INDICE I.- INTRODUCCIÓN II.- AISLADORES SISMICOS 1.- CONCEPTO 2.- CLASES DEAISLADORES 3.- VENTAJAS DE ESTA TECNOLOGÍA 4.- TEORÍA 5.- PRINCIPIOS DE LA AISLACIÓN TERMICA III.- ANEXOS IV.- CONCLUSIONES V.- BIBLIOGRAFÍAS
I.- INTRODUCCIÓN El aislamiento sísmico es el sistema más desarrollado de la familia, con continuos avances en dispositivos, aplicaciones y especificaciones de diseño. Los sistemas de protección sísmica pueden ser clasificados en cuatro categorías: sistemas pasivos, activos, híbridos y semi-activos. Las primeras aplicaciones de los aisladores de base actuales fueron en puentes debido a que estas estructuras normalmente se apoyan sobre placas de neopreno para permitir el libre desplazamiento ocasionado por los cambios de temperatura. Esto permitió la sustitución de las placas de neopreno por aisladores de base. El primer intento moderno por utilizar un sistema de aislamiento en edificaciones se dio en la Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje, Yugoslavia, en 1969, mediante un método suizo denominado “Aislamiento total de la base en tres direcciones” utilizando vigas de caucho natural sin reforzar. A partir de este edifico empezó la experimentación, implementación y patentado de sistemas en los Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda principalmente. En el Perú este sistema es relativamente nuevo, pero en el mundo se viene utilizando ya hace algún tiempo, un ejemplo cercano esta en Chile donde ha funcionado muy bien; cuando se produjo el terremoto de febrero del 2010 los edificios que contaban con este sistema no sufrieron daños estructurales. Es importante mencionar que los movimientos sísmicos no son predecibles, por tal motivo debemos tomar conciencia que lo más importante es que existen las herramientas técnicas para reducir los daños ocasionados por un terremoto y evitar que el interior del edificio sufra daños también, rajaduras de tabiques, tuberías, falso cielo y esto ocasiona a veces que se tenga que dejar la edificación entre 15 y 20 días para repararla.
II.- AISLADORES SISMICOS 1.- CONCEPTO: Estos dispositivos aíslan al edificio de toda la energía que el suelo introduce por causa de un evento telúrico. Su aplicación en diferentes edificaciones en Latinoamérica y especialmente antes y después del terremoto ocurrido en Chile, ha tenido resultados alentadores. “El aislador sísmico desacopla la estructura del suelo y hace que la aceleración sísmica no pase y si lo hace, que esto ocurra en una proporción mínima. Entonces la estructura se comporta como un bloque rígido que se mueve sobre los aisladores en desplazamientos relativamente pequeños. Por lo tanto, ya no hay desplazamiento entre piso a piso que es lo que destruye la edificación En los edificios de construcción convencional, que están fijos a tierra, se amplifica la aceleración sísmica en las partes altas, en cambio una edificación que está sobre aisladores se mueve como un bloque, se estabiliza y la amplificación sísmica es menor”.
Fig. 1: Efecto de un sismo Fig. 1: Efecto de un sismo AISLACIÓN SÍSMICA DE BASE – Está basada en la idea de aislar una estructura del suelo mediante elementos estructurales que reducen el efecto de los sismos sobre la estructura. Estos elementos estructurales se denominan aisladores sísmicos y son dispositivos que absorben mediante deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los más conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con núcleo de plomo, neoprenicos o fricciónales. Al utilizar estos elementos, la estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante un sismo y una reducción importante de las fuerzas que actúan sobre ella durante un sismo.
Fig. 2: Efecto de un sismo en un edificio
1.
Fig. 3: efecto de un sismo en un edificio con aislación de
DIFERENCIA ENTREUNA ESTRUCTURA CON Y SIN AISLADOR ANTE UN EVENTO SÍSMICO:
Fig. 4
Reduce las fuerzas cortantes y desplazamientos relativos
Las vidas son protegidas y los elementos no estructurales preservados, manteniéndose las estructuras operativas luego de un sismo.
Reduce sección geométrica de las estructuras.
Aminora los costos de siniestralidad.
Evita pérdidas materiales cuantiosas y tiempos en reparaciones.
