran medida
de los detalles del modelo estructural del análisis no lineal. La aceleración de los picos del piso
máximo tampoco es representativa del daño promedio que experimentarán los componentes
arquitectónicos y los contenidos. La aceleración media del espectro del piso representa la demanda
de temblores sísmicos medios que experimentan los componentes arquitectónicos y el contenido, y
por lo tanto es un parámetro preferido para estimar el daño a un edificio.
34
Los efectos del sismo vertical del terremoto rara vez han sido la causa principal de la pérdida de
funcionalidad. El aislamiento sísmico vertical generalmente no se recomienda, ya que los factores
estándar de seguridad para resistir cargas gravitacionales han demostrado ser suficientes para mitigar
los efectos del temblor vertical del terremoto para retener la funcionalidad de la instalación.
Los cálculos de daños utilizados para desarrollar los criterios de resiliencia en la Tabla C.3-1
funcionan mejor para calcular el daño experimentado por las instalaciones típicas para un nivel de
intensidad de terremoto dado. Los resultados del cálculo de daños erróneos y engañosos son muy
fáciles de obtener, y es probable que sean obtenidos por personas no expertas en el campo de las
estimaciones de daños sísmicos. Los análisis de FEMA P58 se pueden abusar fácilmente para
representar en exceso la protección sísmica que ofrece un aislamiento particular, amortiguador o
sistema BRB. Por lo tanto, para cumplir con este SISCF, no se permite exceder los límites
especificados de aceleraciones de R, derivas y espectros de piso aquí. Adherirse a los límites de R, la
deriva y las aceleraciones de espectros de piso especificados aquí probablemente proporcionen una
protección más confiable contra daños, en comparación con depender de cálculos de estimación de
daños específicos del proyecto.
El Hospital Olive View original de California colapsó durante un terremoto de magnitud 6,6. El
hospital de reemplazo no sufrió daños estructurales durante un terremoto de magnitud 6.8 posterior,
pero las aceleraciones del espectro del piso se midieron a más de 2 g. El reemplazo del Hospital Olive
View dejó de funcionar debido a daños extensos en los componentes arquitectónicos, y no pudo
atender a las personas heridas por el terremoto. El hospital de reemplazo fue evacuado el día del
terremoto y permaneció cerrado durante 3 meses [Chevers]. Este SISCF proporciona los criterios de
diseño estructural para la construcción de instalaciones esenciales para permanecer funcional después
de un terremoto.
El Hospital de la Mujer en Christchurch, Nueva Zelanda, fue construido con aisladores de plomo /
caucho, y es un ejemplo de aisladores que no sirvieron para reducir el daño sísmico [Kuang]. El
hospital fue diseñado como una "Instalación Esencial" aislada sísmicamente de acuerdo con el código
de construcción de Nueva Zelanda. Según los investigadores de la Universidad de Christchurch, los
aislantes de plomo en el Hospital de la Mujer de Christchurch "no se desplazaron" durante el
terremoto de 2011 y el hospital respondió "esencialmente como si se tratara de una base fija" [Kuang].
https://goo.gl/qRRjbW El contratista contratado para reparar el daño sísmico, Fletcher Construction,
informó que el edificio del hospital sufrió más de US $ 10 millones en daños arquitectónicos y
estructurales causados por el terremoto de magnitud moderada 6. El código de diseño de la estructura
de Nueva Zelanda especifica que las propiedades del aislador se seleccionan para mantener la
estabilidad durante un MCE. La rigidez efectiva del aislador medida durante el terremoto de magnitud
6 fue más de 10 veces mayor que la rigidez efectiva asumida en el diseño de la estructura. Este orden
de magnitud mayor rigidez del aislador fue un resultado directo de cómo los códigos de diseño de la
estructura especifican el diseño del aislador. Los aisladores diseñados siguiendo los procedimientos
de diseño prescriptivos especificados en ASCE 7 Capítulo 17 probablemente causen daños similares
a las estructuras aisladas. Además, los aislantes que cumplen con el Capítulo 17 probablemente no
satisfarán las expectativas razonables del propietario, ni el requisito obligatorio de funcionalidad post-
terremoto de ASCE 7 Capítulo 1 para todas las instalaciones esenciales.
Las instalaciones esenciales son designadas por ASCE como edificios de Categoría IV de Riesgo
Sísmico. Para estas instalaciones esenciales, los criterios y métodos de diseño de aislamiento sísmico
en este SISCF pretenden limitar sustancialmente el daño a los componentes arquitectónicos y evitar
cualquier daño estructural significativo. El cumplimiento de los criterios de R, desplazamiento de
historia y espectros de piso en este SISCF se desarrolló para limitar el daño al edificio al 2% de los
costos de reemplazo del edificio, para edificios que cumplan con este SISCF y ASCE 7-16. Los
criterios de REDi Platino para funcionalidad inmediata especifican un límite de pérdida económica
35
total de 2.5%, incluyendo daños al contenido de la instalación y los costos asociados con la pérdida
de uso. Este SISCF permite una pérdida del 0.5% por daño de contenido y pérdida de uso, para
cumplir con el criterio de REDi Platino con un límite de pérdida económica total del 2.5%.
Para los "Edificios de uso ordinario", clasificados como edificios de Categoría I y II de Riesgo
Sísmico, los criterios de diseño sísmico pretenden limitar el daño a los componentes arquitectónicos,
en la mediana, a menos del 8% de los costos de reemplazo de la instalación y evitar cualquier daño
estructural significativo. El criterio REDi Plata especifica un límite de pérdida económica total del
10%, que incluye el daño al contenido de la instalación y los costos asociados con la pérdida de uso.
Se realiza una bonificación del 2% para daños de contenido y pérdida de uso, para cumplir con los
criterios REDi Plata.
Los Criterios de Resistencia Sísmica especificados en la Tabla C.3-1 se han utilizado para diseñar
aisladores sísmicos para 12 nuevos hospitales en Perú y 1 hospital en Ecuador [Zayas, 2017]. Las
evaluaciones de FEMA P58 no se realizaron para estas aplicaciones. Se evaluó que el cumplimiento
de los límites especificados en la Tabla C.3-1 es suficiente para satisfacer los objetivos de resiliencia
de este SISCF. https://goo.gl/wbfKi5 Los límites de respuesta de estructura listados en la Tabla C.3-
1 se aplican junto con los límites de los factores R como se especifica en esta Sección 13.0 de SISCF.
Las capacidades de miembro estándar adecuadas para cargas de nivel de servicio, como se especifica
en el estándar de material de componente estructural aplicable, deben exceder las demandas de fuerza
DE divididas por la R. especificada. Para satisfacer los objetivos de rendimiento de este SISCF, los
factores de seguridad para miembros estructurales genéricos especificado en el estándar de material
del componente debería dar como resultado que cada miembro tenga suficiente fuerza de reserva y
capacidad de desplazamiento, primero en el rango esencialmente elástico, y luego mayor resistencia
de reserva en el rango de respuesta inelástica. Como tal, los sistemas estructurales típicos seguirían
siendo "esencialmente elásticos" para que la carga sísmica exija aproximadamente el doble de las
cargas de diseño sísmico. Una estructura que cumpla con la Categoría IV debe lograr una respuesta
estructural "esencialmente elástica" para un evento de nivel MCE, evitando un daño estructural
significativo. Una estructura que cumpla con la Categoría II debe lograr una respuesta de estructura
"esencialmente elástica" para la carga de DE, evitando un daño estructural significativo para la ED,
y debe tener suficiente capacidad de desplazamiento inelástica monotónica para evitar el colapso para
la MCER. Una respuesta esencialmente elástica elimina los ciclos múltiples de grandes
desplazamientos inelásticos de desplazamiento, un factor de control al especificar los requisitos de
detalle de ductilidad para miembros estructurales dúctiles.
36
Basaksehir Hospital Facility, SISCF Category IV, REDi Platino
El uso de factores R de 6 y 8 es un diseño de estructura que pretende dañar, lo cual es inconsistente
con la ASCE 7 Sección 1.3.3 Requisitos de funcionalidad para instalaciones esenciales. La mayoría
de los análisis de estructuras asumen el comportamiento de la estructura elástica, aunque la
distribución de los desplazamientos sísmicos que ocurren en una estructura altamente inelástica es
muy diferente de la que ocurre en una estructura elástica.
Este SISCF sirve para implementar aisladores sísmicos para minimizar el daño sísmico y mantener
la funcionalidad posterior al terremoto. Minimizar el daño sísmico salvara miles de vidas, reducirá
sustancialmente las pérdidas económicas y ofrecerá los beneficios de rendimiento que se logran con
los aisladores de alta calidad.
C.4. Confiabilidad Objetivo para la Estabilidad de la Estructura
Los criterios de prevención de colapso de código se aplican igualmente a estructuras aisladas y no
aisladas. Al usar los factores R de 6 y 8, el ingeniero estructural pierde el control sobre el
comportamiento estructural. Las estructuras dúctiles también requieren una construcción diligente de
acuerdo con los estándares de la industria para sistemas estructurales dúctiles, miembros, materiales
y métodos de fabricación. El factor de reducción de carga sísmica R permitido por ASCE 7 se basa
en absorber grandes desplazamientos inelásticos y energía a través de los detalles inelásticos,
materiales y fabricación del miembro. La incompatibilidad entre la suposición de una estructura
elástica y la respuesta altamente inelástica durante terremotos fuertes es la razón principal por la que
los desplazamientos sísmicos tienden a concentrarse en porciones localizadas de una estructura, lo
que a veces causa colapso. Los diseños de estructuras elásticas, tal como lo requiere este SISCF, son
más confiables para evitar el colapso y evitar el daño de la estructura. Los criterios de FEMA P695
para evitar el colapso incluyen un gran coeficiente de variación para la demanda de carga sísmica,
como se aplica cuando se usa el espectro mínimo del código típico. Los espectros específicos del sitio
y los movimientos sísmicos reales registrados a veces son dos veces más fuertes que los espectros del
código MCER. Este SISCF supone que el código mínimo del espectro MCER se usa para dimensionar
37
la demanda de desplazamiento del aislador, y que los factores de capacidad del aislador especificados
protegen contra la incertidumbre en la carga sísmica.
