16 conferencia mundial sobre terremoto, 16WCEE 2017 Santiago Chile, el 9 de enero hasta 13enero 2017 Pael ! " 0009 C#digo de registro$ S%P1&612&6&93
AISLAMIENTO SÍSMICO USANDO CAUCHO RECICLADO– GOMA. S. Brunet(1), J.C. De la Llera (2), E. Kausel(3) '1( El ingeniero ci)il, ci)il, Soerer *ngenieros +sociados, +sociados,
[email protected] '2( '2( Profes Profesor or,, Pontif Pontifici icia a ni)er ni)ersid sidad ad Cat#l Cat#lic ica a de Chile, Chile, Centr Centro o de in)es in)estig tigaci aci#n #n !acional !acional ara direcci# direcci#n n del Cat-stro Cat-strofe fe *ntegrada *ntegrada C.!*C/ C.!*C/.!+ .!+P14 P1411 110017 0017,,
[email protected] jcllera@ing .puc.cl '3( Profesor de ingenier5a ci)il ambiental, *nstituto de ecnolog5a de assachusetts, ausel@!it.e"u
Abstract. #e$tec%nical aisla!ient$ s&s!ic$ usan"$ !e'clas "e suel$ "e g$!a parece ser una alternati alternatia a pr$!ete" pr$!ete"$ra $ra para pr$teger pr$teger estructura estructuras s "esplega" "esplega"as as s$bre s$bre etensi$ etensi$nes nes gran"es "e la tierra, c$!$ c$n"$!ini$s c$n"$!ini$s "e baj$s ingres$s $ plantas in"ustriales. in"ustriales. El us$ "e aisl aislar ar capa capas s "e suel suel$ $ pue" pue"e e tene tenerr ari arias as ent entaj ajas as * c$!p c$!pen ensa saci ci$n $nes es en c$!pa c$!parac raci+n i+n c$n el aisla! aisla!ien ient$ t$ s&s!ic s&s!ic$ $ c$nen c$nenci$ ci$nal nal.. Es aparen aparente te ue algun algunas as entajas s$n la pr$tecci+n "a"a a l$ ue es erigi"$ enci!a "e una capa "e suel$ aria"a, la eitaci+n "e !anteni!ient$ necesari$ para el siste!a "e aisla!ient$, la reutili'aci+n "e un !aterial a!biental!ente p$c$ a!ist$s$ a tra-s "el reciclaje * el c$ste c$ste p$tenc p$tencial ial!en !ente te ineri ineri$r $r p$r p$r !etr$ !etr$ cua"ra cua"ra"$. "$. La utili utili"a" "a" "el c$ncep c$ncept$ t$ "e aisla!ient$ s&s!ic$ ge$tec%nical pr$puest$ es "e!$stra"a p$r !e"i$ "e un !$"el$ inel/stic$ ue c$nsiste en una estructura lineal si!ple si"a la base p$r una !e'cla "e suel$ suel$ "e g$!a g$!a n$ linea lineal. l. Las Las capas capas "e pr$un pr$un"i" "i"a"e a"es s aria ariable bles s se c$nsi c$nsi"er "eran an * ealua"as para una suite "e 0 "ierenciaerent arc%i$s s&s!ic$s. Se !uestra ue una capa sub*acente "e !e'cla "e suel$ "e g$!a "e apr$i!a"a!ente 2 !etr$s en el gr$s$r p$"r&a re"ucir c$nsi"erable!ente las "e!an"as s&s!icas "e la estructura. En eect$, la pr$p$rci+n "e re"ucci+n "e la aceleraci+n !/i!a $bteni"a en la base "e una estructura para las tres "ierentes las !e'clas "e suel$ "e g$!a ("en$ta"$ c$!$ S45, S4B * S4C) s$n 6 .72, .0, * .80, respectia!ente. En general, a el gr$s$r para la capa S entre 2 * 3 !etr$s pr$bable!ente c$nseguir/ nieles a"ecua"$s "e la re"ucci+n "e aceleraci+n. Est$ est/ en c$ntraste abs$lut$ al gr$s$r gran" gran"e e rec$!e rec$!en"a n"a"$ "$ en $tra $tra parte parte en la litera literatur tura. a. 5un 5unue ue la re"ucc re"ucci+ i+n n "e la
respuesta estructural sea real'a"a *a ue el c$nteni"$ "e g$!a en la !e'cla es au!enta"$, un c$nteni"$ "e g$!a tan s+l$ se encuentra ue el c$ntraste abs$lut$ al gr$s$r gran"e rec$!en"a"$ en $tra parte en la literatura. 5unue la re"ucci+n "e la respuesta estructural sea real'a"a *a ue el c$nteni"$ "e g$!a en la !e'cla es au!enta"$, un c$nteni"$ "e g$!a tan s+l$ se encuentra ue el 19429: es bastante para alcan'ar re"ucci$nes ;tiles "e la respuesta. Palabras Palabras cla)e$ cla)e$ 8eotechni 8eotechnical cal aislamie aislamiento nto s5smico, s5smico, modelado modelado inel-stic inel-stico o no lineal, lineal, mecla de suelo de goma, recicl# el caucho del neum-tico:
1. Intr Intro oducc ducci in n En la lu' "el c$nsu!$ intensi$ "e neu!/tic$s p$r la s$cie"a" !$"erna, ue "espu-s "e ue l$s neu!/tic$s "esgastan s$n "esec%a"$s sin !uc%a al%araca * se acu!ulan en !$nt$nes en$r!es, es i!perati$ enc$ntrar us$s alternati$s para esa basura.