2.- CLASES DE AISLADORES: a) AISLADORES ELASTOMERICOS: El más comúnmente utilizado por arquitectos y constructores, el cual está formado por un conjunto de láminas planas de goma intercaladas por placas planas de acero adheridas a la goma y cubierto en sus extremos superior e inferior por dos placas de acero en las cuales se conecta con la superestructura en su parte superior y la fundación en su parte inferior. Entre las placas planas de acero, la lámina de goma puede deformarse en un plano horizontal y de esta manera permitir el desplazamiento horizontal de la estructura relativo al suelo. Para evitar excesivas deformaciones verticales, las placas intermedias de acero del aislador cumplen la función de restringir la expansión lateral (bajo carga vertical) del dispositivo. Este hecho tiene implicancias importantes en el funcionamiento de un sistema de aislación de goma. Este producto permite reducir las fuerzas sísmicas y desplazamientos de una estructura por la absorción de la energía en base de aisladores, y mantener intacta y operable a través de un terremoto. La serie SI aisladores elastoméricos están reforzadas de caucho cojinetes formados por capas alternas de láminas de acero y el caucho vulcanizado en caliente. Por lo general, son de forma circular, pero pueden ser fabricados en la sección cuadrada o rectangular, así. Estos dispositivos se caracterizan por una baja horizontal rigidez, alta rigidez vertical y una amortiguación adecuada capacidad. Estas características permiten, respectivamente, a aumentar el periodo fundamental de vibración de la estructura, para resistir a las cargas verticales sin apreciable sedimentación, y para limitar los desplazamientos horizontales en estructuras sísmicamente aislados. Los parámetros de diseño fundamentales utilizados para determinar rigidez vertical y horizontal son el aislador de Características geométricas (por ejemplo: dimensiones, solo espesor de capa, etc.) y las características mecánicas de su elastómero. La capacidad de amortiguación de los aisladores se determina por el tipo de compuesto elastomérico, que por lo general es un alta amortiguación uno.
Fig. 5
CARACTERÍSTICAS: Los compuestos de caucho usados en la producción de aisladores elastoméricos serie SI se caracterizan por una dinámica GDIN módulo de corte efectiva entre 0,4 MPa y 1,4 MPa y por el amortiguamiento viscoso equivalente coeficiente igual a 10% o 15% sujeto a la Diseño Compuestos de caucho de alta amortiguación se caracterizan por una variación significativa de la GDIN módulo de cizallamiento cuando el γ deformación de corte es inferior a 0,5. Esto permite evitar desplazamientos excesivos en condiciones de baja intensidad dinámica excitaciones tales como las cargas de viento. El valor GDIN permanece prácticamente constante para valores de γ entre 1 y 2, correspondiente al diseño sísmico. El coeficiente de amortiguamiento viscoso equivalente ξ también varía como una función de la γ deformación por esfuerzo cortante.
Fig. 6: Curva de histéresis típico de un aislador elastomérico logrado durante las pruebas dinámicas con amplitud creciente deformación de corte.
Fig. 7: Variación del coeficiente de amortiguamiento viscoso equivalente media ξ como una función de la γ deformación por esfuerzo cortante. DETALLE:
VENTAJAS: - Inteligente tecnología de vanguardia fuertemente respaldada por los consultores de ingeniería líderes en el mundo. - Sistema ampliamente usado para la protección sísmica de diversos tipos de estructuras. - Reduce hasta un 80% la energía sísmica. - Adaptación aislación sísmica a edificios existentes. USOS: Aislamiento sísmico especialmente adecuado para hospitales, puentes, fábricas, centros educacionales, museos, edificios de oficinas y habitacionales, estanques de agua y combustible. b) AISLADORES BASADOS EN RESORTES METÁLICOS HELICOIDALES Son actualmente una alternativa técnica en un incipiente mercado dominado casi exclusivamente por la idea de la efectividad de aisladores compuestos de capas Superpuestas de goma y metal. Haciendo abstracción de los problemas tecnológicos vinculados con la construcción de aisladores.
2.1.-MATERIALES
» Triplay » Llantitas » Madera » Tubos » Mezcla (cemento y arena) » Canicas » Taladro » Martillos » Wincha » Terocal
3.- VENTAJAS DE ESTA TECNOLOGÍA: Entre las ventajas que tiene este tipo de tecnología es la seguridad estructural es entre 6 a 8 veces mayor que un edificio convencional, protección de los contenidos, se evita la paralización post-sismo y se puede utilizar tanto en edificaciones como en equipos industriales para el control de vibraciones. En los terremotos de Northridge, EE.UU. (1994) y Kobe, Japón (1995) se comprobó con éxito las ventajas de la aislación sísmica al observar el excelente comportamiento de los edificios aislados frente a los convencionales. Debido a esto, después del terremoto de Kobe, la construcción de edificios aislados en Japón creció a un ritmo de 20 edificios aislados por mes, siendo que hasta antes del sismo el número de edificios aislados era de 80. 4.- TEORÍA La aislación sísmica modifica las propiedades dinámicas de rigidez (aumento del período fundamental en torno a 2.5 s) y amortiguamiento (incremento de amortiguamiento a valores del orden del 10%) del sistema estructural de modo que los esfuerzos inducidos por la excitación son considerablemente menores. Según los estudios realizados por Molinares y Barbad (BOZZO, 1996), la teoría lineal de aislación basal (NAEIM y KELLY, 1999) se puede utilizar como una herramienta efectiva al momento de analizar edificios con aisladores sísmicos, sobre todo en etapas de prediseño, debido a los supuestos que considera y que simplifican el problema. Entonces, para efectos de validar esta teoría lineal mediante el uso de un procedimiento simplificado, se considera el estudio de un modelo de un edificio de un piso con aisladores sísmicos de comportamiento lineal y no lineal. La idea es obtener la respuesta del sistema en tiempo discreto ante una solicitación sísmica. Por lo anterior, en esta sección se presentan las ecuaciones a solucionar que representan a la teoría lineal de aislación basal.