Las disposiciones para los miembros de estructura dúctil, como se especifica en ASCE 7, AASHTO
y los estándares de componentes subyacentes, no son necesarios cuando el diseño y la construcción
de la estructura siguen las disposiciones de este SISCF. Las estructuras diseñadas de acuerdo con este
SISCF lograrán una fiabilidad sustancialmente mayor en el rendimiento de la estructura y la fiabilidad
contra el colapso de la estructura, en comparación con las estructuras dúctiles genéricas. Por lo tanto,
cuando las estructuras se diseñan y construyen de acuerdo con este estándar, entonces no se requieren
los estándares subyacentes para los miembros dúctiles. Cualquier tipo de estructura y detalles
aprobados por ASCE 7 o AASHTO para resistir cargas de viento son suficientes para estructuras
aisladas diseñadas de acuerdo con las disposiciones de este documento, y así están permitidas por
este Estándar.
Las distribuciones de cargas verticales en aisladores calculadas utilizando los métodos de análisis y
diseño permitidos por este SISCF, y la distribución de esas cargas verticales en todo el sistema
estructural, supone que los aisladores tendrán desplazamientos verticales esencialmente equivalentes
cuando se desplacen lateralmente. Las diferencias en los desplazamientos del aislador vertical a través
de la estructura se limitan a ser consistentes con los sistemas de estructura y análisis permitidos por
este Estándar. En los mismos puntos de soporte de la estructura (como la misma columna, muelle o
muro cortante) todos los aisladores deben ser del mismo modelo y capacidad para minimizar las
diferencias en cargas verticales y desplazamientos que probablemente resulten en fallas progresivas
de aisladores dentro del grupo.
Este SISCF especifica las capacidades mínimas de aislamiento y la fiabilidad asociada requerida para
satisfacer las fiabilidades de objetivos de estructura especificados en el Capítulo 1. Cada año, muchas
estructuras sufren pérdida de funcionalidad debido a terremotos. Muchas vidas se pierden cuando los
hospitales y otras instalaciones esenciales no pueden funcionar después de los terremotos. Los diseños
y los detalles de la estructura prescriptiva ASCE 7-16 actuales no utilizan los métodos de ingeniería
desarrollados durante los últimos 30 años para minimizar el daño arquitectónico de los componentes
de modo que los edificios puedan conservar la funcionalidad. Ahora, décadas atrás de los avances en
las estructuras resilientes, el capítulo 12 de la ASCE 7 especifica los procedimientos prescriptivos
para que las instalaciones esenciales se diseñen solo para una pequeña fracción de las demandas
sísmicas calculadas. Cuando se usan los factores de reducción de carga sísmica especificados en el
Capítulo 12 de 6 y 8 (factores R), una estructura se está diseñando intencionalmente para ser
severamente dañada por los terremotos. Estos factores R son fundamentalmente incompatibles con
los requisitos de funcionalidad ASCE 7 Capítulo 1, Sección 1.3.3. Una solución disponible es que el
ingeniero estructural, arquitecto o propietario de la instalación especifique este SISCF para todas las
instalaciones esenciales.
ASCE 7 La Tabla 12.2-1 especifica un R = 8 para cuatro sistemas estructurales diferentes que se
especifican para regiones sísmicas severas. Para las "Instalaciones Esenciales" diseñadas usando R =
8, las fortalezas de diseño sísmico requeridas por ASCE 7 son solo el 12.5% del MCER especificado
por el código. Para los "edificios ordinarios" diseñados con R = 8, las fortalezas de diseño sísmico
requeridas son solo el 8% del código MCER. Además, la mitad de todos los MCE son más fuertes
que el MCER. Cada año, algunas estructuras están sujetas a temblores de tierra que son dos veces más
fuertes que el MCER. Las resistencias de diseño sísmico especificadas por ASCE 7 para edificios
comunes son solo el 4% de estas demandas de carga de MCE más fuertes. Por lo tanto, las demandas
de carga MCE fuertes pueden ser 25 veces más fuertes que las cargas de diseño sísmico especificadas
ASCE 7. Las capacidades y los detalles de los miembros de la estructura requeridos por AISC 360 y
ACI 318 satisfarán típicamente la confiabilidad objetivo de la ASCE 7, que tiene como objetivo
limitar la pérdida de estabilidad de los miembros estructurales primarios al 10% de las estructuras
38
ordinarias cuando ocurre el MCER. ASCE 7 ha logrado con éxito sus fiabilidades objetivo. Pocas
estructuras que cumplan con ASCE 7, AISC 360 y ACI 318 colapsan durante estos terremotos
extremos, sin embargo, demasiadas colapsan. A las muy bajas relaciones de resistencia a la demanda,
estas estructuras dúctiles especiales deben absorber desplazamientos sísmicos muy grandes que son
equivalentes a los desplazamientos del aislador especificados para la prueba de capacidad de
desplazamiento en este SISCF.
Triple Péndulo [Zayas et al, 2016] Elastómero [Yamamoto et al., 2009]
Ciclos Fuerza-desplazamiento del Aislador que Cumplen con la Rigidez Post DM del SISCF
Satisfacer las confiabilidades objetivo para los tipos de estructura dúctil requiere que el
desplazamiento sísmico exija no concentrarse en una parte de una estructura, evitando esencialmente
los pisos blandos. Los criterios de ASCE 7 especifican cargas de diseño mínimas, pero no controla la
selección de componentes estructurales y las disposiciones que evitan que la mayor parte de la
demanda de desplazamiento sísmico se concentre en partes más débiles de una estructura. Estas
decisiones quedan a criterio del profesional de diseño de estructuras. Cada año se producen colapsos
de estructuras diseñadas dúctiles cuando los desplazamientos sísmicos se concentran accidentalmente
en porciones de estructuras. Para evitar de manera confiable el colapso de las estructuras dúctiles, el
ingeniero debe detallar las estructuras para distribuir desplazamientos sísmicos inelásticos en toda la
altura de la estructura. Los diseños prescriptivos de acuerdo con ASCE 7, respaldados por el análisis
elástico lineal, no son suficientes para evitar la formación de historias blandas. La falla prematura de
miembros individuales o articulaciones también puede causar colapsos estructurales. Evitar el colapso
requiere una construcción de alta calidad para los detalles de ductilidad "especiales". La alta calidad
de la construcción para estos detalles de ductilidad puede ser difícil de lograr de manera confiable
con una construcción in situ muy variable.
No se requieren tipos de estructuras dúctiles especiales para las superestructuras cuando los aisladores
y las estructuras se diseñan de acuerdo con este SISCF. La combinación de tipos de estructuras fiables
y económicas comúnmente utilizadas en regiones no sísmicas, con aisladores sísmicos que cumplen
con SISCF, a menudo puede compensar el costo total de los aisladores sísmicos. Después de esto,
SISCF puede lograr estructuras aisladas seguras que sufran un daño sísmico mínimo a costos de
construcción más bajos en comparación con los tipos de estructuras dúctiles especiales. Además,
mantener la funcionalidad de las instalaciones esenciales salvará las vidas de las personas que
necesitan rescates de emergencia y atención médica después de los terremotos.
La consideración más importante para la seguridad de las estructuras aisladas es tener suficiente
capacidad de desplazamiento y resistencia cortante del aislador para evitar la inestabilidad del
39
aislador, según lo especificado por este SISCF. Suponiendo "aisladores de calidad perfecta", para
aisladores que tienen capacidades iguales a las demandas de MCER especificadas ASCE 7, el riesgo
de colapso FEMA P695 calculado es 40%, debido a la dispersión de la demanda de desplazamiento
del aislador teniendo en cuenta la variabilidad del movimiento del suelo y otras incertidumbres [Shao
et al.]. La razón principal es que hay un 50% de probabilidad de que en la ocurrencia de un evento
MCER la demanda de desplazamiento sísmico se exceda, porque los espectros MCER representan la
demanda media de un evento de nivel MCE. Una vez que se excede la capacidad de desplazamiento
segura del aislador, los aisladores se colapsan. Los cálculos de riesgos de colapso de FEMA P695 de
estructuras aisladas [Shao, Mahin, Zayas] identificaron que el riesgo de colapso primario para las
estructuras aisladas resulta de la pérdida de estabilidad de los aisladores. La prevención del colapso
de los aisladores se logra mediante los factores de seguridad de desplazamiento y capacidad de corte
especificados en este SISCF. Una vez que la seguridad del aislador está asegurada, el riesgo
primordial restante de colapso es el resultado de las estructuras que impactan en las paredes rígidas
del foso. Durante el estudio de Shao se descubrió que cuando las paredes de foso fuertes o las
restricciones del aislador rígido se ubicaban a menos de 2,25 DM, las estructuras superiores tienen un
riesgo de colapso mayor que 2.5%. Por lo tanto, las paredes del foso o restricciones de desplazamiento
rígidas a menos de 2,25 DM no están permitidas bajo este SISCF.
C.5. Estándares Disponibles para Productos de Aislamiento
Los estándares de diseño de la estructura de ASCE, AASHTO y Euro Código permiten que las
estructuras dúctiles se diseñen para una pequeña fracción de las cargas sísmicas especificadas por el
código. Estos diseños son seguros solo si los componentes están construidos de acuerdo con
estándares que implementan materiales confiables, fabricación y factores de seguridad de capacidad,
tales como AISC 360 y ACI 318. Los factores de capacidad del miembro están especificados en estos
estándares de componentes de acero y concreto para componentes genéricos que tienen capacidades
de ductilidad adecuadas. La construcción que cumple con los requisitos de diseño de ASCE 7, cuando
se combina con estos estándares de componentes, da como resultado estructuras dúctiles que
normalmente cumplen con las Fiabilidad de objetivos especificadas por ASCE 7.
