Uso de Aisladores Sismicos - Jorge Rendon

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El Aislamiento Sísmico de Estructuras

Ing. Jorge Rendón

[email protected]

Octubre/09

Su Aplicación en Colombia

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Jorge Alberto Rendón Ospina

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

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

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

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

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

-Experiencia de 16 años en Diseño Estructural.

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¿Por qué reforzar las estructuras?

1. Aumento de cargas verticales

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

3. Errores de diseño o construcción

4. Actualización Sísmica

4


Actualización Sísmica

Sismo de Armenia (Colombia), 1999

5



6

Sismo de Armenia (Colombia), 1999



7


Sismo de Cali (Colombia), 2004

8


Sismo de Cali (Colombia), 2004

9

Sistemas de Reforzamiento Estructural

Arriostramientos Metálicos Pantallas en Concreto Reforzado

1 2

10


Encamisados en Concreto Encamisados en Acero

3 4

11


Platinas Metálicas

Adición de Perfiles Metálicos

5 6

12


Contrafuertes Postensionamiento Externo

7 8

13


Materiales Compuestos FRP

9

14


Disipadores de Energía

10

15


Aislamiento Sísmico

11

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1. Arriostramientos metálicos

2. Pantallas en concreto reforzado

3. Encamisado en concreto reforzado

4. Encamisado metálico

5. Platinas metálicas

6. Adición de perfiles metálicos

7. Contrafuertes

8. Postensionamiento externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA

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

Aislamiento Sísmico de Estructuras

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Aislamiento Sísmico:


Sin Aislamiento Con Aislamiento

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Sin Aislamiento Sísmico Con Aislamiento Sísmico

movimiento

Suave

Sacudida

Severa

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V= Sa x W

Período Fundamental de la Estructura (Seg.)

Aceleración Espectral (g)

1 2 30

5% amortiguado

10%

20%

30%

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Período estructura aislada

Sa

T

W

V= Cortante Sísmico

W= Peso del edificio

Período estructura sin aislar

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Historia del Aislamiento Sísmico:

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Knossos, 2000 a.c.

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

Capa de arena fina

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.Atenas, 400 a.c.

25



Partenón – Grecia (400 A.C.)

Columna de mármol

Dovela metálica

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.Panticapaeum, 400 a.c.

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

Muros

Cimentación

Barras de madera

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.

Toprak Kala, 300 a.c.

29



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

14 m

30



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

14 m

Mampostería dúctil

Mortero con arcilla y betún

31




.Chokrak, 300 a.c.

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

Piedras pequeñas

Piedras medianas

Arcilla (capa gruesa)

33




.Roma, 70 d.c.

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El Coliseo Romano (70 D.C.)

35



El Coliseo Romano (70 D.C.)

Piedras pequeñasPiedras medianasArcilla (capa gruesa)

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Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

37




38




Capa de arcilla blanda

2.5 m

Suelo resistente

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Terremoto de 1923, Tokio

Intensidad: 8.3

140.000 víctimas

Hotel Imperial de Tokio

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El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia


41



Macedonia

Suiza

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El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

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44




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

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Nueva Zelanda

Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo

Plomo disipador de energía

Capas de goma y acero

Platina de montaje

AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 15% DEL CRÍTICO

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Edificio de Oficinas – Japón

Aislador de Caucho Natural

Disipador de Acero

Aisladores de caucho natural + Disipador metálico

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Aisladores de caucho natural + Disipador metálico

Edificio de Oficinas – Japón

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Edificios sobre rodillos – Japón

49



Public Works Research Institute – Japón (1998)

Deslizador

50

TIPOS DE AISLADORES:


Aisladores de goma – Dynamic Isolation Systems (USA)



Platina de montaje

Deslizador de Teflón



Platina de montaje

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Ensayo de los Aisladores:


52

TIPOS DE AISLADORES:


Aislador Triple Péndulo de Fricción

Earthquake Protection Systems (USA)

53


Guías para Diseño con Aisladores:

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

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Manual de Diseño:

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1. Tipo de suelo


Suelo duro Suelo blando

Disipadores

Aisladores más grandes

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Período Fundamental de la Estructura (Seg)

Aceleración Espectral (g)

1 2 30

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Sa

T

1. Tipo de suelo (Demandas sísmicas)

DBE (Design Basis Earthquake): Sismo de Diseño.

