Aislación de
energía sísmica
La
llamada ingeniera sísmica inicio su desarrollo en EE.UU a inicios del siglo XX, a partir de la toma
de conciencia de la necesidad de incorporar un grado de deformación inelástica
(plástica) en las estructuras y como administrar esta deformación y ductilidad.[1]
Este
método permite controlar las fuerzas provocadas por los terremotos, y así
también, inducir un grado de rigidez que necesitan las estructuras.
Los
aisladores de energía sísmica funcionan aislando la superestructura de la
subestructura (ver imagen 1), y al no dejar pasar las vibraciones hacia la
estructura minimizan considerablemente los desplazamientos en las
edificaciones. Estos dispositivos se
ubican estratégicamente a nivel basal de un edificio. La aplicación de este
sistema protege los elementos estructurales, no estructurales y su contenido.
Imagen
1
El
sistema puede ser aplicado en estructuras de baja altura, ya que por el peso de
la edificación, es posible que los aisladores símicos no se comporten
favorablemente a la hora de un terremoto.
A la
hora de un evento sísmico, empiezan a trabajar cada uno de los dispositivos
antisísmicos, proveyendo a la estructura del edificio, bastante elasticidad
horizontal, (…) “para diferenciar la mayor cantidad posible el periodo natural
de la estructura con el periodo natural del sismo, evitando que se produzca
resonancia, lo cual podría provocar daños severos o el colapso de la estructura.”[1]
5.2.1 Características
de los aisladores sísmicos
·
Los aisladores sísmicos tienen la capacidad de
trabajar bajo todas las cargas de servicio en una edificación, ya sean estas
verticales y/o horizontales. Los cuales deberán comportarse como una estructura
convencional.
·
Suministra elasticidad en el eje x (horizontal) suficiente para poder
llegar a alcanzar el período natural de la estructura
·
Una de las mayores ventajas de los aisladores
símicos es que no dejan desplazamientos residuales, lo cual hace que la
estructura después de un evento sísmico, vuelva a su estado original sin que se
produzcan daños en los elementos estructurales.
·
Tienen la capacidad de desplazarse
horizontalmente en hasta 700mm.
·
Reduce entre un 70% y 90% la energía sísmica.
·
Se pueden implementar edificaciones ya
existentes con este tipo de dispositivo.
·
Reduce los costos en futuros terremotos.
·
Se garantiza su estabilidad con el paso del
tiempo y sus propiedades mecánicas no se ven afectadas.
Se
puede apreciar en la imagen 2 el espectro de respuesta típico de un terremoto
chileno. (…)Se observa que gran cantidad de energía está contenida en el rango
de periodos cortos, periodos que coinciden normalmente con los propios o
naturales de los edificios. Al colocar elementos de aislación en la base, se
aumenta el periodo natural de vibración del edificio (típicamente a 2 o más
segundos) desplazándolo de la zona de mayor energía del sistema dinámico
aumentando el amortiguamiento.[2]
Imagen 2
Como
se puede apreciar en la imagen anterior, una gran cantidad de energía es
absorbida por la edificación que se encuentra protegida con aislación sísmica,
la cual permite que la estructura no se deforme y los daños sean mínimos.
Por
otro lado las limitaciones de uso de cada aislador, deberán ser verificadas
visualmente después de cada evento sísmico. Para poder realizar la inspección
se deberá contar con un lugar de fácil acceso hacia los aisladores. No es
necesario contar con un procedimiento de mantenimiento específico ni menos periódico, ya que la vida
útil de los dispositivos sísmicos es de
alrededor de 50 años como mínimo. Por lo cual el costo en mantenimiento es
cero. En caso de falla de alguno de los dispositivos se procederá a su
reemplazo.
5.2.2 Descripción de
cada uno de los tipos de aislación de energía sísmica.
La ingeniería
de diseño sismo-resistente de nuestro país ha evolucionado considerablemente
después del último terremoto de gran intensidad, que se vivió en Chile. El principal
objetivo del desarrollo de esta tecnología es resguardar las estructuras ante
eventuales terremotos Por lo cual existen en el mercado variados tipos de
aisladores sísmicos de base. Su aplicación generalmente es en estructuras
nuevas, pero durante el último tiempo se han podido reforzar y/o rehabilitar
edificaciones ya existentes, como por
ejemplo: edificaciones patrimoniales, históricas, etc. Sin embargo esta última
aplicación genera gastos más elevados.