ASCE, AASHTO y Euro Código requieren que se especifiquen los estándares adecuados de material
y fabricación para todos los componentes estructurales. Los estándares de los componentes
especifican las capacidades, propiedades y calidad mínimas de todos los componentes estructurales,
de modo que los componentes estructurales satisfagan los requisitos de confiabilidad y funcionalidad
del estándar de diseño. Los estándares de materiales para los componentes estructurales son diferentes
en alcance y función que las cargas de diseño y los criterios asociados especificados por ASCE 7,
AASHTO o Euro Código. Hay dos estándares de aisladores sísmicos publicados: este SISCF y
EN15129. Ambos estándares de aislamiento permiten que un ingeniero especifique las propiedades
de diseño del aislador como se usa en el diseño estructural, para que luego los aisladores se fabriquen
de acuerdo con el estándar. Sin embargo, el SISCF y el EN15129 tienen requisitos esencialmente
opuestos para las capacidades y el rendimiento del aislador. El diseñador de estructuras profesionales
debe elegir cuál de estos estándares de aislamiento es consistente con el estándar de diseño de
estructuras utilizado, y la intención de usar aislantes sísmicos en la instalación.
Los aisladores de péndulo poco profundos con una capacidad de desplazamiento de 20 a 30 cm y sin
anillos de retención de seguridad son aisladores compatibles con EN15129. Estos aisladores tienen
altas probabilidades de colapso durante un terremoto, causando el colapso total de la estructura. Para
agravar el problema, la resistencia al cortante de diseño sísmico requerido de estas estructuras
"aisladas" se reduce en comparación con las estructuras no aisladas, lo que aumenta la probabilidad
de daño y colapso de la estructura superior. Por lo tanto, las estructuras aisladas construidas sin
estándares adecuados de aislamiento a menudo sufrirán más daños y tendrán mayores riesgos de
colapso en comparación con las estructuras dúctiles no aisladas equivalentes.
40
Con las capacidades mínimas del aislador como se especifica en este SISCF, se espera que los
aisladores satisfagan las Confiabilidades objetivo especificadas por ASCE 7. El péndulo de calidad o
los aislantes de caucho cumplen con este SISCF. Especificar este SISCF como obligatorio en los
planes del proyecto satisface la responsabilidad del ingeniero profesional de especificar un estándar
para los aislantes sísmicos.
EN15129 está escrito para ser aplicado junto con el Euro Código. Las capacidades de aislamiento
requeridas se basan en los espectros de terremotos base de diseño mediano que tienen una
probabilidad nominal del 10% de ser excedidos en 50 años. El Euro Código permite el uso de
espectros específicos del sitio con amplitudes menores a los especificados en el Euro Código. Los
procedimientos de análisis sísmico utilizados para calcular las capacidades de aislamiento requeridas
son los mismos que los utilizados para las estructuras dúctiles. EN15129 no especifica ningún factor
de seguridad para los desplazamientos del aislador o cortante más allá de la demanda mínima de
espectros DE. Los aisladores EN15129 pueden tener capacidades de desplazamiento y cortante
inferiores a 1/4 de las capacidades mínimas requeridas por este SISCF. EN15129 prohíbe los anillos
de retención de seguridad del aislador que proporcionan la resistencia al cortante de reserva requerida
por este SISCF. Se ha calculado que los aisladores genéricos fabricados de acuerdo con EN15129 y
el Euro Código 8 tienen un 99% de probabilidad de colapso, de acuerdo con la metodología FEMA
P695 que se desarrolló para verificar el cumplimiento de la confiabilidad objetivo de la ASCE 7.
EN15129 no tiene disposiciones de resiliencia destinadas a minimizar el daño sísmico y mantener la
funcionalidad de las estructuras aisladas. EN15129 es incompatible con los criterios de confiabilidad
ASCE y AASHTO. Se han producido riesgos graves de colapso de la estructura aislada al especificar
EN15129 como el estándar del aislador, o al no especificar ningún estándar del aislador en absoluto.
Las estructuras aisladas diseñadas y construidas de acuerdo con este SISCF proporcionarán una
menor variabilidad en el riesgo de colapso en comparación con las estructuras dúctiles prescriptivas.
Este SISCF especifica los factores de capacidad del aislador y las fortalezas de la estructura que
deberían reducir de manera confiable los riesgos de colapso de la estructura aislada a menos de los
límites especificados de la ASCE 7 en la probabilidad de colapso. El colapso de la estructura se evita
mediante una combinación de: comportamiento simplificado de la estructura aislada; diseño de
estructura elástica, factores de seguridad para la capacidad de desplazamiento del aislador y la
resistencia al cortante; pruebas integrales de capacidad del aislador; y lo más importante de todo,
calificar al fabricante del aislador que es responsable profesionalmente de entregar las capacidades
del aislador y las propiedades prometidas. Con capacidades de desplazamiento de aisladores grandes
comprobadas mediante pruebas, las estructuras aisladas que cumplen con este SISCF deberían tener
los riesgos de colapso más bajos de todos los tipos de estructura permitidos por ASCE 7 o AASHTO.
La ASCE 7 especifica las cargas de diseño del aislador, pero no especifica los requisitos de
calificación del fabricante del aislador, y no requiere que el prototipo y los materiales aislantes de
producción y la fabricación sean inspeccionados para asegurar la equivalencia. Para pasar las pruebas
de prototipo requeridas por ASCE 7, muchos fabricantes han utilizado materiales de mayor calidad y
procesos de fabricación solo para los "aisladores prototipo". Estas prácticas de fabricación,
impulsadas por una industria de construcción de oferta baja, han resultado en miles de aisladores
instalados en estructuras que fallan bajo carga muerta solamente [Zayas, Mahin, Constantino]. Con
una construcción de oferta baja, la calidad que se logra es la calidad que imponen los inspectores al
aplicar los estándares de materiales. Se debe especificar un estándar de aislamiento adecuado para
que los inspectores de construcción tengan criterios para hacer cumplir.
El Euro Código 8 y EN15129 requieren que los aisladores tengan una capacidad de desplazamiento
suficiente para un terremoto de diseño del Euro Código 8, que típicamente tiene una demanda de
desplazamiento inferior a la mitad de la demanda ASCE 7 MCER. Tales estructuras aisladas diseñadas
para un cumplimiento mínimo con el Euro Código 8 y EN15129 se calcularon para tener una
41
probabilidad de colapso de FEMA P695 del 99% [Zayas, Mahin, Constantinou]. La razón es que la
probabilidad de que se exceda la capacidad de desplazamiento del aislador del Euro Código 8 es del
99% cuando ocurre el MCER especificado por ASCE 7. El estándar EN15129 también prohíbe los
anillos de retención de desplazamiento de seguridad que han sido una práctica estándar durante más
de 30 años para evitar el desplazamiento excesivo de los aisladores de péndulo. Los aisladores de
péndulo fabricados sin anillos de seguridad, han sido instalados en la parte superior de las columnas
en hospitales que no tienen paredes de foso u otro sistema de restricción de desplazamiento, lo que
resulta en riesgos muy serios de colapso. Especificar este SISCF en las especificaciones del proyecto
protegerá contra estos serios peligros para la seguridad de la vida.
Más de 10,000 aisladores se han fabricado sin estándares adecuados e instalados en estructuras
[Zayas, Mahin, Constantinou, 2016]. Muchos de estos aisladores han fallado solo bajo carga muerta,
sin que se produzca ningún terremoto. Especificar estándares adecuados para aisladores sísmicos es
un requisito fundamental del mandato de seguridad pública que se ha confiado a ingenieros
estructurales, códigos de diseño estructural y aquellos funcionarios autorizados para aprobar la
construcción.
La terminal principal del aeropuerto de Kunming en China es un edificio de 5 millones de pies
cuadrados aislado con cojinetes de goma. Más de 600 de los aisladores de caucho instalados sufrieron
delaminación de caucho a acero durante la construcción bajo carga muerta parcial solamente
[McVitty]. Solo se reemplazaron los rodamientos obviamente deslaminados. Ninguno de los
aisladores fue probado para control de calidad.
Un viaducto de 2.3 km de longitud de la autopista transeuropea en Turquía tuvo los componentes del
sistema de aislamiento fallados estructuralmente durante un terremoto, causando el colapso casi total
de la estructura [Roussis], y una pérdida económica del 100%. Los aisladores deslizantes tenían solo
22.5 cm de capacidad de desplazamiento. Estos componentes del sistema de aislamiento fueron
fabricados con las capacidades justificadas basadas en el Euro Código. Después de la falla, las pruebas
de aislamiento realizadas más tarde en UC San Diego mostraron que los componentes del sistema de
aislamiento no tenían las propiedades utilizadas en el diseño de la estructura. La ASCE 7 calcula la
DM para este sitio y el sistema de aislamiento original es de 47 cm. Esto da como resultado una
probabilidad calculada de colapso del FEMA P695 del 99% para los aisladores originales instalados,
y los aisladores colapsaron. FIP y Alga son los proveedores que vendieron el sistema original de
aislamiento del viaducto que falló. Estos mismos dos vendedores continúan vendiendo aisladores
peligrosos, y continuarán haciéndolo hasta que se haga obligatorio un estándar adecuado. Después de
extensos estudios de ingeniería, la estructura del viaducto se reacondicionó con aisladores de péndulo
de fricción que tenían una capacidad de desplazamiento de 90 cm, 4,5 veces la capacidad de
desplazamiento de los aisladores originales. Los aisladores de péndulo de fricción de reemplazo se
diseñaron y fabricaron de acuerdo con los estándares de aislamiento del fabricante de EPS, que son
la base de este SISCF. En realidad, el propietario pagó menos por los aisladores de Péndulo de
Fricción de alta calidad que el mismo propietario había pagado previamente por el sistema de
aislamiento peligroso que tiene solo un cuarto de la capacidad de desplazamiento.
