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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

¿Por qué reforzar las estructuras?

Sismo de Armenia (Colombia), 1999

Actualización Sísmica

4

¿Por qué reforzar las estructuras?

Actualización Sísmica

5

¿Por qué reforzar las estructuras?

Sismo de Armenia (Colombia), 1999

Actualización Sísmica

6

¿Por qué reforzar las estructuras?

Sismo de Cali (Colombia), 2004

7

¿Por qué reforzar las estructuras?

Sismo de Cali (Colombia), 2004

8

Sistemas de Reforzamiento Estructural 1

Arriostramientos Metálicos

2

Pantallas en Concreto Reforzado

9

Sistemas de Reforzamiento Estructural 3

Encamisados en Concreto

4

Encamisados en Acero

10

Sistemas de Reforzamiento Estructural 5

6

Platinas Metálicas

Adición de Perfiles Metálicos

11

Sistemas de Reforzamiento Estructural 7

Contrafuertes

8

Postensionamiento Externo

12

Sistemas de Reforzamiento Estructural 9

Materiales Compuestos FRP

13

Sistemas de Reforzamiento Estructural 10

Disipadores de Energía

14

Sistemas de Reforzamiento Estructural 11

Aislamiento Sísmico

15

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

16

Aislamiento Sísmico de Estructuras

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

17

Aislamiento Sísmico de Estructuras Aislamiento Sísmico:

Sin Aislamiento

Con Aislamiento

18

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

19

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

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Capa de arena fina

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

23

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Atenas, 400 a.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

24

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Dovela metálica

Columna de mármol

Partenón – Grecia (400 A.C.)

25

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Panticapaeum, 400 a.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

26

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Muros Barras de madera Cimentación

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

27

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Toprak Kala, 300 a.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

28

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

14 m

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

29

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

14 m

Mampostería dúctil

Mortero con arcilla y betún

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

30

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Chokrak, 300 a.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

31

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa)

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

32

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Roma, 70 d.c.

.

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

33

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

El Coliseo Romano (70 D.C.)

34

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa)

El Coliseo Romano (70 D.C.)

35

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

36

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

37

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

2.5 m

Suelo resistente

Capa de arcilla blanda

Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

38

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Terremoto de 1923, Tokio Intensidad: 8.3 140.000 víctimas

Hotel Imperial de Tokio

Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)

39

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia

40

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Suiza

Macedonia

41

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

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

42

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

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

43

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

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

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

44

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

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

45

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Aislador de Caucho Natural

Disipador de Acero

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

46

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

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

47

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Edificios sobre rodillos – Japón

48

Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:

Deslizador

Public Works Research Institute – Japón (1998)

49

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)

50

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)

52

Aislamiento Sísmico de Estructuras Guías para Diseño con Aisladores:

Edificios (UBC, IBC, FEMA)

Puentes (AASHTO)

53

Aislamiento Sísmico de Estructuras Manual de Diseño:

54

Aislamiento Sísmico de Estructuras 1. Tipo de suelo

Disipadores

Aisladores más grandes

Suelo duro

Suelo blando

55

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)

56

Aislamiento Sísmico de Estructuras 2. Dimensiones del edificio

Disipadores

H H

B

B

H/B < 3

57

Aislamiento Sísmico de Estructuras 2. Dimensiones del edificio

Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

58

Aislamiento Sísmico de Estructuras 2. Dimensiones del edificio

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

62

Aislamiento Sísmico de Estructuras 3. Ubicación de los aisladores

63

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

64

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

65

Aislamiento Sísmico de Estructuras 5. Tamaño de los aisladores

P

P

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

66

Aislamiento Sísmico de Estructuras 5. Tamaño de los aisladores

60 cm US$5.000

80 cm

110 cm

150 cm US$60.000

67

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.

68

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])

69

Aislamiento Sísmico de Estructuras 7. Modelación en computador

Time History – Sismo de Armenia 1999

70

Aislamiento Sísmico de Estructuras 8. Verificación del comportamiento del aislador

DD

71

Aislamiento Sísmico de Estructuras 9. Diseño de los elementos estructurales

Deriva de un edificio aislado

0.015 ∆= RI

RI = 2

∆ = 0.75%

72

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.

73

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación

74

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

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

75

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

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

76

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

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.

77

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Plate Jack

Colocación de los aisladores

78

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Ubicación de los aisladores

79

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Ubicación de los aisladores

80

Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA:

Detalles especiales en ascensores, tuberías, escaleras

81

82

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

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

83

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

Sin desplazamiento

Posición en máximo desplazamiento

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

84

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

Cortesía: GRISA

Aisladores de péndulo de fricción de los estribos

85

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

86

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

Cortesía: GRISA

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

87

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

Aisladores

Cortesía: GRISA

Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia

88

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

Cortesía: GRISA

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

89

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

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

90

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

Aisladores

Cortesía: GRISA

Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia

91

92

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

100

Gracias [email protected]

101