Todos
los dispositivos de aislación sísmica, están compuestos por un conjunto combinado de materiales como la
goma, el plomo y el acero, formando un mecanismo con gran flexibilidad
horizontal y una gran rigidez vertical. La diferencia de un dispositivo con
otro depende principalmente de la condición a la que serán sometidos. Por esto
mismo la mejor eficiencia de los aisladores se obtiene implementándolos en
edificaciones relativamente bajas (bajo 15 pisos)
Cabe
decir, que cada aislador elastómerico debe ser verificado antes de su
instalación, para garantizar su
comportamiento a la hora de un evento sísmico.
Los
aisladores comúnmente utilizados en edificaciones chilenas son los elastómerico
de alto amortiguamiento (HDRB), de bajo amortiguamiento (LDRB), los apoyos de
goma con núcleo de plomo (LRB) y los apoyos de goma natural (NRB). Entre otros
encontramos los aisladores como los friccionales y
deslizantes, son menos implementados pero deben cumplir con el mismo
principio. (Ver imagen 3)
5.2.2.1. Aislador elastómerico
Aislador elastómerico de alto
amortiguamiento (HDRB)
Los
HDRB se encuentran fabricados con láminas de elastómero las cuales se elaboran
adicionándoles carbono, aceites y resinas, el objetivo que se busca tras la adición
de estos elementos es aumentar el amortiguamiento de la goma hasta poder
alcanzar entre un (…) “10 y 20%. Para tensiones de cortante del
Imagen 3
5.2.2.1. Aislador elastómerico
Este
dispositivo en el más utilizado en el diseño sísmico resistente de las
estructuras chilenas. (Ver imagen 4)
Imagen 4
Este
tipo de aislador se encuentra reforzado con cojinetes de caucho, formado en
capas intercaladas de acero y caucho vulcanizado en caliente, lo que permite
que la estructura se desplace en forma horizontal. Generalmente estos dispositivos
son de sección circular. También pueden ser elaborados en forma rectangular o
cuadrada y Se caracterizan por tener una baja rigidez horizontal, alta rigidez
vertical y una capacidad de amortiguamiento apropiada. De modo que al diseñar
un aislador sísmico con este tipo de características se logrará aumentar el
periodo fundamental de vibración de la estructura, para así poder absorber las
solicitaciones provenientes de los sismos.
Cada
dispositivo elastómerico debe ser geométrico para poder cumplir con ciertos parámetros esenciales
para así determinar las rigideces verticales y horizontales, por ejemplo:
·
Dimensiones
·
Espesor de cada capa
Cabe
incluir además que el sistema de anclaje de
los aisladores elastómerico es mecánico, lo cual Proporciona
transferencias de carga horizontal de acuerdo a las normativas internacionales.
Aislador elastómerico de alto
amortiguamiento (HDRB)
100%.”[1]
Gracias
a las nuevas propiedades que adquiere el material se presenta no lineal para
las tensiones de cortante menores al 20% y se caracterizara por el aumento de
rigidez y amortiguamiento, lo que favorecerá a disminuir la respuesta bajo la
acción del viento y eventos sísmicos de menor intensidad. (…) “Por sobre el rango de 20-120% de tensión de cortante, el
módulo se torna bajo y constante” (…)[2]
La
gran ventaja de este dispositivo es la deformación horizontal que puede llegar
a alcanzar un 300%, o sea 3 veces su diámetro.
Otro
punto importante de este aislador es que a causa de la modificación de sus
propiedades iniciales se deterioran con mayor rapidez y, son más sensibles a
los cambios de temperaturas y frecuencia.
[1] S.n
(2013). Aisladores y disipadores sísmicos. Recuperado el 24 de septiembre de
2013, desde: http://www.tecnoav.cl/4-aisladores-sismicos-y-disipadores-sismicos/
[2]
Sarrazín M, Moroni M y Boroscheck R. (1994).Boletín de información tecnológica.
Aislación sísmica de edificios en chile, 38-39. Recuperado el 19-11-2013,
desde:
[1]
Chile. Sirve seismic protection technologies, (s.a) Aislamiento sísmico
concepto i aplicación. Santiago
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