1?. En la ingenier&a ge$t-cnica, la !e'cla "e neu!/tic$s tritura"$s tritura"$s c$n la arena es c$n$ci"a c$!$ la !e'cla "e arena "e g$!a $ S, S, ue ue tien tiene e un rela relati tia a!e !ent nte e prec preci$ i$ baj$ baj$ en c$!p c$!par arac aci+ i+n n c$n c$n $tr$ $tr$s s c$njunt$s "e suel$, * es un !$"$ atracti$ "e a*u"ar a re"ucir las !$nta=as "e neu!/tic$s "e la pi'ca >2?. 3?. La !a*$r parte "e l$s !$"el$s nu!-ric$s "isp$nibles en la liter literatu atura ra est/n est/n basa" basa"$s $s en !$"el$ !$"el$s s cuasi cuasi linea lineales les.. 5un 5unue ue tales tales !$"el$ !$"el$s s t-cnic$s sean a!plia!ente usa"$s * sean a"ecua"$s cuan"$ las tensi$nes "e suel uel$
per!a r!anece necen n
peue= ue=as,
al allan lan
cuan cuan"$ "$
el
!ate ateria rial
se
s$!e $!ete
a
"e$r!aci$nes inel/sticas gran"es * resbal+n, en cu*$ cas$ un !$"el$ real!ente inel/stic$ es necesari$. Est$ la tarea es t$!a"a au&, "$n"e bree!ente "$cu!enta!$s el ren"i!ient$ "e un siste!a #S "e"uci"$ "e !$"el$s rigur$s$s, n$ lineales, inel/stic$s.
!. "ro#i$dad$s %$c&nicas d$ %$'c(as d$ su$(o d$ )o%a *RSM+. En general, la !e'cla "e suel$ "e g$!a es caracteri'a"a p$r una rigi"e' ineri$r * una %u!ectaci+n !/s alta ue el suel$ pur$. A$r esta ra'+n, se espera ue cuan"$ un S sea usa"$ para el aisla!ient$ s&s!ic$, eectuar/ un alarga!ient$ "el per&$"$ natural un"a!ental "el siste!a * ta!bi-n sacar/ pr$ces$s inel/stic$s uertes ue "isipan la energ&a, se piensa ue a!b$s "e l$s cuales causan re"ucci$nes "e las "e!an"as "e aceleraci+n "e la estructura "urante un terre!$t$. a ue est$ ra'$na, se %a sugeri"$ ue cuan"$ baj$ al !e"i$ se elean l$s e"iici$s sean aisla"$s p$r !e"i$ "e un #S, tant$ las aceleraci$nes %$ri'$ntales c$!$ erticales p$"r&an ser baja"as p$r un pr$!e"i$ "el 840: >8?. L$s estu"i$s "e las pr$pie"a"es !ec/nicas "e arias !e'clas "e la pla*a *$ graa c$n el cauc%$ en eect$ %an si"$ c$n"uci"$s p$r ari$s inestiga"$res >9, 0?. 5"e!/s, auell$s estu"i$s ta!bi-n %an ea!ina"$ l$s eect$s en rigi"e' * uer'a ejerci"a p$r la talla "e las part&culas "e g$!a tritura"as, ue %a si"$ llea"a a cab$ reali'an"$ pruebas en las cuales el c$nteni"$ "e g$!a, la talla "e part&culas * la "istribuci+n "e la talla "el gran$ %an si"$ aria"$s "e una !$"a c$ntr$la"a. En eect$, l$s triaial as& c$!$ pruebas "e la c$lu!na res$nantes t$rsi$nal %an si"$ usa"$s para !e"ir la peue=a tensi+n esuilan el !+"ul$ # * la pr$p$rci+n ue se "ebilita para arias !e'clas "e suel$ "e g$!a. Este resulta"$ relata"$ "eber&a ser interpreta"$ c$n un p$c$ "e precauci+n p$rue la !a*$r parte "e pruebas "e lab$rat$ri$ s+l$ pue"en !e"ir las pr$pie"a"es !ec/nicas "e suel$s para esuilar tensi$nes %asta el 1:, * *a n$. En eect$, para cuan"$ las pruebas "e la c$lu!na res$nantes alcancen la uer'a esuilar "el suel$, la ariaci+n "e esuilar la tensi+n c$n la "istancia al eje t$rsi$nal "el esp-ci!en *a n$ es lineal, $ %asta apr$i!a"a!ente tan. Ent$nces $tra e', "es"e ue asunt$s en un siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$ s$n la capaci"a" "e la capa "e aisla!ient$ "e s$stener * "isipar la energ&a a tra-s "el resbala!ient$, ent$nces sigue ese c$n$ci!ient$ "el c$!p$rta!ient$ "e su!a i!p$rtancia "e la !e'cla "e suel$ "e g$!a en tensi$nes !u* gran"es "$n"e el !aterial c$nstante!ente baja a l$ larg$ "e alg;n ai+n "e racas$ "a"$ es supre!$, a;n ese
c$!p$rta!ient$
s+l$
pue"e
ser
apr$i!a"a!ente
etrap$laci$nes "e pruebas "e peue=a tensi+n.
