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2014
AISLADORES SISMICOS
INTEGRANTES:
ALCALDE REYES INDIRA
CRUZADO HERNANDEZ
CINTIA
MORGAN CAPUÑAY
FERNANDA
AISLADORES SISMICOS
pág. 1
INDICE
I.- INTRODUCCIÓN Pág.03
II.- AISLADORES SISMICOS
1.- CONCEPTO Pág.04
2.- CLASES DEAISLADORES Pág.06
3.- VENTAJAS DE ESTA TECNOLOGÍA Pág.19
4.- TEORÍA Pág.20
5.- PRINCIPIOS DE LA AISLACIÓN TERMICA Pág.20
III.- CONCLUSIONES Pág.22
IV.- BIBLIOGRAFÍAS Pág.23
AISLADORES SISMICOS
pág. 2
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 mas 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.
AISLADORES SISMICOS
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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
AISLADORES SISMICOS
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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
mas 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 sismos y una reducción importante de las fuerzas que actúan
sobre ella durante un sismo.
DIFERENCIA ENTREUNA ESTRUCTURA CON Y SIN AISLADOR ANTE UN EVENTO
SÍSMICO:
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.
Fig. 2: Efecto de un sismo
en un edificio
Fig. 3: efecto de un sismo en un
edificio con aislación de base
AISLADORES SISMICOS
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Aminora los costos de siniestralidad.
Evita pérdidas materiales cuantiosas y tiempos en reparaciones.
2.- CLASES DE AISLADORES:
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.
Fig. 4
AISLADORES SISMICOS
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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.
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CARACTERÍSTICCAS:
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. 5
AISLADORES SISMICOS
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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.
AISLADORES SISMICOS
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EXISTEN DOS TIPOS:
1. LRB (LEAD RUBBER BEARING) AISLADOR DE CAUCHO CON
NÚCLEO DE PLOMO:
- Producto desarrollado en la década de 1970.
- Utilizado en mas de 8000 estructuras en todo el mundo.
- Aislamiento sísmico basal con un único dispositivo.
- Apoya la estructura y proporciona fuerza restauradora elástica y
amortiguación.
- Permite desplazamientos de hasta 700 mm.
2. RB (RUBBER BEARING) AISLADOR DE CAUCHO DE ALTA
RESISTENCIA SIN NÚCLEO DE PLOMO:
- Alternativa para el cojinete de goma de plomo.
- Aislamiento sísmico basal con un único dispositivo
- Apoya la estructura necesaria y proporciona fuerza restauradora
elástica y amortiguación.
DETALLE:
AISLADORES SISMICOS
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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
AISLADORES FRICIONALES
AISLADORES SISMICOS
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AISLADORES DE PÉNDULO DE FRICCIÓN
Es un dispositivo consistente en un “deslizador” que se mueve sobre una superficie
esférica cóncava. Cualquier movimiento de la base producirá un desplazamiento
del “deslizador” a lo largo de esta superficie disipando energía por fricción.
Como este desplazamiento ocurre sobre una superficie curva la fuerza vertical
transmitida por el “deslizador” provee una componente tangencial que tiende a
centrar al sistema. La idea del FPS es muy simple y funciona extraordinariamente
bien.
También están los denominados deslizadores, los cuales disipan la energía
mediante la fricción seca entre superficies de materiales distintos, como por
ejemplo fluoropolímero y acero.
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.
1. AISLADORES SÍSMICOS PARA LA PROTECCIÓN DE EDIFICIOS,
PUENTES Y FACILIDADES INDUSTRIALES
AISLADORES SISMICOS
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Los Apoyos de Péndulo de Fricción son aisladores sísmicos que se
encuentran instalados entre una estructura y sus cimientos para
proteger la estructura soportada de los movimientos sísmicos. Usando la
tecnología de Péndulo de Fricción, es rentable construir estructuras que
resistan elásticamente los movimientos sísmicos sin daño estructural.