El gobierno de Ecuador investigó aisladores peligrosos que se instalaron en hospitales del Ecuador
[ESPE]. Estos aisladores tienen cóncavos poco profundos, fuerza de restauración inadecuada,
capacidad de desplazamiento inadecuada y anillos de retención de seguridad. Tales aisladores de
péndulo peligrosos vendidos por Mageba ya habían sido instalados en el hospital de Muisne. Los
aisladores de péndulo peligrosos similares vendidos por FIP se especificaron y compraron para el
hospital Duran. Los investigadores de ESPE llegaron a la conclusión de que estos peligrosos
aisladores probablemente causarían un colapso de la estructura en una repetición del terremoto de
2016, y que este problema se debió a que el ingeniero de diseño especificó el Estándar Europeo
EN15129 como el estándar aislador. La investigación del gobierno de Ecuador resultó en que los
42
aisladores del hospital de Piñas se cambiaran a aisladores Triple Péndulo con 3 veces la capacidad de
resistencia al corte, y 1.7 veces la capacidad de desplazamiento, según se requiera para satisfacer los
requisitos mínimos de Confiabilidad ASCE 7. Los aisladores peligrosos se vendieron a precios más
altos que los aisladores de triple péndulo con capacidades mucho mayores [ESPE]. Aisladores
peligrosos vendidos a precios altos son un indicador de corrupción. Los investigadores de EPSE
concluyeron que los proveedores de aisladores de baja calidad habían pagado a los ingenieros de
diseño estructural, o los inspectores de construcción, para especificar y aprobar sus productos de
calidad inferior. Dicha corrupción en la venta de aisladores se ha visto facilitada por el hecho de que
los códigos de diseño estructural no especifican un estándar de aislador adecuado que especifique los
requisitos de calificación del fabricante. Nuevos hospitales en Turquía han instalado aisladores de
péndulo peligrosos similares justificados bajo el misma estándar europeo EN15129.
Durante el terremoto de Sendai en 2011 en Japón, una gran cantidad de aisladores de caucho se
desprendieron durante un movimiento de tierra relativamente moderado [Takahashi]. Hubo un gran
escándalo cuando se descubrió que el fabricante del aislador japonés había falsificado sus informes
de control de calidad.
Lo contrario de los aisladores de baja calidad fabricados sin estándares, miles de aisladores sísmicos
de alta calidad han sido diseñados, fabricados y probados de acuerdo con los rigurosos estándares de
aislamiento que son la base de este SISCF. Estos aisladores de alta calidad se han implementado para
minimizar el daño por temblor sísmico por más de $ 100 mil millones en edificios importantes,
puentes e instalaciones industriales [Zayas].
Por ejemplo, el puente de Bahía de 2 kilómetros de largo en Ecuador se une a las ciudades de San
Vicente y Bahía de Caráquez, un puente de salvavidas crítico para vehículos de emergencia [ATC].
El terremoto del Ecuador M7.8 de 2016 resultó de un área de ruptura de fallas de 100 km por 80 km,
con un tiempo de propagación de fallas de 1 minuto. La ruptura de la falla comenzó a 80 km al norte
del puente de Bahía, se propagó hacia el puente, se rompió bajo el puente y se rompió por otros 20
kilómetros al sur [ATC]. La estación de registro de aceleración APED estaba en falla del puente, con
propagación hacia el puente, y midió aceleraciones de suelo de 1.4g horizontal, .8g horizontal y .7g
vertical, y aceleraciones de espectro de 3g [ATC]. Los aisladores incorporaron anillos de seguridad
que proporcionaron factores de resistencia al corte de seguridad [ATC]. En base a los anillos de
seguridad de seguridad completamente cortados, los aisladores experimentaron una demanda de
cortante dos veces más fuerte que la demanda calculada para el terremoto máximo considerado. Las
restricciones de seguridad impidieron el colapso total de las luces del puente y permitieron que los
vehículos de emergencia comenzaran a usar el puente inmediatamente después del terremoto [ATC].
Los factores de seguridad del aislador implementados para el puente de Bahía, e incorporados en este
estándar, proporcionan un índice de colapso de margen de FEMA P695 "CMR" ligeramente superior
a 2.0. Un CMR = 2 significa que el colapso de la estructura ocurre cuando la demanda de carga
sísmica aumenta a 2.0 veces el espectro MCER. Teniendo en cuenta la carga sísmica típica y la
incertidumbre de la estructura para estructuras dúctiles, los cálculos de colapso FEMA P695 requieren
una CMR de alrededor de 2 para reducir los riesgos de colapso a menos del 10% en caso de un evento
MCE.
Cuando se instalan aisladores de baja calidad en las estructuras, pueden crear mecanismos peligrosos
de colapso de "historia suave". Desde la década de 1970, los códigos de construcción se han esforzado
por eliminar las "historias blandas" peligrosas. Pocas personas elegirían volar en un avión que sabían
que se fabricó sin estándares. La gente no debería ponerse en peligro al entrar sin saberlo en una
estructura con aisladores fabricados sin estándares. Especificar este SISCF ayuda a proteger contra
aisladores peligrosos, y proporciona una base razonable para licitar aisladores que son seguros, y
también reduce el daño sísmico.
43
Para todas las estructuras aisladas, la seguridad estructural y las reducciones de daños sísmicos
dependen principalmente de la integridad profesional, los materiales patentados y los estándares de
fabricación del fabricante del aislador. Los aisladores son los más críticos de todos los componentes
de la estructura, y deben ser diseñados, fabricados y probados por expertos en ingeniería de
aislamiento sísmico. Por lo tanto, los requisitos de calificación para los fabricantes son los más
importantes de los criterios en este SISCF.
Los sistemas de aislamiento sísmico a menudo incluyen amortiguadores separados de los aisladores.
Este SISCF no cubre los amortiguadores. Los amortiguadores también deben fabricarse y
suministrarse de acuerdo con un estándar de producto fabricado que se desarrolle para lograr un mejor
rendimiento sísmico y reducir los riesgos de colapso, en comparación con las estructuras que no usan
amortiguadores. Tal estándar es necesario para cubrir todos los amortiguadores sísmicos y las
abrazaderas de restricción de pandeo "BRB", de modo que estos "sistemas de protección" también
minimicen el daño sísmico.
En la actualidad, muchas estructuras que utilizan amortiguadores sísmicos o BRB están diseñadas
para fuerzas mínimas de diseño sin especificar un estándar para estos componentes de "sistema de
protección" consistentes con las Fiabilidad de objetivos ASCE 7. Tales estructuras son altamente
susceptibles de desarrollar historias suaves y peligrosas en los niveles más bajos de la historia, porque
una vez que el BRB cede, la rigidez de la historia es típicamente negativa. Este problema de colapso
es similar al que ocurre con los aisladores que tienen rigidez negativa. Se debe requerir que las
estructuras que utilizan BRB tengan columnas lo suficientemente fuertes como para evitar el
desarrollo de historias blandas. Los BRB diseñados para disposiciones de código de diseño de
estructura mínima actual, con R = 8, no deberían permitirse. En opinión de los autores, los aislantes
sísmicos, los amortiguadores y las abrazaderas de restricción de pandeo solo deberían usarse para
lograr reducciones cuantificadas en el daño sísmico, similares a las disposiciones de este documento
para aisladores. Los "sistemas de protección" sísmicos nunca deben ser diseñados por ingenieros
estructurales para un cumplimiento mínimo con las disposiciones del código de diseño de la estructura
que se desarrollaron para proporcionar una seguridad de vida mínima utilizando tipos de estructuras
dúctiles. Los autores contribuyentes nombrados en los reconocimientos incluyen productores,
diseñadores estructurales y profesores con 30 años de experiencia liderando muchos avances en el
campo del aislamiento sísmico y los amortiguadores.
A pesar de estos desafíos, muchas estructuras aisladas son las más seguras de todas las estructuras
construidas durante los últimos 30 años, ya que fueron específicamente diseñadas por expertos en
aislamiento sísmico. Las estructuras aisladas de la más alta calidad tienen un 98% de confiabilidad
para limitar el daño a menos del 2% y una confiabilidad del 99.8% contra el colapso. Hace treinta
años, los fabricantes de aisladores de alta calidad desarrollaron estándares de productos patentados e
ingeniería que producían aisladores de mayor calidad que los que actualmente producen los
fabricantes de bajo costo. Sin embargo, en los últimos 15 años han surgido muchas compañías que
ofrecen aisladores sísmicos de baja calidad fabricados sin estándares adecuados. Los aislantes
fabricados de baja calidad están poniendo en riesgo la vida de miles de personas.
Los estándares de productos manufacturados generalmente provienen de los estándares de propiedad
del fabricante líder de la industria. El documento fuente original para este SISCF era el estándar
propietario actual utilizado por el fabricante de aisladores líder mundial, que durante 32 años ha sido
pionero en la implementación de aisladores para minimizar el daño sísmico. Los fabricantes que
copian los conceptos de hardware del aislador también deben copiar los métodos de diseño y los
objetivos de rendimiento especificados aquí.
44
C.6. Requisitos de Calificación del Fabricante
Las pruebas de calificación del aislador requeridas en este documento son similares en naturaleza y
alcance a las realizadas anteriormente por los principales fabricantes de aisladores del mundo. En
virtud de las pruebas de calificación realizadas anteriormente, y también haber producido aisladores
de alta calidad durante más de 30 años sin fallas significativas en las aplicaciones durante terremotos,
Bridgestone, Oiles, Dynamic Isolation Systems y Earthquake Protection Systems son fabricantes
precalificados bajo este SISCF. Después de enviar sus calificaciones a Apple en 2011, estos mismos
cuatro fabricantes fueron los únicos fabricantes de aisladores calificados por Apple y solicitaron citar
aisladores para su nueva sede corporativa en California. Estos cuatro fabricantes ya habían realizado
pruebas de calificación completas de sus productos aisladores equivalentes a las requeridas por este
SISCF. Bajo este SISCF, para todos los demás fabricantes, el Profesional de Diseño Estructural debe
aprobar que sus pruebas de calificación y las propiedades aislantes de enlace superior e inferior
resultantes satisfagan los requisitos de este SISCF y ASCE 7-16. Todos los fabricantes, incluidos los
fabricantes precalificados, deben realizar las pruebas de capacidad, propiedad dinámica y control de
calidad especificadas en este documento, según corresponda a los aisladores utilizados en las
aplicaciones específicas.