c$njetura"$
&a
Las pruebas "e lab$rat$ri$ %an reela"$ general!ente ue cuan"$ el c$nteni"$ "e g$!a "e una !e'cla "e suel$ es gra"ual!ente au!enta"$, t$"$s l$s eect$s siguientes s$n $bsera"$s, al !en$s %asta algunas racci$nes !$"era"a!ente gran"es "e cauc%$ en la !e'cla, per$ n$ cuan"$ el cauc%$ es el ;nic$ !aterial, $ "$!ina la !e'cla El pes$ sec$ "e la uni"a" "e las "is!inuci$nes "e !e'cla c$n el c$nteni"$
"e g$!a (la !e'cla se %ace un !aterial !/s liger$). La pr$p$rci+n ac&a "e las "is!inuci$nes "e !e'cla, ue tra"uce a una
!atri' !en$s p$r$sa. La peue=a tensi+n esuila el !+"ul$ # c$nstante!ente "is!inu*e c$n el c$nteni"$ "e g$!a * est$ a pesar "e la "is!inuci+n en pr$p$rci+n ac&a. Est$ es p$rue la rigi"e' esuilar "e cauc%$ li!pi$ es algun$s cien "e tie!p$s !/s peue=$s ue ese "e suel$ granula"$ li!pi$, p$r tant$, la
rigi"e' t$tal "e la !e'cla "e g$!a p$r el suel$ s+l$ pue"e "is!inuir. La peue=a pr$p$rci+n "e %u!ectaci+n "e tensi+n au!enta c$n el
c$nteni"$ "e g$!a. La uer'a esuilar en pri!er$s au!ent$s "el t/n"e! c$n la racci+n "e cauc%$, per$ s+l$ %asta alg;n p$rcentaje !/i!$, "espu-s "el cual "is!inu*e $tra e' !ej$r "ic%$ r/pi"a!ente * la !e'cla ca!bia "el
pareci"$ a la arena al c$!p$rta!ient$ pareci"$ al cauc%$ >F?. En ista "e ue el cauc%$ es en gran parte inc$!prensible, cuan"$ su racci+n es au!enta"a, se pue"e esperar ue la pr$p$rci+n "e A$iss$n "e
la !e'cla ta!bi-n au!entar/. La el$ci"a" esuilar s "is!inu*e c$n el c$nteni"$ "e g$!a.
C$!$ es c$n$ci"$, el c$!p$rta!ient$ "e tensi+n (!$"era"a!ente) gran"e "e suel$s "e part&culas pue"e ser caracteri'a"$ p$r un par "e # "e curas "e "egra"aci+n "e suel$ #(G)# * (G), a saber, el !+"ul$ secant n$r!ali'a"$ p$r la peue=a tensi+n esuila el !+"ul$ * la pr$p$rci+n ue se "ebilita. 5!b$s "e est$s par/!etr$s "epen"en, a"e!/s "e las caracter&sticas !ateriales c$!$ las tallas "el gran$ !e"ias "e suel$ * cauc%$ D 9s D9r, en la presi+n "e li!itaci+n !e"ia HI!. 5s&, el !is!$ !aterial ep$n"r/ curas "e "egra"aci+n "ierentes seg;n la pr$un"i"a" en la cual es sali"$ !intien"$. esulta"$s "e lab$rat$ri$ para est$s "$s ! la "egra"aci+n tuerce c$!$ la unci+n "e la tensi+n !/i!a, para al$res "ierentes "e HI!, c$ciente D9s D9r * una a!plia arie"a" "e c$nteni"$s "e g$!a, uer$n presenta"$s antes >9,0?. Entre l$s !$"el$s te+ric$s !/s si!ples para la interpretaci+n "e resulta"$s "e pruebas c&clic$s eperi!entales es el lla!a"$ !$"el$ %iperb+lic$ !$"iica"$, ue usa "$s par/!etr$s para "einir la n$ lineali"a" "e la cura "e carga inicial, es
"ecir la irgen $ cura "e la c$lu!na ertebral.
L$s eperi!ent$s %an in"ica"$ ue el c$nteni"$ "e g$!a tiene p$ca inluencia en el al$r "e ; per$ ue la reerencia tensi+n G re real!ente au!enta c$n este par/!etr$. Cuan"$ estas $bseraci$nes s$n c$!ple!enta"as ent$nces p$r la $bseraci+n ue la inicial esuile el !+"ul$ # general!ente "is!inu*e c$n el c$nteni"$ "e g$!a, se %ace clar$ ue arian"$ el !aterial "ebe ep$ner !/s c$!p$rta!ient$
lineal
cuan"$
i"$
en
bicicleta
en
tensi$nes
!/i!as
c$!parables, es "ecir ue la !e'cla reuiere tensi$nes c&clicas !/s gran"es para el c$!p$rta!ient$ n$ lineal "e %acerse la !aniestaci+n. Aara ilustrar est$s c$ncept$s c$n un eje!pl$ actual, c$nsi"ere una arena seca !al clasiica"a D 9s 6 .9 !! ue %a si"$ !e'cla"$ junt$s c$n un uni$r!e!ente l$s a=$s 9 cauc%$ clasiica"$ D9r 62.7 !! Cuan"$ el c$nteni"$ "e g$!a es aria"$ "el : (arena pura) al 1:, el 2: * el 39: 9r las !e'clas "e cauc%$ p$r el pes$ * ca"a !e'cla s$n sujeta"as a una presi+n "e li!itaci+n !e"ia "e 1 Aa, l$s resulta"$s eperi!entales para la peue=a tensi+n esuilan el !+"ul$ * las curas "e "egra"aci+n s$n representa"as en la igura 1. 1. C$!$ pue"e ser ist$, el # es re"uci"$ p$r casi cinc$ eces (c$!$ !$stra"$ en la tra!a secun"aria "eja"a a la cu!bre) !ientras Gre au!ent$s p$r %asta tres eces (!$stra"$ en la tra!a secun"aria superi$r * c$rrecta) cuan"$ la canti"a" !/i!a "e cauc%$ "el 39: es a=a"i"a. Aara la c$neniencia, la tensi+n 4 esuila curas "e "egra"aci+n ta!bi-n s$n tra'a"$s en la tra!a secun"aria ineri$r, "$n"e la cura para el cauc%$ "el 39: es la !/s aparta"a a la "erec%a, es "ecir %a* !uc%$ !en$s "egra"aci+n c$n la tensi+n.
ig. 1 M el Eect$ "e au!entar el c$nteni"$ "e g$!a en las pr$pie"a"es esuilar "e un suel$ t&pic$ (a) nicial esuila el !+"ul$ # N (b) Esuilan la cura "e "egra"aci+n "e la rigi"e' ## N (c) cura "e la c$lu!na ertebral "e tensi+n "e la Oensi+n. (Cira t$!a"a "e >7?)