Los Apoyos de Péndulo de Fricción usan las características del péndulo
para alargar el periodo natural de la estructura aislada para así evitar las
fuerzas telúricas más fuertes. Durante un sismo, la estructura soportada
se mueve en pequeñas oscilaciones pendulares. Ya que los
desplazamientos inducidos por terremotos se producen principalmente
en los Apoyos, las cargas laterales transmitidas a la estructura se
reducen significativamente. El Apoyo de Péndulo Simple es el aislador de
Péndulo de Fricción original. Este aislador mantiene el apoyo de la carga
vertical en el centro del elemento estructural. Esto favorece ventajas en
los costos de construcción si el sistema estructural es débil, ya sea
encima o debajo del Apoyo. El Apoyo también tiene una altura pequeña,
lo cual puede ser ventajoso en algunas instalaciones.
El Apoyo de Triple Péndulo incorpora tres péndulos en un solo Apoyo,
cada uno con propiedades seleccionadas para optimizar la respuesta de
la estructura a diferentes fuerzas sísmicas y frecuencias. En ambos casos,
al producirse el desplazamiento sobre un plano horizontal en cualquier
dirección, el deslizador se desplaza horizontalmente sobre la superficie
esférica cóncava causando adicionalmente un desplazamiento vertical
de toda la estructura (es la elevación de todo su peso), lo cual consume
una gran cantidad de energía. El deslizador regresa a su centro por
efectos de la gravedad produciendo calor en las superficies en contacto.
La consecuencia de lo anterior es la disipación de la energía sísmica en
trabajo y calor. También existen los Apoyos a Tensión que puede
acomodar cargas estructurales verticales que varían de compresión
AISLADORES SISMICOS
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a tensión durante los movimientos sísmicos. Este Apoyo puede reducir
sustancialmente costos estructurales mediante la prevención del
levantamiento de un elemento estructural principal, y puede eliminar
problemas de vuelcos potencia-les o largos movimientos sísmicos
verticales.
2. EL APOYO DE TRIPLE PÉNDULO:
El Apoyo de Triple Péndulo ofrece mejor desempeño sísmico, reduce los
costos a comparación de las tecnologías convencionales de asilamiento
sísmico. Las propiedades de cada uno delos tres péndulos que
conforman el Apoyo de Triple Péndulo son elegidas para tornarse
secuencialmente activas a diferentes fuerzas. A medida que el sismo
incrementa su fuerza los desplazamientos del Apoyo se incrementan. A
mayores desplazamientos, la longitud efectiva del péndulo y el
amortigua-miento efectivo aumentan, lo que resulta en fuerzas sísmicas
y desplazamientos del Apoyo más bajos. El aislador Interno del Triple
Péndulo está compuesto por un deslizador interno que se desliza a lo
largo de dos superficies esféricas cóncavas. Las propiedades del
péndulo interno se escogen generalmente para reducir los picos
desaceleración que actúan en la estructura aislada y sus contenidos,
para minimizar la participación de modos superiores y reducir las
fuerzas de cortante que se producen durante sismos de nivel de
servicio. Los dos deslizadores cóncavos, que se deslizan sobre las dos
superficies cóncavas principales conforman dos aisladores de péndulo
independientes. Las propiedades del segundo péndulo son escogidas
para minimizar las fuerzas de cortante que ocurren durante los sismos
de diseño. Esto reduce los costos de construcción de la estructura. Las
propiedades del tercer péndulo son escogidas para minimizar los
desplazamientos del Apoyo que ocurren durante el máximo sismo
AISLADORES SISMICOS
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creíble. Esto reduce el tamaño y costo de los Apoyos, y reduce los
desplazamientos requeridos para mantener una adecuada separación
entre estructuras vecinas. El Apoyo de Péndulo Único mantiene la
fricción constante, la rigidez lateral, y el periodo constante para todos
los niveles de movimientos sísmicos y desplazamientos.
AISLADORES SISMICOS
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3. PRINCIPIOS DE PÉNDULO DE FRICCIÓN: AISLAMIENTO SÍSMICO
El periodo del Apoyo de Péndulo de Fricción es seleccionado
simplemente escogiendo el radio de curvatura de la superficie cóncava.
Es independiente de la masa de la estructura soporta-da. El
amortiguamiento se selecciona escogiendo el coeficiente de fricción.