Para que un fabricante califique, se requieren diez programas de prueba de calificación de aisladores
como mínimo en tres diferentes laboratorios de prueba independientes. La Universidad de California
en San Diego; Universidad de California en Berkeley; La Universidad Estatal de Nueva York en
Buffalo; E-Defense, Japón; HITEC, CERF USA; han realizado pruebas exhaustivas de aisladores
sísmicos producidos por muchos diferentes fabricantes. Dado el rápido crecimiento mundial de las
aplicaciones de aisladores sísmicos, se necesitan laboratorios adicionales de ensayos financiados por
el gobierno capaces de realizar pruebas dinámicas de los aisladores de tamaño completo para la
calificación de fabricantes adicionales en virtud de este SISCF. Se han llevado a cabo más de 50
programas de prueba de calificación de aisladores en Earthquake Protection Systems en 11 diferentes
laboratorios independientes. https://goo.gl/sfPXa1
Una universidad, laboratorio de ensayos, centro de investigación o fabricante de aisladores está
específicamente descalificado según este estándar como no confiable si algún docente, director,
funcionario o gerente ha sido condenado por fraude en relación con la prueba o venta de aisladores
sísmicos. Gian Michele Calvi, presidente y director del Centro de la UE en Pavía, Italia, fue declarado
culpable de fraude y soborno en relación con la venta de aisladores sísmicos. Calvi también fue
declarado culpable de negligencia profesional y homicidio por la muerte de personas durante el
terremoto de L'Aquila en Italia. Se descubrió que los aisladores certificados como satisfactorios de
las especificaciones del proyecto por el Centro de la UE en Pavia, no cumplían con las
especificaciones cuando se probaron en UC San Diego. Agostino Marioni, el gerente general de Hirun
Wuhan China, también fue declarado culpable de fraude y soborno en relación con la venta de
aisladores sísmicos. https://goo.gl/JBTwDa Por lo tanto, el Centro de la UE en Pavia y Hurun Wuhan
están descalificados en este SISCF como instituciones no confiables.
Este SISCF establece los requisitos de rendimiento y confiabilidad necesarios para aisladores
sísmicos seguros y confiables que sirven para minimizar el daño. Bajo este estándar de producto
manufacturado, el fabricante del aislador es responsable del rendimiento de los aisladores. Por el
contrario, los fabricantes afirman que el diseñador estructural tiene toda la responsabilidad de los
aisladores que venden, y "simplemente fabrican" de acuerdo con el diseño y las especificaciones del
aislador "aprobado por ingeniería".
La mayoría de los aisladores fabricados patentados se producen bajo patentes, y emplean secretos
comerciales en sus materiales y fabricación. Los productos patentados son típicos de productos
manufacturados, como automóviles, aviones, computadoras, ascensores, hornos, aires
45
acondicionados, ventanas, aisladores sísmicos y amortiguadores sísmicos. Actualmente, ningún
fabricante de aisladores principales produce los mismos aisladores genéricos utilizando el mismo
material y métodos de fabricación. Por lo tanto, este SISCF se establece como una especificación de
rendimiento para aisladores fabricados, y no especifica materiales aislantes específicos y métodos de
fabricación. Los ingenieros de diseño estructural están protegidos por fabricantes de aisladores
creíbles que producen aisladores de calidad utilizando sus propios materiales y métodos de
fabricación.
A partir de los últimos 30 años de historia con aisladores sísmicos "Manufacturados" versus
"fabricados", hemos aprendido que: los fabricantes de aisladores de calidad han desarrollado
materiales adecuados de aislamiento y métodos de fabricación; y los aisladores fabricados sin los
estándares adecuados son peligrosos y no sirven para minimizar el daño. Las pruebas y los requisitos
en este documento establecen estándares mínimos de rendimiento para materiales aislantes, métodos
de fabricación, factores de seguridad y protocolos de prueba. Cuando los aisladores son diseñados y
fabricados por fabricantes de calidad, este SISCF logrará una protección confiable contra el daño
sísmico y el colapso.
Las normas ASTM para aisladores sísmicos genéricos no existen, y probablemente nunca deberían
desarrollarse, porque es importante que los aisladores sean fabricados por fabricantes de alta calidad
que asumen la responsabilidad principal del rendimiento de sus aisladores. Los aisladores son
demasiado importantes para ser fabricados por fabricantes de baja oferta bajo estándares genéricos
para materiales y fabricación.
Las pruebas de calificación del fabricante son las más importantes de todas las pruebas de aislamiento
requeridas por este estándar. Las Pruebas de Calificación especificadas aquí son muy diferentes de
las "Pruebas de Prototipos" especificadas en ASCE 7 Capítulo 17. También son más específicas y
completas que las Pruebas de Calificación 17.8.1.1 de la ASCE 7-16, y las "Pruebas de
Caracterización del Sistema" requeridas por primera vez AASHTO en 1991. Las pruebas de
calificación aquí establecen que el fabricante tiene la experiencia especializada necesaria para
producir un producto confiable, y que la línea de productos del aislador del fabricante tiene la
longevidad y robustez requeridas del aislador. Las pruebas de calificación también establecen los
requisitos básicos de que los aisladores generalmente se ajustarán a las suposiciones hechas en el
diseño de la estructura. Se han implementado materiales aislantes de alta calidad y métodos de
fabricación para muchas estructuras importantes. Como parte de los procesos de selección y
aprobación específicos del proyecto utilizados en estos proyectos importantes, los fabricantes de alta
calidad han demostrado calificaciones similares a las requeridas en este documento. Los fabricantes
de nivel inferior necesitarán desarrollar materiales y métodos de fabricación confiables para poder
cumplir con los requisitos aquí establecidos. Se les anima a hacerlo. La industria del aislamiento
necesita que todos los fabricantes produzcan aisladores de alta calidad.
C.7. Ensayos de Capacidad del Aislador y Requerimiento de Factores de
Seguridad del Aislador
Todos los componentes estructurales deben tener capacidades de carga permitidas del miembro y
factores de seguridad, definidos por un estándar del componente. La necesidad de factores de
seguridad del aislador sísmico ha sido defendida durante muchos años por Nakazawa y Zayas en sus
publicaciones a las que se hace referencia en este documento. Los factores de ensayos para carga
vertical, desplazamiento lateral y resistencia al cortante especificados para los ensayos de capacidad
brindan capacidades de aisladores seguras consistentes con las capacidades objetivo de la ASCE.
Los factores de capacidad del aislador en este documento se basan en investigaciones exhaustivas de
los factores de capacidad del miembro requeridos para cumplir con los límites de probabilidad de
46
colapso de la ASCE 7 como se informa en "Factores de capacidad de los componentes para
aisladores sísmicos requeridos para limitar los riesgos de colapso para estructuras aisladas dentro
de la ASCE 7 especificado para limitar el riesgo de colapso de estructuras" por Shao, Mahin y Zayas.
https://goo.gl/bk5oAO La seguridad contra el colapso, y la fuerza requerida de corte del aislador y
las capacidades de desplazamiento, dependen de la rigidez lateral del aislador en DM. La prevención
del colapso del aislador se logra de forma más económica al proporcionar una combinación de
desplazamiento lateral adicional, con incrementos moderados en la rigidez lateral y una mayor
capacidad de resistencia al cortante. Como mínimo, se requiere que los aisladores de alta calidad para
estructuras de Categoría I y II de riesgo tengan un factor de seguridad a la resistencia al cortante de
1.5, combinado con un factor de seguridad de la capacidad al desplazamiento de 2.0, que da como
resultado una relación de colapso de 1.57, para una incertidumbre total del sistema de 0.35, y el riesgo
de colapso calculado por FEMA P695 es del 10% en la ocurrencia del MCER. Se requiere que las
estructuras de Categoría III y IV de riesgo tengan factores de seguridad a la fuerza de cortante del
aislador de 3.0, combinados con un factor de seguridad de capacidad al desplazamiento del aislador
de 1.75, que da como resultado una relación de margen de colapso de 2.0 y reduce el riesgo de colapso
cuando ocurre una MCER al 2.5%. Estos resultados son aplicables a los aisladores de alta calidad que
demuestran un aumento de la rigidez lateral después del desplazamiento al DM, con incrementos en
la cortante lateral que proporciona las capacidades de resistencia al cortante especificado. Sin el
incremento especificado en la rigidez lateral, la capacidad de desplazamiento requerida para evitar el
colapso del aislador se calculó como 2.45.
Para las estructuras de Categoría de Riesgo IV, las restricciones de desplazamiento rígidas ubicadas
en 1.25, 1.5 o 1.75 DM resultaron en cargas de impacto que causaron el colapso de la estructura
superior, que no cumplió con la confiabilidad requerida, por lo tanto, estas no están permitidas por
este Estándar. Las restricciones de desplazamiento rígido a 2,25 DM causaron cargas de impacto que
requieren la capacidad especificada de resistencia al cortante del aislador 5.0. Se puede encontrar
información más detallada en la referencia de Shao, Mahin y Zayas. Para estructuras que usan paredes
de foso o su equivalente que previene desplazamientos excesivos de aisladores inestables, los
aisladores deben ser capaces de soportar las cargas verticales en desplazamientos laterales de hasta
1.5 veces los desplazamientos laterales ortogonales en los que está enganchado el mecanismo de
restricción de desplazamiento. Para un sistema de pared de foso cuadrado, a 45 grados de los
desplazamientos ortogonales, los desplazamientos del aislador son 1,4 veces el desplazamiento
ortogonal donde la restricción de desplazamiento comienza a ser efectiva, y se necesita capacidad
adicional de desplazamiento del aislador para desarrollar la capacidad de cortante del sistema de
restricción de desplazamiento.