5unue un suel$ sin g$!a general!ente se "isipa !/s energ&a ue una !e'cla "e suel$ * "e g$!a cuan"$ se cicla en alg;n !/i!$ "a"$ (est$ es "ebi"$ a ue el cicl$ "e %ist-resis es !/s gran"e), ent$nces "e nue$ ue el suel$ ta!bi-n tiene una rigi"e' !a*$r * la uer'a, "e !anera ue. es !u* p$c$ pr$bable ue se s$!eter/ a gran"es nieles "e "e$r!aci+n cuan"$ se utili'a. en el c$ntet$ "e un siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$. A$r l$ tant$, la !en$r rigi"e' * la uer'a "e la capa "e S per!ite ue la capa "e eperi!entar gran"es "e$r!aci$nes "e ci'alla!ient$, * p$r l$ tant$, se abre la puerta para "e$r!aci$nes gran"es, "isipan"$ energ&a a tener lugar, $ al !en$s para eitar la trans!isi+n "e esa energ&a en la superestructura.
Se c$nsi"eran tres tip$s "ierentes "e S en nuestr$s an/lisis, ue "en$ta!$s c$!$ S45 (c$n D9s6.9 !!,D9r6 2.7 !!), S4B(c$n D9s 6 3. !!, D9r 6 2.7 !!) * S4C (c$n D9s 6 F.7 !!, D9r 6 2.7 !!). igura 2 !uestra un cas$ particular "e est$s tres tip$s "e !e'clas cuan"$ t$"$s ell$s est/n s$!eti"$s a una presi+n "e c$nina!ient$ "e 1 Aa * la relaci+n "e %uec$s "el suel$ intact$ es e 6 .9 La subtra!a i'uier"a !uestra la relaci+n entre la peue=a "e$r!aci+n ci'alla"ura !$"ul$ # S#AS "e la !e'cla * "e la tierra pura c$!$ el c$nteni"$ "e cauc%$ se incre!enta. Clara!ente, cuan"$ el El c$nteni"$ "e cauc%$ es cer$ (suel$ pur$), esta relaci+n es la uni"a" para t$"$s l$s tip$s "e S. Cuan"$ el c$nteni"$ "e cauc%$ es 39:, $bsera!$s ue # S#AS es igual a ,2, ,1 * ,9 para el S45, S4B * S4C, respectia!ente, L$ ue signiica ue el !+"ul$ "e ci'alla"ura "e "e$r!aci+n peue=a "e esa !e'cla es cinc$, "ie' * einte eces !en$r, respectia!ente, Pue el "el suel$ pur$ utili'a"$ para la !e'cla. A$r $tr$ la"$, la subtra!a "erec%a !uestra la "egra"aci+n p$r ci'alla!ient$ Curas para las tres !e'clas "e cauc%$4suel$ a las ue se %a %ec%$ reerencia anteri$r!ente cuan"$ tienen un 39: "e c$nteni"$ "e cauc%$ * era "e esperar, el al$r "e re ga!!a au!enta para las tres !e'clas. /s espec&ica!ente, la cepa "e reerencia se $bsera Qan au!enta"$ %asta 3 eces para S45, 8,9 eces para S4B * 7 eces para S4C.
,. Traba-o #r$io $n GSI / $s0u$%a d$( %od$(o actua( La inestigaci+n preia s$bre el us$ "e capas "e S para el aisla!ient$ s&s!ic$ >R? %an sugeri"$ ue el c$ncept$ es Ar$!ete"$res * ue al utili'ar tales siste!as se p$"r&a esperar una re"ucci+n signiicatia en las aceleraci$nes estructurales, p$r l$ tant$ en uer'as estructurales. Sin e!barg$, l$s an/lisis "isp$nibles est/n li!ita"$s p$r su "epen"encia "e la lineali"a" !aterial, Pue est/ i!pl&cit$ en el us$ "e !$"el$s "in/!ic$s iterati$s e!iti"$s en el "$!ini$ "e recuencia "$n"e la rigi"e' "el suel$ el a!$rtigua!ient$ se calculan s$bre la base "e l$s nieles espera"$s "e "e$r!aci+n 4c$!$ se %ace en el $r"ena"$r bien c$n$ci"$ Ar$gra!a SQ5KE para el an/lisis "e la a!pliicaci+n "e $n"as. 5"e!/s, puest$ ue tales !$"el$s unci$nan c$n recuencia4 Se sup$ne ue l$s par/!etr$s in"epen"ientes * el a!$rtigua!ient$ s$n c$nstantes para t$"as las recuencias, s$bresti!a "isipaci+n "e energ&a as$cia"a c$n alta recuencia, cicl$s "e %ist-resis secun"ari$ >1?. tra li!itaci+n "e la $"el$s publica"$s es ue se basan en capas ecesia!ente gruesas "e !e'clas "e cauc%$4suel$, c$n una precisi+n "e 9 a 19.