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

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

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

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2. Dimensiones del edificio


B

H

B

H

H/B < 3

Disipadores

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Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

59



Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

60

60

41% de reducción en el cortante

Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton

Cortante sísmico en la base sindisipadores

Cortante sísmico en la base condisipadores

Edificio con disipadores de fluido viscoso Taylor

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61

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia 1999

62

62

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia (1999)

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3. Ubicación de los aisladores

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

gKW

2πTD ×=W

K = Rigidez de los aisladores

D1

Dx12D B

TS4πg

D

=

Se asume un periodo de 2.5 segundos, por ejemplo

DD

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DD = 50 cm

Sismo de Diseño

DM = 75 cm

DL+LL+EQ DL+LL+EQ

Sismo Máximo de Diseño

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

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5. Tamaño de los aisladores

PP

P1 = DL + 0.5LL

P2 = 0.8DL – EQ

P3= 1.2DL + LL + EQ

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5. Tamaño de los aisladores


60 cm 80 cm 110 cm 150 cm

US$5.000 US$60.000

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6. Diagrama de histéresis de los aisladores

DD

DD

Ke: Rigidez elástica.

K2: Rigidez de fluencia.

Keff: Rigidez efectiva.

Fy: Fuerza de fluencia.

Kv: Rigidez vertical.

- Análisis Dinámico Modal

- Análisis Time History

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7. Modelación en computador

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

Edif. Los Yarumos – Medellín

Ing. Astrid Pérez – Ing. Esteban Pastrana ([email protected])

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

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8. Verificación del comportamiento del aislador

DD

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Deriva de un edificio aislado

IR015.0=∆ 2R I =

%75.0=∆

9. Diseño de los elementos estructurales

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COMPARATIVO ENTRE BASE FIJA Y AISLADO:

1. Pobre desempeño estructural.

2. Diseño para un R = 5.

3. Estructura 10% más barata.

4. Se diseña para un sismo promedio.

5. La estructura sufre daño grave.

VS

1. Excelente desempeño estructural.

2. Diseño para un R = 1.

3. Estructura 10% más costosa.

4. Se diseña para el máximo terremoto.

5. La estructura no sufre daño.

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HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación

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

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Rehabilitación Sísmica City Hall - Los Angeles

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

508 aisladores y deslizadores Bridgestone.




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Plate Jack

Colocación de los aisladores

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Ubicación de los aisladores

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Ubicación de los aisladores

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Detalles especiales en ascensores, tuberías, escaleras

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Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)


Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

Inaugurados en Junio de 2008

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Aisladores de péndulo de fricción de las pilas y estribos

(Earthquake Protection Systems-USA)

Sin desplazamiento Posición en máximo desplazamiento


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Aisladores de péndulo de fricción de los estribos

1.0 m


Cortesía: GRISA

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Aisladores de péndulo de fricción de las pilas

1.15 m


0.37 m

Cortesía: GRISA

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Cortesía: GRISA

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Aisladores

Cortesía: GRISA

89



Inaugurados en Junio de 2008


Cortesía: GRISA

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Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa


Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

Cortesía: GRISA

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Aisladores

Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

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Edificio de apartamentos – Bogotá

Cortesía: Ing. Mauricio Gallego

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Cortesía: Ing. Mauricio Gallego

Edificio de apartamentos – Bogotá

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Puente Gualanday – Colombia

Será el puente con aislamiento sísmico más grande de Colombia

Cortesía: GRISA

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Puente Gualanday - Colombia


Aisladores triple péndulo de fricción de los estribos

0.76 m

Cortesía: GRISA

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Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

1.27 m

0.7 m

Cortesía: GRISA

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Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

1.27m

0.7m

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Clínica Comfandi - Colombia


Modelo en computador

Cortesía: Solarte & Cia.

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Clínica Comfandi - Colombia


Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

Muro de mampostería

Columna

Aislador Deslizador

101

GraciasGracias

[email protected]

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