4-9-2015

Sistemas de protección sísmica En Chile

James Ovalle Y Manuel Reyes SECCIÓN 301DPROFESORA NIHMY CARVAJAL

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Introducción:

Vivimos en uno de los países más afectados sísmicamente, debido a que Chile se encuentra

ubicado en el borde occidental de la capa sudamericana donde converge y se generan zonas

de subducción con las placas de Nazca y Antártica. Es por esto que las edificaciones deben

diseñarse de modo que no sufran daños de ninguna especie durante movimientos telúricos,

lo cual ocurre en reiteradas ocasiones de la vida del edificio. No obstante se estableció que

las estructuras pueden sufrir daños, e incluso tener que demolerse luego de un sismo de

magnitud severa, pero siempre y cuando se garantice que la construcción no colapsara. Esto

se justifica debido al elevado costo que significaría diseñar las estructuras para impedir daños

durante una sacudida de gran severidad, unido al hecho de la baja probabilidad de ocurrencia

de tal evento.

Diversos países del mundo, tienen incidencias con sismos y las normas son muy similares en

sus principios, pero la experiencia durante los últimos 20 años en el área de la sismología,

nos demuestra que el comportamiento de las estructuras frente a sismos de gran severidad ha

sido desastroso en varios países. Esta experiencia nos muestra que no solo basta con las

normas para asegurar que los edificios se comporten adecuadamente frente a un sismo.

También es relevante que se aplique una arquitectura adecuada que defina el sistema

estructural del edificio y la implementación de sistemas de producción sísmica.

Sin embargo el problema es mas complejo aun, debido al desconocimiento que la sismología

tiene sobre eventos de magnitudes severas en un determinado lugar. En otras palabras no se

puede predecir con precisión un sismo de gran severidad y en consecuencia no se puede

garantizar absolutamente que las estructuras no colapsaran.

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Sistemas Pasivos.

Definición:

Los sistemas pasivos son los dispositivos de protección sísmica más comúnmente utilizados

en la actualidad. A esta categoría corresponden los sistemas de aislación sísmica de base y

los disipadores de energía. Los sistemas pasivos permiten reducir la respuesta dinámica de

las estructuras a través de sistemas mecánicos especialmente diseñados para disipar energía

por medio de calor

Diferencia entre Aislador sísmico Y Disipadores de energía:

Aislador sísmico:

Los aisladores sísmicos pueden definirse como dispositivos de protección sísmica

preferentemente utilizados en edificios, estructuras instalaciones de baja altura

(generalmente no más de 15 pisos). Estos dispositivos se instalan en las fundaciones Y

absorbe la deformación frente a un sismo, protegiendo a la estructura del esfuerzo sísmico.

El funcionamiento de los aisladores se basa en separar la estructura, del suelo lo cual

permite “filtrar” las vibraciones provocadas por el sismo. Estos dispositivos reducen entre

un 70% a un 90% el impacto producido por el movimiento, protegiendo principalmente la

vida de las personas y evitando daños de los elementos estructurales y no estructurales.

Estructura con aislador sísmico Estructura sin aislador sísmico

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Tipos de Aisladores Sísmicos:

-Aislador de base elastomérico.

-Aislador de Base de Fricción.

-Aislador de Base de Fricción.

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Método Constructivo.

-Limpieza del aislador, tanto cara superior o inferior.

-Comprobar cantidad de pernos y colillas y que no estén oxidados.

-Encajar y posicionar los insertos a hormigón con plantillas provistas por el

fabricante.

-Los manguitos van posicionados y fijados a la plantilla mediante pernos auxiliares

provistos por el fabricante.

-Y con la ayuda de una grúa se procede a posicionar definitivamente el aislador

sísmico coincidiendo con los manguitos.

Usos

Este sistema es utilizado especialmente en hospitales, puentes, fábricas, centros

educacionales, museos, edificios de oficinas y habitacionales, estanques de agua y

combustible, planta de gas. Debido a que, dichas estructuras son de baja altura

normalmente menos de 15 pisos.

Normas

-Nch 2745 of 2013. Análisis de edificios con Aislación Sísmica.

-Nch 433. Cálculo Antisísmico de edificios.

-NCh 2369. Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones (Industriales) 2003.

Un ejemplo el del uso de estos dispositivos en Chile, es el sector A del Hospital militar de

la Reina, que cuenta con una superficie total de 39.900 m² dividido en cinco pisos. Esta

estructura ejecutada entre el año 2004 - 2007 cuenta con 164 aisladores elastoméricos (50

con núcleo de plomo) a nivel del cielo del subterráneo.

Plaza acceso Edificio A (aislado) Edificio B Edificio D

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Disipadores de energía:

Se conoce como disipador de energía a los dispositivos de protección sísmica desarrollados

para mejorar el comportamiento de los edificios ante un movimiento telúrico, y, brindarle

mayor seguridad a los ocupantes y contenidos de la estructura. Estos dispositivos funcionan

de mejor manera en edificios altos (mayor a 15 pisos), tanto para reducir el efecto de los

sismos como el del viento.

Los disipadores reduce las deformaciones Y fuerzas que el sismo informe a la estructura

mediante el aumento de la capacidad de amortiguamiento de la misma. Es decir funciona de

manera similar al amortiguador de un auto. El principio de los visitadores es simple: los

sismos se producen por una liberación de energía, las estructuras absorben esta energía desde

el suelo y necesitan liberarla de alguna manera.