ig. 2 4 suel$ Aura * curas S utili'+ para l$s an/lisis c$n H ! 6 1 Aa (a) elaci+n entre la peue=a L$s !+"ul$s "e ci'alla"ura "e "e$r!aci+n "e la !e'cla * el suel$ pur$N (B) "egra"aci+n "e la rigi"e' "el suel$ pur$ * S C$n 39: "e c$nteni"$ "e cauc%$. (igura t$!a"a "e >7?) etr$s Est$s n$ s+l$ s$n p$c$ pr/ctic$s * c$st$s$s, sin$ ue reuieren gran"es ecaaci$nes * Espaci$ necesari$ para l$s s+tan$s * las instalaci$nes "e estaci$na!ient$. 5"e!/s, tales capas S !u* gruesas, ue en algun$s cas$s Est/n %ec%$s "e OD5 pur$, c$ntraienen las rec$!en"aci$nes "e 5SO, * se eitan !ej$r. 5 la lu' "e l$s c$!entari$s anteri$res, en el rest$ "e este art&cul$ a!$s a epl$rar el us$ "e una capa "elga"a De S * ealuar su "ese!pe=$ c$!$ siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$ !e"iante rigur$s$s, n$ lineales, inel/stic$s $"el$s. Las caracter&sticas n$ lineales "el !aterial "el S se "e"ucen "e l$s "at$s publica"$s, tenien"$ en cuenta L$s p$rcentajes relati$s "e OD5 * arena, as& c$!$ la presi+n "e c$nina!ient$ ue resulta "e la carga "e s$brecarga Pue e!ana "el pes$ "e las capas superi$res * "el e"iici$ ue se ap$*a. 5"e!/s, s$!ete!$s el 5 ari$s terre!$t$s c$n "ierentes caracter&sticas. 5 partir "e las curas eperi!entales, c&clic$s "e "egra"aci+n "el suel$ para una !e'cla "e tierra "a"$, tales c$!$ l$s !$stra"$s en la igura 2, utili'a!$s estas curas para inerir l$s par/!etr$s ue "einen una c$lu!na ertebral ($ irgen) cura tensi+n4"e$r!aci+n, * !/s Espec&ica!ente, cuan"$ "ic%a cura $be"ece a un !$"el$ %iperb+lic$ c$n una resistencia al ci'alla!ient$ "a"a * un !+"ul$ "e ci'alla!ient$ "e baja "e$r!aci+n.
5 c$ntinuaci+n, a!$s a utili'ar esta cura en el c$ntet$ "e un !$"el$ "e !asa n$ lineal >11?, ue "eine la n$ lineal C$!p$rta!ient$ en l$s punt$s "e inersi+n en t-r!in$s "e la c$lu!na ertebral, per$ ue c$neniente!ente i!ple!entar en t-r!in$s "e la plena euialente * !$"el$ inel/stica bien c$n$ci"$ pr$puest$ p$r Tan >12?, ue c$nsiste en un gran c$njunt$ "e elast$4pl/stic$ es$rtes en paralel$. La entaja "el !$"el$ "e Tan s$bre assing es ue si!pliica en gran !e"i"a el alg$rit!$ Detalles en la pr$gra!aci+n, ue se lle+ a cab$ en atlab. En l$s an/lisis presenta"$s en este "$cu!ent$ * c$!$ se !uestra en la igura 3, las estructuras, as& c$!$ el peril "el suel$ se !$"elan C$!$ !asa agl$!era"a, siste!as "e !ulti4gra"$ "e liberta" s$!eti"$s a $n"as "e ci'alla!ient$ "e pr$pagaci+n ertical (es "ecir, SQ $las). Ca"a !aterial, a saber, la estructura, el suel$ natural * la capa S se "iscreti'an en capas "elga"as cu*$ espes$r % j es peue=a en c$!paraci+n c$n la l$ngitu" "e $n"a t&pica en el !$i!ient$ s&s!ic$. La estructura * la L$s ele!ent$s "e suel$ n$ lineales se !$"elan c$!$ un c$njunt$ "e !uelles elast$4pl/stic$s en paralel$ en el estil$ "el !$"el$ "e Tan, ientras ue las ecuaci$nes "e !$i!ient$ se integran "irecta!ente en el "$!ini$ "el tie!p$ utili'an"$ el !-t$"$ "e "ierencias centrales. Las pr$pie"a"es ge$!-tricas * !ec/nicas "e ca"a capa pue"en ser altera"as seg;n sea necesari$ para asignar par/!etr$s apr$pia"$s 5l siste!a. Se c$nsi"er+ un cas$ "e estu"i$ en el ue se establecier$n par/!etr$s "e reerencia. El c$njunt$ "e capas superi$res representa un e"iici$ "e "$s plantas "e 2,9 ! "e altura entre pis$s c$n una "ensi"a" "e r%$ SO 6 8 g !3 * una ci'alla lineal!ente el/stic$ !+"ul$ # SO 6 10 Aa. El al$r "e la "ensi"a" se elige "e !anera ue el pes$ "e ca"a planta es "e 1 g ! 2, Pue es un al$r t&pic$ para l$s e"iici$s "e !a!p$ster&a $ %$r!ig+n ar!a"$ c$n tec%$s "e a'ulej$s pesa"$s, ue s$n C$!;n en C%ile. El c$njunt$ inter!e"i$ "e capas representa el siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$ S c$n una pr$un"i"a" t$tal "e Q S 6 2 !. Las capas ineri$res, ue representan el suel$ c$l$ca"$ "ebaj$ "e la capa S, se c$nsi"erar$n tener una pr$un"i"a" t$tal "e Q AS 6 3 !. Se sup$ne ue la capa "e aisla!ient$ est/ c$nstitui"a p$r el S45, el S4B $ el S4 Oip$ C, cu*as caracter&sticas !ec/nicas uer$n bree!ente "escritas anteri$r!ente. La ase "e arena en la !e'cla ue sup$ne ue tienen una "ensi"a" U AS 6 2 g ! 3, relaci+n "e ac&$s e 6 ,0, * el c$eiciente "e presi+n lateral en rep$s$ K 6 ,9
ig. 34 "eali'aci+n "e la estructura * "el peril "el suel$ c$!$ un siste!a "e !;ltiples gra"$s "e liberta". (igura t$!a"$ "e >7?).