Los movimientos de torsión de la estructura son minimizados porque el
centro de rigidez de los Apoyos coincide automáticamente con el centro
de masa de la estructura soportada. El periodo del Apoyo, capacidad de
carga vertical, amortiguamiento, capacidad de desplazamiento y
capacidad de tensión pueden ser escogidas independientemente. Para
el Apoyo de Triple Péndulo, tres radios efectivos y tres coeficientes de
fricción son seleccionados para optimizar el desempeño para diferentes
fuerzas y frecuencias de sismos. Esto permite máxima flexibilidad en el
diseño para acomodarse a movimientos tanto moderados como
extremos. Incluyendo pulsos de fuente cercana.
AISLADORES SISMICOS
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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.
AISLADORES TIPO FPS
Este tipo de aisladores utilizan las características de un péndulo simple para
incrementar el periodo natural de una estructura aislada, el periodo de la
estructura se selecciona simplemente escogiendo el radio de curvatura de la
superficie cóncava del aislador. Básicamente estos dispositivos son de acero
inoxidable y constan de una superficie cóncava, un patín esférico articulado y
una platina de cubierta (ver Figura 1.10). Durante un sismo, el patín articulado
se desliza en la superficie cóncava generando en la estructura soportada
pequeños movimientos de péndulo. La disipación de energía se logra mediante
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la fuerza de fricción dinámica, la cual genera el amortiguamiento necesario
para absorber la energía de entrada. En consecuencia, las fuerzas y
movimientos laterales transmitidos a la estructura se reducen en gran proporción,
pues las grandes deformaciones de desplazamiento son soportadas por los
aisladores.
Muchos detalles de los dispositivos friccionales son importantes y no resultan
obvios, como por ejemplo que el "deslizador" es de forma lenticular esférico de
modo que el deslizador esté en contacto con la superficie cóncava en un área y
no un solo punto, como sería el caso al tener un deslizador perfectamente
esférico. Este detalle evita que la superficie esférica de acero se raye, pues
dicha superficie es pulida como un espejo, y cualquier rayón podría impedir el
desplazamiento libre del aislador. El deslizador está recubierto por un
Politetrafluoroetileno, PTFE o teflón de alta resistencia, que tiene un coeficiente
de fricción bajo y tiene por objeto evitar la ralladura de la superficie esférica de
acero, este material permite trabajar con presiones de diseño cercanas a 500
Kg/cm2.
La superficie cóncava y la superficie del deslizador tienen el mismo radio, lo
que permite un buen encaje y una distribución de presión bajo cargas verticales
Fig. 8: Detalle de un aislador tipo FPS
AISLADORES SISMICOS
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relativamente uniforme.
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.
Fig. 9: Aislador FPS en posición hacia abajo (a)
y hacia arriba (b)
AISLADORES SISMICOS
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4.- TEORÍA
La aislación sísmica modifica las propiedades dinámicas de rigidez (aumento del período
fundamental en torno a 2.5 seg) 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
AISLADORES SISMICOS
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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 principal
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 de esta última (DE LA LLERA, 1998).
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.
AISLADORES SISMICOS
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III.- 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.
AISLADORES SISMICOS
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IV.- BIBLIIOGRAFÍA
http://es.scribd.com/doc/132656487/Aisladores-sismicos-pendulos-de-friccion-pdf
http://www.fiic.la/LXV%20CONSEJO%20DIRECTIVO%20PANAMA/DELALLERA%203.
http://www1.frm.utn.edu.ar/sismos/archivos/DESARROLLO_DE_UN_DISPOSITIVO
_DE_AISLAMIENTO_SISMICO.pdf
https://cdvrepresentaciones.com/aisladores-sismicos/
http://www.elmostrador.cl/pais/2010/03/07/aisladores-sismicos-la-tecnologia-
que-pudo-haber-mitigado-la-catastrofe/
http://html.rincondelvago.com/estudio-comparativo-de-edificios-con-aislamiento-
sismico-en-la-base.html
http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/2043/2/T-ESPE-020940-1.pdf
![Jornadas protección [Modo de compatibilidad]€¦ · DISTINTOS TIPOS DE AISLADORES SISMICOS AISLADORES FRICCIONALES : Acero inoxidable Placa deslizante Teflón Limitador de Elastómero](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5b29cc747f8b9a81368b459e/jornadas-proteccion-modo-de-compatibilidad-distintos-tipos-de-aisladores.jpg)