Los cálculos de FEMA P695 de probabilidad de colapso incluyen la varianza β resultante de las
incertidumbres en las cargas sísmicas y el sistema estructural. Cuando los aisladores y la estructura
son de alta calidad y resistencia como se especifica en este Estándar, se aplica una incertidumbre de
colapso total del sistema de β = 0.3. La fórmula de FEMA P695 para calcular la probabilidad de
colapso se muestra a continuación. Esta probabilidad de colapso es una función de distribución
acumulativa con el CMR y la Incertidumbre de Colapso del Sistema Total β como las variables. La
distribución cumulativa lognormal con desviación estándar β y una media de 0 a 1/cmr es la siguiente:
𝑷𝒄𝒐𝒍𝒂𝒑𝒔𝒐 =𝟏
𝜷√𝟐𝝅∫
𝒆[−𝒍𝒏(𝒕)𝟐
𝟐𝜷𝟐]
𝒕𝒅𝒕
𝟏𝑪𝑴𝑹
𝟎
Donde SMT es la aceleración espectral en la intensidad MCER; SCT es la intensidad media del colapso
(es decir, la aceleración espectral correspondiente al colapso del 50% de las estructuras del arquetipo;
β es la incertidumbre del colapso total del sistema (en términos de desviación estándar lognormal) y
CMR es la proporción del margen de colapso, SCT/SMT.
47
FEMA P695 Probabilidad de colapso para incertidumbres del sistema de 0.3 y 0.85
Las incertidumbres de colapso total del sistema también son bajas cuando los aisladores tienen solo
la mitad de la demanda de desplazamiento requerida para el MCER. Existe una alta certeza (99%) de
que proporcionar solo la mitad de la demanda de desplazamiento de DM necesaria provocará que se
exceda la capacidad de desplazamiento del aislador cuando ocurra el MCER, lo que ocasionará la
inestabilidad del aislador. Por ejemplo, bajo Eurocodigo 8 y EN15129, los aisladores están diseñados
solo para un desplazamiento DE que tiene aproximadamente la mitad de la capacidad de
desplazamiento que se requiere para ASCE 7 MCER. Para aisladores con solo la mitad del
desplazamiento de MCER requerido, la probabilidad calculada de colapso de FEMA P695 es del 99%,
como se muestra en el gráfico anterior.
Las estructuras aisladas que intentan evitar el colapso, pero utilizan aisladores fabricados de baja
calidad fabricados sin estándares, tendrán una gran incertidumbre para evitar el colapso. Las
estructuras de baja calidad están representadas por la siguiente línea de gráfico β = 0.85.
Las probabilidades calculadas de FEMA P58 de colapso para los casos de estructuras aisladas que se
muestran a continuación van del 1% al 99%, dependiendo de la calidad del aislador y la capacidad de
desplazamiento, y de la incertidumbre total del sistema. Las estructuras de baja calidad requieren un
relación de colapso de 3 para limitar el riesgo de colapso al 10% y un índice de relación de colapso
de 5.3 para limitar el riesgo de colapso al 2.5%. Los aisladores fabricados genéricos de calidad no
probada y los aisladores calificados según Eurocodigo 8 y EN15129, a menudo tienen capacidades
de desplazamiento estables de solo la mitad del desplazamiento de MCER requerido, lo que da como
resultado riesgos de colapso calculados del 99%.
C.8. Pruebas de control de calidad del aislador
La presencia de la resiliencia de las estructuras sísmicamente aisladas depende de la confiabilidad de
los aisladores para entregar las propiedades tal como se supone en el diseño cuando están sujetas a
las relaciones rápidas de cargas recurrentes que ocurren durante los terremotos. Las pruebas
dinámicas de control de calidad del 100% de todos los aisladores son la manera más simple y
confiable de verificar las propiedades dinámicas del aislador. Las pruebas de control de calidad
pueden ser específicas del proyecto, o el número de modelo del aislador específico, en función de las
capacidades nominales.
48
C.9. Ensayos Dinámicos de propiedades del aislador
Los ensayos dinámicos de propiedades se realizan para medir las variaciones de propiedad para cada
número de modelo diferente de aislador a diferentes cargas verticales, desplazamientos laterales y
número de ciclos. Las Pruebas de propiedades dinámicas especificadas en este documento se realizan
en aisladores representativos de los aisladores de producción instalados, después de que el fabricante
completa internamente el trabajo de desarrollo "prototipo". Es preferible que los ensayos dinámicos
de propiedades se realicen en aisladores seleccionados al azar por el Profesional de Diseño Estructural
desde la ejecución del grupo de aisladores de producción. Los códigos de diseño de la estructura
ASCE 7 y AASHTO especifican los programas de "Ensayo de prototipo". Estos programas
especifican una secuencia de pruebas desarrolladas principalmente a mediados de la década de 1980,
cuando el aislamiento sísmico era un concepto nuevo. Estos programas de "prueba de prototipo" se
utilizaron para evaluar nuevos tipos de aisladores sísmicos, varios de los cuales se ofrecían a la venta
cada año, pero solo muy pocos de los cuales avanzaron a aplicaciones de construcción significativas.
El concepto del aislador y el desarrollo del tipo, y el desarrollo del prototipo, deberían ser un proceso
interno del fabricante, no un problema de confiabilidad y desempeño del código de construcción.
ASCE 7 y AASHTO permiten que las "Ensayos de Prototipos" sean eximidas para un proyecto, si el
fabricante ya realizó tales pruebas en aisladores similares.
C.10. Ensayos del Aislador Realizadas en Aisladores más Pequeños o Ensayos
Lentos
Realizar las pruebas dinámicas de propiedades y control de calidad del aislador en aisladores de
tamaño completo, y en las velocidades sísmicas de carga realistas, proporciona un alto nivel de certeza
con respecto a las capacidades y propiedades del aislador, lo que justifica una baja incertidumbre del
sistema de 0.3. Los factores mínimos de aislamiento del aislador especificados en este SISCF se
desarrollaron a partir del análisis de los riesgos de colapso para los aisladores de tamaño completo
que se habían probado. Las pruebas de aislamiento realizadas lentamente son típicamente adecuadas
para probar la resistencia estructural y la capacidad de desplazamiento de un aislador de tamaño
completo. Sin embargo, la prueba lenta no representa la capacidad de un aislador para disipar la
energía del terremoto dentro del tiempo de un terremoto. No hay instalaciones de prueba de aisladores
sísmicos disponibles que puedan probar dinámicamente el aislador más grande que se haya instalado
en estructuras marinas, puentes grandes y edificios altos. Este SISCF permite que los aisladores se
prueben lentamente, o incluso a tamaños de escala reducidos, cuando se incluyen ajustes apropiados
en el diseño del aislador y la estructura.
El límite para ampliar las capacidades del aislador de tamaño completo de las capacidades medidas
para los aisladores más pequeños, es consistente con los resultados de las pruebas de aisladores
realizadas tanto en escala reducida como a escala completa. En base a los datos de prueba de
aisladores pasados, el límite de amortiguación del aislador de BM=es1.0 es adecuado para tener en
cuenta los aisladores que se prueban a velocidades más lentas que los representados por las cargas
sísmicas reales. Ambos límites suponen que el fabricante ha sido completamente calificado de
acuerdo con este estándar, basado en pruebas dinámicas de aisladores de producción de escala más
pequeña.
C.11. Análisis de la Estructura, cargas de diseño y capacidades de aislador
Los Procedimientos de Análisis Tiempo Historia y Fuerza Lateral Equivalente de la ASCE 7 son los
métodos de análisis estructurales permitidos bajo este SISCF. La ASCE 7 permite el análisis del
espectro de respuesta de las estructuras aisladas en función de la rigidez efectiva y el amortiguamiento
efectivo de los aisladores en el desplazamiento del MCER. El análisis de espectro de respuesta no está
49
permitido en este SISCF. El análisis del espectro de respuesta modela los aisladores como elementos
elásticos lineales con amortiguamiento viscoso, en lugar de elementos no lineales con amortiguación
dependiente del desplazamiento. La rigidez secante del aislador en el desplazamiento del MCER
representa la rigidez del aislador. La rigidez de tangente del aislante que se produce en los
desplazamientos DE es típicamente inferior a una décima parte de la rigidez efectiva en el MCER.
Las aceleraciones de piso en la estructura para eventos DE pueden ser tres veces más altas que las
obtenidas a partir del análisis espectro de respuesta. El análisis del espectro de respuesta da como
resultado importantes menores cálculos de las aceleraciones de los espectros del piso que representan
la demanda sísmica de los componentes arquitectónicos y los contenidos de las instalaciones.
La mayoría de los programas de análisis estructural no tienen en cuenta los grandes efectos de
desplazamiento, como los que resultan de los desplazamientos de aisladores sísmicos. Estos grandes
efectos de desplazamiento son críticos para tener en cuenta la posición cambiante de las cargas
verticales de la estructura que resultan de los desplazamientos del aislador. El análisis y diseño de la
estructura debe incluir los momentos que resultan de los desplazamientos de las cargas verticales del
aislador que causa una carga vertical excéntrica en los elementos de la estructura por encima y por
debajo de los aisladores. El análisis y diseño de la estructura también debe incluir los efectos de los
grandes momentos de flexión que ocurren en los aisladores elastoméricos cuando se desplazan
lateralmente en cortante. Estos momentos de flexión del aislador no se incluyen en los análisis de
estructura si se utiliza un modelo de corte del aislador es usado, como los modelos bilineales de corte
del aislador comúnmente utilizados.
