El Aislamiento Sísmico de Estructuras Su Aplicación en Colombia Octubre/09
Ing. Jorge Rendón
[email protected]
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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
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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
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Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:
Capa de arena fina
Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.)
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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.)
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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.)
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Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico:
Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa)
El Coliseo Romano (70 D.C.)
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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)
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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)
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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)
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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
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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
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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)
56
Aislamiento Sísmico de Estructuras 2. Dimensiones del edificio
Disipadores
H H
B
B
H/B < 3
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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
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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
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
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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
66
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.
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.
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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.
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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
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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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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
94
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
96
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
98
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