S$!etien"$ el !$"el$ n$ lineal a !$i!ient$s s&s!ic$s "e a!plitu" * recuencia ariable, la respuesta "e El siste!a se ealu+ en t-r!in$s "e aceleraci$nes, "espla'a!ient$s, cepas "e ci'alla!ient$ * tensi$nes en t$"$s l$s Las capas. L$s !$i!ient$s s&s!ic$s elegi"$s uer$n t$!a"$s "e registr$s "e aceleraci+n $bteni"$s "urante Oerre!$t$s en 5!-rica "el V$rte, Jap+n * C%ile.
. Si%u(acion$s con %od$(os no (in$a($s no $(&sticos El !$"el$ "escrit$ se utili'+ en el c$ntet$ "e l$s an/lisis para!-tric$s alu"i"$s en la secci+n anteri$r, * un Se %i'$ una ealuaci+n "e la eectii"a" "e la capa S c$!$ un siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$. De !uc%$s an/lisis Aresenta!$s l$s resulta"$s t&pic$s $bteni"$s para un cas$ particular, c$!$ se "escribe a c$ntinuaci+n. C$nsi"ere un e"iici$ "e "$s pis$s sub*acente p$r una capa S4B "e 2! "e pr$un"i"a" c$n un 39: "e c$nteni"$ "e cauc%$, ue es S$!eti"$ a la base "el terre!$t$ "e C$rralit$s Q2 (1R7R). La respuesta tensi+n 4 "e$r!aci+n se !uestra en La igura 8. Las subtra!as a la i'uier"a !uestran la respuesta "el suel$ sin cauc%$ (es "ecir, capa sin aisla!ient$), !ientras ue Las subtra!as "e la "erec%a !uestran la respuesta para el cas$ aislante. La ila superi$r "e subparcelas !uestra la relaci+n tensi+n4 espuesta "e la "e$r!aci+n "el e"iici$, !e"i"a a !e"iana altura en la estructura, ue es un 8: 5islan"$ el cas$ * l$s resulta"$s "el eect$ "e aisla!ient$ "e la capa S. C$!$ pue"e erse en la segun"a ila "e Subtra!as, el !aterial S pr$"uce una tensi+n !en$r ue la capa "e arena, tiene "e$r!aci$nes !uc%$ !a*$res * Disipa !uc%a !/s energ&a. De %ec%$, la capa S alcan'a una "e$r!aci+n !/i!a "e ,778, ue es "ie' eces la Xal$r para el suel$ s$l$, es "ecir, una "e$r!aci+n !/i!a "e ,71. Oa!bi-n es interesante $bserar "es"e la tercera ila "e Subtra!as ue la respuesta "e la capa ineri$r "is!inu*e ta!bi-n. La eplicaci+n pr$bable es ue la capa "e aisla!ient$ 5ten;a signiicatia!ente el !$i!ient$ inci"ente, en cu*$ cas$ la a!plitu" "e las $n"as ue se retr$ali!entan neri$r %an "is!inui"$ la a!plitu", es "ecir, n$ t$"a la energ&a regresa %acia abaj$. La igura 9 !uestra la e$luci+n te!p$ral "e la aceleraci+n en la estructura * ta!bi-n la energ&a "isipa"a "e la Debaj$ "e las capas.
"e %ist-resis) "urante la s&s!ica $i!ient$, ue en el gr/ic$ se n$r!ali'a p$r la energ&a t$tal "isipa"a p$r el cas$ "el suel$ pur$. C$!$ pue"e erse, el Xal$r "e la energ&a t$tal "isipa"a en el cas$ "erec%$ c$rresp$n"e a 1,F eces el "e la i'uier"a, l$ ue es C$nsistente c$n el c$ncept$ "e aisla!ient$ s&s!ic$. La capa !e"ia "el cas$ aisla"$ (es "ecir, las capas S) se "isipa Casi t$"a la energ&a, !ientras ue en el cas$ "el suel$ pur$ la capa !e"ia c$ntribu*e c$n s+l$ 13, * la parte ineri$r Capa c$!pleta el $tr$ 23. Este pr$ce"i!ient$ se repiti+ para t$"$s l$s !$i!ient$s s&s!ic$s enu!era"$s en la Oabla 1, * para t$"$s l$s tip$s "e S c$nsi"era"$sN un resu!en "e est$s resulta"$s $bteni"$s se representa en la igura 0. La subtra!a superi$r !uestra la relaci+n "el pic$ 5celeraci+n $bteni"a en la base "e la estructura tant$ c$n c$!$ sin la capa "e aisla!ient$. El eje Y i"entiica
ig.. 8 4 C$!paraci+n "e la respuesta tensi+n4"e$r!aci+n entre el cas$ aisla"$ * el n$ aisla"$ Cuan"$ el siste!a se s$!ete a C$rralit$s Q2 registr$ s&s!ic$. (igura t$!a"a "e >7?)
