El Aislamiento Sismico de Estructuras

El Aislamiento Sísmico de Estructuras Su Aplicación en Colombia Octubre/09

Ing. Jorge Rendón [email protected]

1

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.

2

¿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

3


Sismo de Armenia (Colombia), 1999

Actualización Sísmica

4



5


Sismo de Armenia (Colombia), 1999


6


Sismo de Cali (Colombia), 2004

7


Sismo de Cali (Colombia), 2004

8

Sistemas de Reforzamiento Estructural 1

Arriostramientos Metálicos

2

Pantallas en Concreto Reforzado

9


Encamisados en Concreto

4

Encamisados en Acero

10


6

Platinas Metálicas

Adición de Perfiles Metálicos

11


Contrafuertes

8

Postensionamiento Externo

12


Materiales Compuestos FRP

13


Disipadores de Energía

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Aislamiento Sísmico

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Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 sísmico

MODIFICAN LA RESPUESTA

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Aislamiento Sísmico de Estructuras

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

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Aislamiento Sísmico:

Sin Aislamiento

Con Aislamiento

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Aislamiento Sísmico de Estructuras

m o v i m i e n t o

S a c u d i d a S e v e r a

S u a v e

Sin Aislamiento Sísmico

Con Aislamiento Sísmico

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Sa Período estructura sin aislar

Aceleración Espectral (g)

Período estructura aislada

5% amortiguado

1.0

W 0.8

10%

0.6

20% 30%

0.4

V= Sa x W 0.2

V= Cortante Sísmico W= Peso del edificio 0

1

2

3

T

Período Fundamental de la Estructura (Seg.)

20

21

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Knossos, 2000 a.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

22


Capa de arena fina

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

23


Atenas, 400 a.c.

.


24


Dovela metálica

Columna de mármol

Partenón – Grecia (400 A.C.)

25


Panticapaeum, 400 a.c.

.


26


Muros Barras de madera Cimentación

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

27


Toprak Kala, 300 a.c.

.


28


14 m

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

29


14 m

Mampostería dúctil

Mortero con arcilla y betún

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

30


Chokrak, 300 a.c.

.


31


Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa)

Construcción en Chokrak – Grecia Antigua - Ucrania (300 A.C.)

32


Roma, 70 d.c.

.


33


El Coliseo Romano (70 D.C.)

34


Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa)

El Coliseo Romano (70 D.C.)

35


Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

36



37


2.5 m

Suelo resistente

Capa de arcilla blanda


38


Terremoto de 1923, Tokio Intensidad: 8.3 140.000 víctimas

Hotel Imperial de Tokio


39


El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia

40


Suiza

Macedonia

41

Aislamiento Sísmico de Estructuras El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

42



43


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


44


Plomo disipador de energía Capas de goma y acero Platina de montaje

Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo Nueva Zelanda

AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 15% DEL CRÍTICO

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Aislador de Caucho Natural

Disipador de Acero

Aisladores de caucho natural + Disipador metálico Edificio de Oficinas – Japón

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Aisladores de caucho natural + Disipador metálico Edificio de Oficinas – Japón

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Edificios sobre rodillos – Japón

48


Deslizador

Public Works Research Institute – Japón (1998)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras TIPOS DE AISLADORES:

Plomo disipador de energía Capas de goma y acero Platina de montaje

Deslizador de Teflón Plomo disipador de energía Capas de goma y acero Platina de montaje

Aisladores de goma – Dynamic Isolation Systems (USA)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Ensayo de los Aisladores:

51

Aislamiento Sísmico de Estructuras TIPOS DE AISLADORES:

Aislador Triple Péndulo de Fricción Earthquake Protection Systems (USA)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Guías para Diseño con Aisladores:

Edificios (UBC, IBC, FEMA)

Puentes (AASHTO)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Manual de Diseño:

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 1. Tipo de suelo

Disipadores

Aisladores más grandes

Suelo duro

Suelo blando

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 1. Tipo de suelo (Demandas sísmicas)

Sa Aceleración Espectral (g)

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.