Los factores de capacidad de los componentes del aislador especificados en el presente documento
son factores aplicados a la demanda máxima de terremoto considerado "MCER", tal como se define
por el mayor aplicable del código de diseño de la estructura o el espectro específico del sitio. Los
factores de capacidad del aislador requeridos en este documento, siguiendo la metodología de FEMA
P695, son el resultado principalmente de las altas incertidumbres en las intensidades sísmicas que
ocurren cuando se usan espectros mínimos de código para el diseño sísmico. Históricamente, estas
incertidumbres son mayores para los espectros MCER especificados de código relativamente bajo,
que domina las incertidumbres de FEMA P695 incorporadas en la variación de movimiento en el
suelo. Las evaluaciones de peligro específicas del sitio bien desarrolladas, o los espectros de código
cuidadosamente desarrollados que incorporan las variaciones locales en el riesgo sísmico, reducen en
gran medida la incertidumbre en la carga sísmica. Por lo tanto, el espectro que mejor califica los
peligros sísmicos es un método alternativo para mitigar las incertidumbres en el desplazamiento del
aislador y las capacidades de cortante requeridas.
Algunos espectros específicos de sitio o MCER especifican amplitudes de aceleración en períodos
largos que exceden sustancialmente los movimientos de período largo más fuertes jamás registrados
durante los terremotos reales. Esto resulta de la naturaleza inherentemente imprecisa de predecir los
espectros de riesgo sísmico. Nunca se han registrado movimientos de tierra del terremoto que tengan
una amplitud de espectro superior a 0,3g en un período de 4 segundos. Sin embargo, algunos espectros
especifican períodos de 4 segundos que exceden 0.4g, y algunos espectros específicos del sitio
exceden 0.5g en 4 segundos. Generar una respuesta armónica de 0,5g en un período de 4 segundos
requiere desplazamientos de tierra armónicos repetidos con amplitudes de 24 pies invertidas. Tal
movimiento es incompatible con cualquier temblor de tierra que realmente haya ocurrido,
probablemente no sea posible en un terremoto real. Los movimientos sísmicos del suelo de período
largo de tal amplitud destruirían cualquier construcción dúctil que cumpla con los códigos, porque la
respuesta inelástica de los edificios dúctiles ocurre en períodos tan largos. Incluso si tales
movimientos de suelo fueran posibles, su probabilidad de ocurrencia es tan baja que no deberían
tenerse en cuenta para el diseño sísmico.
50
Por lo tanto, cuando las amplitudes del espectro de diseño exceden los valores de los movimientos
del suelo más fuertes registrados en cualquier parte del mundo durante los últimos 50 años, los
grandes factores de seguridad especificados aquí para reducir las incertidumbres en el riesgo sísmico
se reducen proporcionalmente. Este SISCF reduce los factores de seguridad requeridos para el
desplazamiento del aislador y el corte por 2/3 cuando las amplitudes del espectro de 4 segundos
exceden 0.3g. Debido a la naturaleza imprecisa de los espectros específicos del sitio, y las presiones
económicas para estimar los espectros más bajos, las demandas de carga sísmica no pueden reducirse
a menos del mínimo código DE y MCER.
C.12. Responsabilidades del Profesional de Diseño de Estructural
Los objetivos de minimizar los riesgos de colapso y el daño sísmico requieren que el Diseñador de
estructuras aborde los objetivos de rendimiento de la funcionalidad y preste atención a los detalles no
estructurales afectados por el aislador y los movimientos sísmicos de la estructura. El profesional de
diseño de la estructura, el ingeniero de aislamiento sísmico y el fabricante del aislador forman una
asociación de colaboración para proporcionar instalaciones que sufrirán un daño mínimo por
movimientos sísmicos, en beneficio de los propietarios de las instalaciones, los ocupantes y la
sociedad. El profesional de diseño de la estructura, el ingeniero de aislamiento sísmico y el fabricante
dependen unos de otros para lograr estructuras aisladas seguras que minimicen el daño por
movimientos sísmicos y satisfagan las expectativas del propietario de estructuras aisladas.
C.13. Autores, Agradecimientos y Contribuyentes
Victor Zayas, PhD, Structural Earthquake Engineer [email protected]
https://goo.gl/hzm6Z2 https://goo.gl/b1drt8
Stephen Mahin, Professor of Structural Engineering, University of California, Berkeley
Michael Constantinou, Professor of Structural Engineering, University of New York, Buffalo
Este SISCF representa las mejores prácticas para ingeniería de aisladores sísmicos, fabricación,
pruebas y diseño de estructuras aisladas para minimizar el daño sísmico, según evolucionó en un
período de 37 años por los ingenieros estructurales de terremotos en Earthquake Protection Systems,
Vallejo, California.
El desarrollo de los conceptos, disposiciones, métodos, pruebas, factores de capacidad de los
miembros y otros requisitos en este SISCF ha sido un esfuerzo de colaboración. Los autores, y
Earthquake Protection Systems (EPS), agradecen a los más de 100 profesionales del diseño
estructural que han colaborado con EPS en sus aplicaciones de aisladores sísmicos de péndulo de
fricción en las últimas 3 décadas. El autor principal de este documento es Víctor Zayas [SEM, Zayas],
inventor de aisladores sísmicos pendulares y fundador y presidente de EPS. Víctor Zayas acepta la
plena responsabilidad de todos los contenidos tal como se informa en este documento, incluidas las
contribuciones de los coautores y otros colaboradores.
Los ingenieros de EPS que aportaron contenido y requisitos específicos importantes que se utilizan
en este SISCF incluyen: Stanley Low, Anoop Mokha, Ben Shao, Fayad Rahman y Vincent Nettles.
Stephen Mahin y Ben Shao realizaron los análisis estructurales primarios que desarrollan los factores
de capacidad del aislador especificados según sea necesario para reducir los riesgos de colapso de la
51
estructura aislada para que sean consistentes con los límites de riesgo de colapso de la Tabla C.1.3.1b
ASCE 7. Michael Constantinou y Sharma Kitayama verificaron independientemente los factores de
capacidad requeridos en este documento utilizando los métodos de cálculo desarrollados en SUNY
Buffalo. Michael Constantinou asumió la responsabilidad principal de revisar que los requisitos de
este SISCF sean apropiados y necesarios para los aislantes de goma.
EPS agradece especialmente a las firmas de diseño estructural de ARUP y Skidmore Owings &
Merrill por sus numerosas aplicaciones pioneras de aisladores sísmicos pendulares. Practicando
ingenieros estructurales: Atila Zekioglu, Eric Ko, Nabih Youssef, Mark Sarkisian, Peter Lee, Huseyin
Darama, Kit Miyamoto, Rey Lee, Mason Walters, Enrique Morales, Marcello Romo, Telmo Andrés,
Pedro Mosquera, Luis Espinola, Jhon Choque, Juan Conteras, Gregory Nielsen, Bryce Tanner, John
Worley, Masahiko Higashino, Larry Griffis, Sean Gledhill, Ricardo Roldan y Michael Gemmill, y
otros ingenieros estructurales en ejercicio, también hicieron contribuciones importantes en la
evolución de las aplicaciones de los aislantes sísmicos para minimizar el daño.
Chris Poland, Akira Wada, Ibrahim Almufti, Vesna Terzic y Erdik Mustafa contribuyeron a través de
su trabajo anterior y defensa de la resistencia sísmica.
Los criterios de diseño en este documento para la Continuación de la Funcionalidad como se
especifica en las Tablas C.9 para aceleraciones de los espectros de piso mediano, derivas de estructura
promedio, derivas de estructura pico y deriva de estructura inelastica residual fueron desarrollados
por Victor Zayas, basado en la calibración de análisis FEMA P58 con el terremoto daño que observó
durante los 40 años de su carrera estructural en ingeniería sísmica.
Los modelos y métodos de análisis estructural como se especifica en este documento fueron
calibrados contra los resultados de las pruebas de tablas aisladas en UC Berkeley, SUNY Buffalo, y
un modelo de construcción a escala completa probado en la mesa de batido E-Defense de Japón.
Fayad Rahman realizó muchos de los análisis estructurales y de FEMA P58 que cuantificaron los
niveles de daño resultantes de las aceleraciones de los espectros del piso medio y las derivas de la
estructura. La fórmula para calcular la probabilidad de colapso basada en la relación de margen de
colapso y la varianza total del sistema estructural fue derivada por Fayad Rahman, con base en los
criterios de probabilidad estadística de colapso descritos en FEMA P695.
52
Victor Zayas, PhD, PE
Miembro del Salón de la Fama, Sociedad Americana de Ingenieros
Civiles
Lifetime Achievement Award Winner,
Asociación de ingenieros estructurales de California
Miembro de la Academia de Alumnos distinguidos, Universidad de
California, Berkeley
Investigador Principal, Universidad de California, Berkeley
Doctorado en Ingeniería Sísmica Estructural, 1980
Universidad de California, Berkeley
Presidente y Fundador, Sistemas de Protección contra Terremotos
Inventor de aisladores sísmicos de Péndulo
Ingeniero profesional de California C35723
Citando "innovación pionera, visión e impacto duradero en diseño y construcción", Víctor Zayas fue
nombrado miembro del Salón de la Fama de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles por su
trabajo de tesis doctoral sobre estructuras dúctiles que evitan el colapso durante los terremotos severos
[Zayas, 1980]. La tesis de Victor contribuyó a los conceptos de estructuras dúctiles que evitan el
colapso de edificios, puentes e instalaciones industriales, tal como se especifica en los códigos de
diseño de estructuras en todo el mundo, y se acredita por salvar más de un millón de vidas.
La Asociación de Ingenieros Estructurales de California le otorgó a Victor su "Lifetime Achievement
Award" al afirmar: "Victor Zayas ha cambiado la práctica de la ingeniería estructural para mejor".
El Dr. Zayas es miembro inaugural de la Academia de Antiguos Alumnos Distinguidos de la
Universidad de California en Berkeley, Departamento de Ingeniería Civil, en reconocimiento a sus
"sobresalientes contribuciones a la investigación y práctica de ingeniería estructural".