el terre!$t$ utili'a"$ * nu!era"a c$!$ en la Oabla 1. C$!$ se !uestra en t$"$s l$s cas$s ea!ina"$s, la capa S e"ucci+n "e la respuesta "e aceleraci+n "el e"iici$. Qa* un par "e ecepci$nes en el cas$ "e capa S4 Cuan"$ est/ s$!eti"$ a !$i!ient$s s&s!ic$s 2, 3, F * 11, en l$s ue es ligera!ente superi$r a la uni"a", es "ecir, la respuesta "e El cas$ aisla"$ es !u* si!ilar al "el n$ aisla"$, principal!ente
p$rue la aceleraci+n n$ es gran"e Suiciente para causar eect$s inel/stic$s. Es interesante $bserar la ten"encia c$nstante reela"a p$r est$s resulta"$s. En general, cuant$ !a*$r sea el A#5, /s eica' resulta la capa "e aisla!ient$, es "ecir, el al$r "e "is!inu*e "e !anera c$nstante.
ig. 9 4 C$!paraci+n "e la respuesta "el siste!a entre el cas$ aisla"$ * el n$ aisla"$, Cuan"$ se s$!ete al registr$ s&s!ic$ "e C$rralit$s Q2 (a) * (b) aceleraci+n en el $n"$ "e el e"iici$N (C) * (") energ&a "isipa"a "e las capas inter!e"ia * ineri$r. (igura t$!a"a "e >7?) Las $bseraci$nes anteri$res se c$rr$b$ran a"ici$nal!ente en la subtra!a central, ue !uestra el !/i!$ Despla'a!ient$ eperi!enta"$ p$r el e"iici$ "urante el terre!$t$. Clara!ente, el "espla'a!ient$ !/i!$ es !u* peue=$ Cuan"$ el terre!$t$ es peue=$ (alre"e"$r "e 1 c!, "urante el cual las capas se !antienen principal!ente en un rang$ el/stic$), * tien"e Aara au!entar c$n la intensi"a" creciente "el terre!$t$, llegan"$ a l$s 27c! para l$s !/s eigentes n$ c%ilen$s Oerre!$t$ (terre!$t$ 97, K$be VS) * 1 c! para el terre!$t$ c%ilen$ !/s eigente (terre!$t$ 91, C$nstituci+n Q2). Se $bsera en la gr/ica ue se $btienen !a*$res "espla'a!ient$s "e pic$s "ebi"$ a "espla'a!ient$s n$ c%ilen$s Oerre!$t$s, * se eplica p$rue est$s !$i!ient$s s&s!ic$s presentan espectr$s "e respuesta ue en general tienen a*$res nieles "e pseu"$ aceleraci$nes * "espla'a!ient$s en c$!paraci+n c$n l$s terre!$t$s
c%ilen$s. En
general,
Las
!e'clas
S4B
*
S4C
presentan
"espla'a!ient$s !a*$res ue una !e'cla S45. 5"e!/s, l$s "espla'a!ient$s resi"uales la "eria $bsera"a "espu-s "el terre!$t$ se !uestran en la tercera
subtra!a. 5unue la ten"encia "e esa "eria Aarece !en$s clar$ * parece ser !/s aleat$ri$, %a* "e %ec%$ una c$rrelaci+n c$n A#5. Sin e!barg$, la !agnitu" "e
ig. 0 4 e"ucci+n "e la aceleraci+n, "espla'a!ient$ !/i!$ * "espla'a!ient$ resi"ual "e la estructura cuan"$ Xarian"$ el registr$ s&s!ic$ aplica"$. (igura t$!a"a "e >7?)
La "eria "epen"e ta!bi-n "e las caracter&sticas "el terre!$t$ "e entra"a, c$!$ la recuencia "$!inante * Especial!ente la "uraci+n. En este cas$ particular, el
"espla'a!ient$ resi"ual !a*$r es "e apr$i!a"a!ente 2 c! para el K$be VS Oerre!$t$ (capa S5), * 19 c! apr$i!a"a!ente para el cas$ "e K$be E (capas S4B * 4C). En la !e"i"a en ue un$ "e l$s principales $bjeti$s "e este estu"i$ es enc$ntrar al$res +pti!$s para el gr$s$r "e la capa S, Se reali'ar$n ari$s !$"el$s en l$s ue el espes$r "e "ic%a capa se ari+ entre * 9 !* para ari$s tip$s "e cauc%$ c$nteni"$. La igura F !uestra la aceleraci+n pic$ !e"i"$ en la estructura (n$r!ali'a"a p$r la aceleraci+n !/i!a "e El cas$ "el suel$ pur$) para l$s tres tip$s "e !e'cla "e suel$ c$nsi"era"$s au& * cuan"$ se s$!ete a la C$rralit$s Q2 terre!$t$. Ca"a l&nea representa una si!ulaci+n c$n un c$nteni"$ "e cauc%$ "ierente utili'a"$ en la !e'cla, ue ue aria"a Des"e : (es "ecir, suel$ pur$) %asta 39:, ca"a 9: ca"a pas$. Se pue"e $bserar ue se pue"en l$grar buenas re"ucci$nes S capa cu*$ espes$r es "el $r"en "e "$s !etr$s. 5"e!/s, el au!ent$ "e esta ariable !uc%$ !/s all/ Este u!bral n$ parece l$grar re"ucci$nes signiicatias en la respuesta "e la estructura. Est$ es Buena n$ticia p$rue una capa S "e 2! "e espes$r n$ s+l$ es suiciente para l$grar un siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$ Oa!bi-n cu!ple c$n las rec$!en"aci$nes "e 5SO * !ini!i'a l$s c$st$s "e c$nstrucci+n. La igura F ilustra ta!bi-n el eect$ "el c$nteni"$ "e g$!a en la eicacia "el siste!a c$!$ aisla!ient$ s&s!ic$ siste!a. C$!$ se anticipa, !/s cauc%$ se a=a"e a la !e'cla (%asta el c$nteni"$ !/i!$ "el 39: en pes$ C$nsi"era"a en este "$cu!ent$), !/s se alcan'a la re"ucci+n. Sin e!barg$, ta!bi-n se pue"en l$grar re"ucci$nes Canti"a"es relatia!ente bajas "e cauc%$. En el cas$ "e la S4B, p$r eje!pl$, se pue"e $bserar ue Se $btienen resulta"$s cuan"$ el c$nteni"$ "e cauc%$ est/ en el interal$ entre 19: * 39:. En el cas$ "el S4C, La ga!a "e p$rcentajes para un ren"i!ient$ c$!parable es "el 29: al 39:. El cas$ "e la !e'cla S45 es !en$r Clar$, en la !e"i"a en ue cuant$ !a*$r sea el p$rcentaje "e cauc%$, !a*$r ser/ el gra"$ "e re"ucci+n. En resu!en, Depen"ien"$ "e la !e'cla "e suel$ utili'a"a, se pue"en c$nseguir buen$s nieles "e re"ucci+n c$n c$nteni"$s "e cauc%$ en el interal$ De 19429: en pes$ "e la !e'cla.