1.0

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

0.8

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

0.6

0.4

0.2

0

1

2

3

T

Período Fundamental de la Estructura (Seg)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 2. Dimensiones del edificio

Disipadores

H H

B

B

H/B < 3

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Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

58


Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

59

6 0

Edificio con disipadores de fluido viscoso Taylor

Max: 5559 Ton Cortante sísmico en la base sin disipadores

Max: 3263 Ton Cortante sísmico en la base con disipadores

41% de reducción en el cortante

60

6 1

Con el sismo de Armenia – Colombia 1999

Sin disipadores

Con disipadores

61

Con el sismo de Armenia – Colombia (1999)

Sin disipadores

6 2

Con disipadores

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 3. Ubicación de los aisladores

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores

TD = 2 π

W

W K×g

Se asume un periodo de 2.5 segundos, por ejemplo

K = Rigidez de los aisladores DD

 g  Sx1TD DD =  2   4π  B D1

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores

DL+LL+EQ

DL+LL+EQ DD = 50 cm

Sismo de Diseño

DM = 75 cm

Sismo Máximo de Diseño

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 5. Tamaño de los aisladores

P

P

P1 = DL + 0.5LL P2 = 0.8DL – EQ P3= 1.2DL + LL + EQ

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 5. Tamaño de los aisladores

60 cm US$5.000

80 cm

110 cm

150 cm US$60.000

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 6. Diagrama de histéresis de los aisladores

DD DD

Ke: Rigidez elástica. K2: Rigidez de fluencia.

- Análisis Dinámico Modal

Keff: Rigidez efectiva.

- Análisis Time History

Fy: Fuerza de fluencia. Kv: Rigidez vertical.

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 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 Estructuras 7. Modelación en computador

Time History – Sismo de Armenia 1999

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 8. Verificación del comportamiento del aislador

DD

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Aislamiento Sísmico de Estructuras 9. Diseño de los elementos estructurales

Deriva de un edificio aislado

0.015 ∆= RI

RI = 2

∆ = 0.75%

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Aislamiento Sísmico de Estructuras COMPARATIVO ENTRE BASE FIJA Y AISLADO:

VS

1. Pobre desempeño estructural.

1. Excelente desempeño estructural.

2. Diseño para un R = 5.

2. Diseño para un R = 1.

3. Estructura 10% más barata.

3. Estructura 10% más costosa.

4. Se diseña para un sismo promedio.

4. Se diseña para el máximo terremoto.

5. La estructura sufre daño grave.

5. La estructura no sufre daño.

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Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación

74


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

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

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Plate Jack

Colocación de los aisladores

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Ubicación de los aisladores

79


Ubicación de los aisladores

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Detalles especiales en ascensores, tuberías, escaleras

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia Inaugurados en Junio de 2008

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Sin desplazamiento

Posición en máximo desplazamiento

Aisladores de péndulo de fricción de las pilas y estribos (Earthquake Protection Systems-USA)

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia) 1.0 m

Cortesía: GRISA

Aisladores de péndulo de fricción de los estribos

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia) 1.15 m

0.37 m

Cortesía: GRISA

Aisladores de péndulo de fricción de las pilas

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Cortesía: GRISA

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

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Aisladores

Cortesía: GRISA

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

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Cortesía: GRISA

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia Inaugurados en Junio de 2008

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa

Aisladores

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Edificio de apartamentos – Bogotá

Cortesía: Ing. Mauricio Gallego

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Edificio de apartamentos – Bogotá

Cortesía: Ing. Mauricio Gallego

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday – Colombia

Cortesía: GRISA

Será el puente con aislamiento sísmico más grande de Colombia

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday - Colombia 0.76 m

Cortesía: GRISA

Aisladores triple péndulo de fricción de los estribos

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday - Colombia

1.27 m

0.7 m

Cortesía: GRISA

Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday - Colombia

1.27m

0.7m

Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia

Cortesía: Solarte & Cia.

Modelo en computador

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Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia

Aislador

Deslizador

Columna

Muro de mampostería

Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

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Gracias [email protected]

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El Aislamiento Sismico de Estructuras

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