Noviembre 2012

Por Michael Rendel, 20/08/2015

Proyecto de Aislamiento Sísmico

Edificio de Proceso DTP de SQM

I. INTRODUCCIÓN

1. Edificio de procesos de estructura metálica

• Altura: 36 m

• Planta: 11m x 20m

• Peso total (super.): 1.400 Tonf

2. Equipamiento:

• Estanques

• Sistemas de piping para fluidos a altas temperaturas (600°C)

• Intercambiadores de calor

3. Objetivos del SPS:

• Reducir aceleraciones en equipamiento

• Reducir deformaciones de la estructura que induzcan daño en el

equipamiento

Descripción de la estructura

I. INTRODUCCIÓN

Ubicación

I. INTRODUCCIÓN

Participantes del Proyecto Estructural

1. Mandante y gerenciamiento: SQM

2. Diseño del sistema de aislamiento sísmico: SIRVE

3. Diseño de obras civiles (fundaciones y losa aislada): SIRVE

4. Diseño del edificio de estructura metálica: TIPIEL(Colombia)

5. Revisión de ingeniería: SQM

I. INTRODUCCIÓN

Agradecimientos a SQM

Gerencia de Proyectos

II. DISEÑO

1. Aceleraciones máximas a nivel de losa aislada: 0.20g

2. Aceleraciones máximas a nivel de techo: 0.80g

3. Drift elástico de entre piso máximo: 0.20%

Objetivos de desempeño del sistema

Descripción del sistema propuesto

1. Losa de aislamiento de HA

2. Aisladores tipo FPS

• Estructura de bajo peso para el número

requerido de aisladores

• Importante excentricidad de masa en planta

3. Fundación tipo Losa

• Muros perimetrales de contención

• Pedestales para soporte de aisladores

II. DISEÑO

Losa de Aislación

II. DISEÑO

Losa de Aislación

II. DISEÑOAisladores Sísmicos

Losa de Aislación

II. DISEÑO

Columnas Superestructura

Aisladores Sísmicos

Losa de Aislación y Fundaciones

II. DISEÑO

Diseño de los dispositivos – NCh2745.Of2013

1. Dispositivos tipo FPS

• Análisis TH no lineal

• Constitutiva depende de la velocidad

• Constitutiva depende de fuerza vertical

2. Modelación permite el eventual levantamiento de

los dispositivos

3. Diferentes posiciones del centro de masa según

estado de llenado de estanques y piping

4. Tres tríos de registros (X,Y,Z), incluyendo

componente vertical

5. Diseño mediante la envolvente de resultados de

registros

II. DISEÑO

Solicitación Sísmica

1. Parámetros generales

• Zona Sísmica: 3

• Tipo de Suelo: B (suelo II s/NCh2745)

2. Registros compatibles con espectro NCh2745 (H y V)

0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5

0

0.5

a (

g)

0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5

0

0.5

a (

g)

0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5

0

0.5

t (s)

a (

g)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

T (s)

Sa (

g)

Espectro de aceleraciones NCh2745 Suelo 2, Zona 3

NCh2745

Llo Lleo E-O

Melipilla N-S

San Isidro N-S

II. DISEÑO

Dispositivos tipo FPS

𝑘𝑒 =𝜇𝑊

𝑥𝑦

𝑘𝑝 =𝑊

R

𝐹(𝑥) = 𝜇𝑊 +𝑊

𝑅𝑥

𝑇𝑒𝑓 = 2𝜋𝑊

𝐾𝑒𝑓 ∙ 𝑔= 2𝜋

𝑅 ∙ 𝑥

𝑔 𝑥 + 𝜇𝑅

II. DISEÑO

xy

x

Rigidez Inicial:

Rigidez post “fluencia”:

Relación fuerza def.:(supuesto: xy ≈ 0)

Rigidez efectiva:(secante)

Período efectivo:

𝐾𝑒𝑓 =𝐹(𝑥)

𝑥=𝜇𝑊

𝑥+𝑊

𝑅

Para el caso de péndulos dobles, de igual radio: 𝑅 = 2𝑅𝐷

Dispositivos tipo FPS – Péndulo Triple

II. DISEÑO

Modelo Estructural

1. Software: SAP2000

2. Estructura metálica: frames

3. Losa de Aislamiento: shells y frames

4. Aisladores: link / friction isolator

5. Peso Sísmico: 1400 Tonf

6. Período fundamental:

• Tx: 2.88 seg.