ig. F 4 5celeraci+n !/i!a !e"i"a en la parte ineri$r "el e"iici$ n$r!ali'a"a p$r el pic$ 5celeraci+n "el cas$ n$ aisla"$, al ariar el espes$r "e la capa S. (igura t$!a"a a partir "e >7?)
2. Conc(usion$s. L$s resulta"$s "e l$s an/lisis presenta"$s en este art&cul$ llean a las siguientes c$nclusi$nes 4
ci'alla!ient$ "e esta !e'cla se "esintegra !/s r/pi"$ ue el "e l$s $tr$s, ep$nien"$ La !a*$r ten"encia a eperi!entar "e$r!aci$nes inel/sticas. 4 La eicacia "e aisla!ient$ "el #S se !aniiesta s+l$ para al$res "e A#5 superi$res a ,24,29 g, "espu-s "e Cu*a gran "e$r!aci+n inel/stica "e la !e'cla cauc%$4 suel$ se !ateriali'a. L$s baj$s nieles "e agitaci+n n$ s$n Capa' "e in"ucir una respuesta n$ lineal "e la !e'cla, * p$r l$ tant$, la re"ucci+n "e la respuesta s&s!ica "e la Estructura n$ es ei"ente. 4
3. A)rad$ci%i$ntos La inestigaci+n presenta"a en la presente !e!$ria se %i'$ p$sible p$r las subenci$nes "el pr$gra!a SO4A
4. R$5$r$ncias >1? Qu!p%re* D (1RRR) aplicaci$nes "e ingenier&a ciil "e neu!/tic$s jir$nes. En 5ctas "el neu!/tic$ c$nerencia "e la in"ustria, Qilt$n Qill, Car$lina "el V$rte . >2? Qa'aria Q, asu%ara K (2F). llantas "e "esec%$ "eria"$ ge$!ateriales $p$rtuni"a"es * "esa&$s. 5ctas "el taller internaci$nal s$bre ge$!ateriales "eria"$s "e llantas "e "esec%$. $$sua, Jap+n >3? Yi$ng W, an , Li (218) #e$tec%nical siste!a "e aisla!ient$ s&s!ic$ eperi!ental !/s estu"iar. ec/nica * 5pplie" aterialsN 974973 18R43 >8? Osang Q, L$ S, Yu Y, S%ei% (212) aisla!ient$ s&s!ic$ para e"iici$s "e baja a !e"iana altura usan"$ !e'clas "e suel$ "e cauc%$ granula"$, estu"i$ nu!-ric$. Eart% Eng Struct D*n 81 2R428
>9? 5nastasia"is 5, Senetais K, Aitilais K (212)4"e$r!aci+n Aeue=$ !+"ul$ "e ci'alla!ient$ * c$eiciente "e a!$rtigua!ient$ "e arena4cauc%$ * !e'clas "e graa "e g$!a. #e$tec% #e$l Eng 212N 3 (2) 302472 >0? Senetais K, 5nastasia"is 5, Aitilais K, S$uli 5, pr$pie"a"es "in/!icas "e arena cauc%$ sec$ (S) * graa cauc%$ (#) !e'clas en una a!plia ga!a "e a!plitu"es "e "e$r!aci+n p$r ci'alla!ient$. Suel$ D*n Eart% Esp 212 33 37493 >F? \$rnberg J, Cabral 5, Xiratjan"r C (28) El c$!p$rta!ient$ "e l$s neu!/tic$s triturar las !e'clas "e arena. Can #e$tec% J 28N 81 22F481 >7? Brunet S, De la Llera J, Kausel E (210) !$"ela"$ n$ lineal "e l$s siste!as "e aisla!ient$ s&s!ic$ %ec%a "e neu!/tic$ "e cauc%$ recicla"$. Din/!ica "e Suel$s e ngenier&a S&s!ica 79 (210) 1384189 >R? Senetais K, 5nastasia"is 5, Orel$p$ulus K, Aitilais K (2R) respuesta "in/!ica "e SD siste!as en suel$ ree!pla'a"$s c$n la !e'cla "e arena cauc%$. En 5ctas "e la te!/tica ECC5S c$nerencia s$bre !-t$"$s c$!putaci$nales en "in/!ica estructural * la ingenier&a s&s!ica . >1? Kausel E, 5ssi!ai D, si!ulaci+n s&s!ica "e l$s suel$s inel/sticas a tra-s "e !+"ul$s recuente "epen"iente * la a!$rtiguaci+n. J Eng ec% 22 127 (1) 3848F >11? #. asa Eigenspannungen un" erestigung bei! essing (1R20). En 5ctas "e el segun"$ c$ngres$ internaci$nal "e la !ec/nica aplica"a. >12? Tan W (1RR0).