5.- PRINCIPIOS DE LA AISLACIÓN SÍSMICA Los principios en los cuales se basa el funcionamiento de la aislación sísmica son dos: En primer lugar, la flexibilización del sistema estructural o alargamiento del período, y en segundo lugar, el aumento del amortiguamiento. La flexibilización o alargamiento del período fundamental de la estructura se logra a través de la introducción de un piso blando entre el suelo de fundación y la Superestructura. Intuitivamente se reconoce que la rigidez lateral de este piso blando es mucho menor que la rigidez lateral de la superestructura, el sistema tenderá a deformarse sólo en la interface de aislación, trasmitiendo bajos esfuerzos cortantes a la superestructura la que sufre un movimiento de bloque rígido, por ende sin deformación ni daño durante la respuesta sísmica. Por este motivo, el aislamiento de base es más recomendable en estructuras rígidas sobre terrenos firmes. El aumento del amortiguamiento viene dado principalmente por el sistema de aislación utilizado. Este aumento de amortiguamiento busca reducir la demanda de deformaciones sobre el sistema de aislación y la superestructura sin producir un aumento sobre las aceleraciones. Como se muestra en la figura 2.2-1, el hecho de implementar aisladores sísmicos en la base hace ventajoso el comportamiento de la estructura debido a que evita los efectos más dañinos que se pueden producir en la estructura a causa de los esfuerzos resultantes de los desplazamientos relativos entre pisos.
Fig. 10: Comportamiento de una estructura de base fija y otra con base aislada.
III.- ANEXOS
IV.- CONCLUSIONES En un edificio con aislamiento sísmico, se debe cuidar hasta el último detalle en la conexión entre el edificio, el aislador y la cimentación, ya que debe existir un claro deslinde entre la cimentación y la superestructura. El potencial de ahorro en costo en el sistema estructural de un edificio aislado está en función de dos aspectos principales: el nivel de sismo para el cual se diseña la estructura aislada con respecto al nivel que sirve para diseñar la estructura convencional, y la ubicación de los aisladores en el plano de la estructura. El ahorro de los aisladores no se mide en el momento de la construcción, sino después de un sismo. Hay dos factores que influyen importantemente en la efectividad de la respuesta de un edificio con aislamiento sísmico en la base bajo la acción de un sismo que lo lleve aun comportamiento no lineal, los cuales son: La cantidad de energía que el dispositivo absorbe y el cambio del período en el primer modo de la edificación, debido a la flexibilización de la estructura. La factibilidad económica de un edificio aislado se determina a partir de un análisis interdisciplinario que considere: la geología local (fallas locales, estratos, condiciones de suelo, efecto doppler, etc.), amenaza sísmica (sismos presentados, período, frecuencia, severidad, nivel de aceleraciones, etc.), tipo de daño que se considera (menor o reparable), propios de la estructura (forma estructural, regularidad vertical y horizontal, materiales, uso de la estructura, características, etc.) El aislamiento sísmico no es sistema que se pueda implementar en todos los casos, por lo tanto no es general, presenta limitaciones en ciertos rangos de masas y secciones de aisladores. El sistema ideal se encuentra limitado a períodos entre 0.5 y un segundo, pero además las condiciones del suelo deben de ser tales que no amplifiquen el sismo en períodos medios o largos.
V.- BIBLIIOGRAFÍA http://es.scribd.com/doc/132656487/Aisladores-sismicos-pendulos-de-friccionpdf http://www.fiic.la/LXV%20CONSEJO%20DIRECTIVO %20PANAMA/DELALLERA%203.pdf http://www1.frm.utn.edu.ar/sismos/archivos/DESARROLLO_DE_UN_DISPOSI TIVO_DE_AISLAMIENTO_SISMICO.pdf https://cdvrepresentaciones.com/aisladores-sismicos/ http://www.elmostrador.cl/pais/2010/03/07/aisladores-sismicos-la-tecnologiaque-pudo-haber-mitigado-la-catastrofe/ http://html.rincondelvago.com/estudio-comparativo-de-edificios-conaislamiento-sismico-en-la-base.html http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2043/2/T-ESPE-020940-1.pdf