• Ty: 2.88 seg.

7. Coeficientes de roce:

II. DISEÑO

𝜇 = 0.04 / 0.05 (slow/fast)

Diseño de los dispositivos

1. FPS 280/350

• 11 unidades

• Carga máxima: 270 Tonf

• Deformación máxima (DTM): 32cm

• Rigidez secante: 0.49 Tonf/cm

2. FPS 125/350

• 10 unidades

• Carga máxima: 116 Tonf

• Deformación máxima (DTM): 32cm

• Rigidez secante: 0.21 Tonf/cm

II. DISEÑO

III. RESULTADOS

Desempeño en la estructura – Sismo de diseño

X Y

0.14 0.17

0.57 1.26

198 196

140 140

0.10 0.10

0.91 0.90Demanda de ductilidad real

INDICADORDIRECICIÓN

Aceleración nivel sobre dispositivos (g's)

Drift elástico máximo superestructura (0/00)

Corte Elástico superestructura (tonf)

Corte de diseño superestructura (tonf)

Vdis/Wsup

Límite 0.20 g (OK)

Límite 2.00 ‰ (OK)

Mínimo NCh2369

Coeficiente de reducción de respuesta para diseño superestructura: R = 1.41

Desempeño en la estructura – Base fija / aislada

X Y X Y X Y

0.41 0.47 2.88 2.88 - -

2.42 6.48 0.57 1.26 76% 81%

0.5 0.5 0.5 0.5 - -

0.5 0.5 0.14 0.17 72% 66%

2.12 2.85 0.46 0.56 78% 80%

446.26 467.23 90.23 77.21 80% 83%

REDUCCIÓN

Aceleración Suelo

Aceleración absoluta nivel aislameinto (g)

Aceleración Absoluta nivel techo (g)

Corte Elástico base columnas primer nivel (tonf)

AISLADOINDICADOR

BASE FIJA

Periodo

Drift elástico máximo superestructura (0/00)

III. RESULTADOS

1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE

2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)

3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros

de respuesta obtenidos sobre la estructura

Diseño equipamientos y anclajes

III. RESULTADOS

1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE

2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)

3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros

de respuesta obtenidos sobre la estructura

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

T (s)

Sa (

m/s

2)

Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)

Diseño equipamientos y anclajes

III. RESULTADOS

Losa

1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE

2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)

3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros

de respuesta obtenidos sobre la estructura

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

T (s)

Sa (

m/s

2)

Registro de LLAY en dirección Y (TECHO)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

T (s)

Sa (

m/s

2)

Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)

Diseño equipamientos y anclajes

III. RESULTADOS

TechoLosa

1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE

2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)

3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros

de respuesta obtenidos sobre la estructura

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

T (s)

Sa (

m/s

2)

Registro de LLAY en dirección Y (TECHO)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

T (s)

S a (m/s2 )

Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)

Diseño equipamientos y anclajes

III. RESULTADOS

TechoLosa

IV. FASE DE OBRA

1. Ensayo de 4 aisladores en laboratorio

2. Los ensayos son altamente complejos, habiendo escasos laboratorios con esta

capacidad en el mundo (control horizontal y vertical a carga constante)

Ensayos de Dispositivos

IV. FASE DE OBRA

Ensayos de Dispositivos

Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del

sistema de aislamiento:

SLOW

IV. FASE DE OBRA

Ensayos de Dispositivos

Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del

sistema de aislamiento:

FAST

SLOW

IV. FASE DE OBRA

Ensayos de Dispositivos

Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del

sistema de aislamiento:

FAST

SLOW

1. Leve aumento en el corte basal elástico

2. Corte de diseño siguió controlado por el mínimo normativo

3. Leve aumento en aceleraciones y deformaciones

Losa de Fundación y Pedestales

IV. FASE DE OBRA

IV. FASE DE OBRA

Losa de Fundación y Pedestales

Disposición de Aisladores FPS

IV. FASE DE OBRA

Losa de Aislamiento

IV. FASE DE OBRA

Losa de Aislamiento

IV. FASE DE OBRA

IV. FASE DE OBRA

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