La historia de portada de Structure Engineer Magazine cita a "Victor Zayas: Steady Innovation":
"Zayas encarna el espíritu emprendedor mientras que también ayuda a inventar y dar forma a la forma
en que la ingeniería puede seguir mejorando". [SEM].
El Dr. Zayas es Investigador Principal del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de
California en Berkeley. Durante la década de 1970, el trabajo de investigación de PhD de Victor en
UC Berkeley se centró en realizar pruebas de laboratorio de componentes de estructura de acero para
desarrollar métodos de diseño de estructuras dúctiles y detalles que evitaran el colapso de la
estructura.
Desde 1979, Victor ha estado colaborando con el Prof. Mahin como investigador en UC Berkeley,
trabajando en investigación sobre estructuras dúctiles y aislamiento sísmico. Desde 1989, Victor ha
estado colaborando en el trabajo de investigación de aislamiento sísmico con el Prof. Constantinou
en SUNY Buffalo.
Mientras realizaba su tesis doctoral sobre estructuras dúctiles, el Dr. Zayas inventó el concepto de
diseño sísmico alternativo de utilizar un mecanismo basado en el péndulo para evitar el daño
estructural que estaba observando en el laboratorio. Esto comenzó su investigación y desarrollo
paralelo en una alternativa a las estructuras dúctiles: "controlar los desplazamientos sísmicos
absorbiéndolos en componentes mecánicos fabricados". La implementación preferida de este
concepto fueron los Aisladores Sísmicos de Péndulo de Fricción que absorberían los desplazamientos
53
sísmicos en un mecanismo de péndulo deslizante y disiparían la energía por fricción. En 1980, Victor
comenzó a investigar materiales que podrían ofrecer propiedades fiables de fricción de aisladores
durante 50 años bajo condiciones ambientales adversas, y resistir el calor de interfaz de deslizamiento
elevado causado por la disipación de la energía de fricción.
Este desafío material fue claramente el principal desarrollo tecnológico necesario para comercializar
aisladores de péndulo deslizantes confiables. Los materiales comunes usados en los rodamientos
mecánicos no pueden proporcionar la confiabilidad requerida en la fricción, cuando se permanece
parado durante años. El alto calor local que se produciría en la interfaz deslizante durante un terremoto
fue un desafío igualmente difícil. En 1985, Víctor había identificado ciertos polímeros que podían
combinarse en un laminado compuesto estructural, con el potencial de proporcionar la fiabilidad
requerida en propiedades de fricción y resistencia al calor. En ese momento, los laminados
compuestos recién comenzaban a desarrollarse para su uso en cojinetes de cojinetes de aviones, pero
estos compuestos no funcionaban satisfactoriamente con las altas entradas de calor sísmico. Sin
embargo, algunos polímeros inertes nuevos desarrollados alrededor de ese tiempo parecían tener la
resistencia al calor necesaria, y posiblemente podrían funcionar de manera confiable como
revestimientos aisladores de péndulo deslizante. Sin embargo, el rendimiento y la fiabilidad del
concepto de péndulo deslizante y de estos nuevos materiales compuestos deben probarse mediante
pruebas de calificación exhaustivas.
En 1985, Víctor fundó Earthquake Protection Systems [EPS] para financiar y llevar a cabo un
programa de prueba de aislador de péndulo deslizante en los laboratorios de mesa estructural y de
sacudidas de UC Berkeley. Estas pruebas verificaron que el concepto de péndulo deslizante
proporcionaba un medio confiable para predecir y absorber los desplazamientos sísmicos. Lo más
importante es que estas pruebas validaron la fiabilidad del material de los compuestos poliméricos
especialmente desarrollados lo suficiente como para proceder con la comercialización del producto.
Estas pruebas demostraron que los aisladores de péndulo redujeron de manera confiable las
aceleraciones sísmicas, las deformaciones y las fuerzas sísmicas experimentadas por la estructura, los
componentes arquitectónicos y los contenidos.
Para 1988, se había implementado la primera instalación comercial de aisladores de péndulo EPS
para Dow Chemical Company, para proteger el tanque de agua contra incendios de emergencia en la
planta química de Dow en California, de modo que el agua contra incendios estuviera disponible
después de un terremoto. Los aisladores sísmicos de péndulo han permitido diseñar muchas
estructuras importantes para minimizar el daño y mantener la funcionalidad, en lugar de simplemente
reducir los riesgos de colapso. El Dr. Zayas es hoy el ingeniero profesional líder del mundo y defensor
de la aplicación de aisladores sísmicos para minimizar el daño y mantener la funcionalidad de las
instalaciones. Desafortunadamente, muchos otros ingenieros estructurales han estado diseñando
aisladores sísmicos solo para el cumplimiento mínimo de los códigos de diseño de la estructura, lo
que genera la necesidad de publicar este estándar.
Desde entonces, se ha instalado el concepto de aislador de péndulo de Víctor en más de $ 250 mil
millones en valor construido de edificios, puentes e instalaciones industriales. La mayoría de las
aplicaciones se hicieron bien, pero algunas estructuras han instalado aisladores muy peligrosos
fabricados por fabricantes no calificados. Los fabricantes que no son ingenieros expertos en
aislamiento sísmico han copiado la idea del aislador del péndulo sin copiar la ingeniería de
aislamiento sísmico apropiada, y sus materiales que no ofrecen propiedades de fricción confiables, y
no pueden resistir el calor de los movimientos sísmicos. Los proveedores de baja calidad diseñan y
fabrican los aislantes sísmicos más pequeños y de menor costo, con materiales de la más baja calidad,
al tiempo que afirman cumplir con los requisitos del diseño del aislador especificado por el ingeniero
estructural. Sin embargo, siguiendo las prácticas comunes de los fabricantes de baja calidad, las
54
propiedades, capacidades y confiabilidad del aislador entregado son solo las que se verifican mediante
pruebas e inspecciones independientes.
La protección disponible para los ingenieros estructurales es especificar este SISCF como el estándar
de aislamiento obligatorio, de modo que los fabricantes responsables y creíbles puedan ofrecer sus
versiones de aisladores de alta calidad. Por el contrario, cuando EN15129 ha sido especificado por el
ingeniero estructural, o no se especificó ningún estándar de aislamiento, los aislantes resultantes
instalados en hospitales y otras estructuras importantes han sido muy peligrosos. A pesar de las
advertencias sobre los peligros de los aisladores inadecuados, algunos de los mismos fabricantes de
baja calidad continúan vendiendo aisladores peligrosos. Sus aisladores no cumplen con los criterios
de seguridad estructural especificados en los códigos de construcción y han puesto en riesgo la vida
de muchas personas inocentes. https://goo.gl/e1Auwi
55
Profesor Stephen Mahin
Steve Mahin se ha desempeñado como profesor de Ingeniería Estructural en el
Departamento de Ingeniería Estructural, Mecánica y Materiales en UC
Berkeley, desde 1977. El Prof. Mahin se especializa en el comportamiento de
estructuras, ingeniería de terremotos, pruebas híbridas y diseño de estructuras
basado en el rendimiento para terremotos y otras cargas extremas. Es el anterior
(2009-2015) Director del Centro de Investigación de Ingeniería de Terremotos
del Pacífico (PEER), y ha sido Director de la Junta de SEAONC y miembro
honorario de SEAONC.
Mahin es también el Director del Centro de Cómputo de Simulación y Modelado
Computacional NHERI (SimCenter) para el modelado computacional y la simulación de los efectos
de los peligros naturales en el entorno construido. Con el respaldo de la National Science Foundation
(NSF), SimCenter forma parte de la Infraestructura de Investigación de Ingeniería de Riesgos
Naturales (NHERI), una instalación nacional distribuida y multiusuario que proporcionará a los
ingenieros de peligros naturales acceso a la infraestructura de investigación.
Profesor Michael Constantinou
Michael C. Constantinou ha sido profesor en el Departamento de Ingeniería
Civil, Estructural y Ambiental de la Universidad de Buffalo, Universidad
Estatal de Nueva York, desde 1987. Actualmente es Profesor Distinguido de
SUNY y anteriormente se desempeñó como Presidente. del departamento
durante un período de seis años y como el Director o el Director Adjunto del
Laboratorio de Ingeniería Estructural y Simulación de Terremotos en la
Universidad de Buffalo durante un período de nueve años. Sus intereses de
investigación se concentran en los sistemas de protección sísmica en los que es
autor o coautor de más de 300 artículos, libros y capítulos e informes de libros.
El profesor Constantinou es mejor conocido por sus contribuciones en el desarrollo, la comprensión
del comportamiento y el modelado de sistemas deslizantes de aislamiento sísmico; sobre las
contribuciones en la comprensión del comportamiento de vida de los aisladores elastoméricos y
deslizantes; sobre el desarrollo del concepto de factores de modificación de propiedades para realizar
análisis de delimitación de estructuras con sistemas de protección sísmica; sobre el desarrollo y la
verificación de teorías para el calentamiento histéretico de los aisladores deslizantes y de caucho de
plomo; sobre el desarrollo de principios de escala y similitud para la prueba de aisladores sísmicos;
en el análisis y diseño de estructuras con aislamiento sísmico y sistemas de amortiguación; en el
desarrollo de sistemas de amortiguación semiactivos; en el desarrollo de sistemas prácticos de rigidez
negativa a gran escala; en el desarrollo de software para el análisis de estructuras con sistemas de
protección sísmica, y para su participación continua en el desarrollo de códigos y especificaciones,
incluyendo ASCE/SEI 7, AASHTO y NEHRP, todos relacionados con sistemas de protección
sísmica.
Los autores agradecen a la Universidad de California en Berkeley, la Universidad Estatal de Nueva
York en Buffalo y la Fundación Nacional de Ciencias, por tres décadas de apoyo a la investigación
que resultó en el desarrollo de este estándar SISCF. Sin embargo, las opiniones y los hallazgos en
este informe son estrictamente los de los autores principales, y no representan necesariamente las
opiniones de la Universidad de California en Berkeley ni de otros colaboradores.
56
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