Estructura sin disipador de energía Estructura con disipador de energía

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Tipos de Disipadores de Energía:

-Histeréticos

•Plastificación de Metales

-Flexión.

-Torsión

-Cortante.

-Extrusión.

•Fricción entre superficies

-Viscosos y Viscoelásticos

•Sólidos.

•Fluidos.

*Un Sistema Histerético es un sistema que disipa la energía producida por algún

movimiento sísmico en pequeñas deformaciones, además no requiere mantención salvo en

ambientes agresivos, también tiene una durabilidad alta y el montaje es sencillo con

soldadura y apernado.

*Un disipador Viscoso y/o viscoelástico es básicamente un sistema que consiste en

movilizar un elemento a través de un fluido viscoso, esto genera fuerzas que se oponen al

movimiento del elemento, de magnitud proporcional a la velocidad.

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Método Constructivo.

-En el caso de Disipadores metálicos como las crucetas, las partes del elemento

vienen prefabricadas pero en obra se debe soldar para unir la parte debajo de la equis

con el centro de la equis donde están los bimetales que transforman la energía del

sismo en calor, con la parte de arriba de la equis. Y las crucetas van soldadas a los

pilares principales de la torre, recibiendo su movimiento.

Usos Funcionan de mejor manera en edificios altos, con más de 15 pisos. Pueden ser

edificios de uso comercial o edificios de uso habitacional.

Normas. -Nch 2745 of 2013. Análisis de edificios con Aislación Sísmica.

-Nch 433. Cálculo Antisísmico de edificios.

-NCh 2369. Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones (Industriales) 2003.

Un ejemplo del uso del disipador es de energía en Chile, es en el edificio “Titanium La

Portada” que cuenta con 52 pisos y 190 m de altura. El titanium la portada incorpora en su

interior 45 disipador es metálicos, 20 en la dirección longitudinal y, 25 en la dirección

transversal, los cuales producirán reducciones de hasta un 40% en las deformaciónes

dinámicas de la estructura.

Uno de los visitadores de energía instalados en el edificio “Titanium La Portada”.

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Amortiguación de Masa Sintonizada (AMS)

Definición

El AMS consiste en una masa, un resorte y un amortiguador viscoso, que colocado en el

sistema vibrante principal atenúa las vibraciones no deseadas, cuando esta sintonizado con

la frecuencia de la estructura principal.

Se clasifica AMS como un disipador de masa pasivo y una de las ventajas es ser una de las

alternativas más eficaces y bajo costo para el mejoramiento de seguridad de estructuras

existentes.

Además está comprobado la eficiencia de amortiguadores de masa sintonizados en la

reducción de vibraciones provenientes de acciones de viento y su aplicación comienza a ser

corriente en este tipo de problemas.

Con este sistema se puede reducir entre un 25-35% de esfuerzo y desplazamiento de la

estructura tanto para sismos de corta duración como para sismos de larga duración.

Las ventajas que se obtiene con AMS es su característica en el control de deformaciones

del edificio, bajo impacto arquitecto (por estar posicionado en la parte superior del

edificio), simpleza para la sinfonía y puede ser instalado tanto para edificios nuevos o

edificios ya existentes.

Resumidamente son una especie de contrapeso que siempre se opone al movimiento del

edificio reduciendo sus deformaciones y protegiendo de esa forma a la estructura y sus

contenidos

Estructura sin AMS Estructura con AMS

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Método Constructivo.

La construcción del sistema de amortiguadores de masa sintonizados es in situ con

estructura de hormigón armado, donde se considera moldaje, enfierradura, hormigón

llenado en algunos casos con bolones de acero.

Por poseer estructura relativamente básicas, no quiere de mantención.

Uso.

En la actualidad se ha instalado en edificios de baja altura y de alta altura, y en ambos casos

ha sido efectivo el uso del sistema de amortiguador. Entonces el uso preferente es en

edificios existentes que no poseen un sistema de seguridad de protección sísmico.

Normas

-Nch 2745 of 2013. Análisis de edificios con Aislación Sísmica.

-Nch 433. Cálculo Antisísmico de edificios.

-NCh 2369. Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones (Industriales) 2003.

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Ejemplo

Diseño del sistema de protección sísmica Edificio Cerro Colorado (Las Condes) para

Empresas Armas. Se trata de un edificio de 15 pisos y 3 subterráneos, en base a un sistema

de disipación de energía con Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS). Son dos AMS

de 115 toneladas cada uno.

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Conclusión Conociendo los sistemas vistos en Chile ya podemos decir que nuestro país y sus

edificaciones está preparado para responder ante eventuales sismos.

Con el terremoto del 2010 aprendimos que la seguridad sísmica de la construcción en Chile

era deficiente y dejaba mucho que desear, y debido a ello, que los sistemas que

mencionamos en esta presentación también tuvieron mejoras en cuando al criterio y

exigencia del diseño mismo.

Por lo tanto, si mejoramos el diseño del sistema de protección sísmica también se mejoró la

seguridad de las personas que habitan y/o trabajan en las edificaciones construidas.

También recordar que paralelo a los estudios que se hicieron para mejorar el sistema de

protección sísmico, se consideró como primera prioridad la seguridad de las personas,

luego el diseño sin dejar de lado la influencia en la arquitectura de la edificación.

A nivel mundial existen más sistemas de protección sísmica pero en la actualidad Chile

tiene implementado los sistemas ya vistos en esta presentación, y esto se debe a su bajo

costo, al bajo impacto ambiental que genera. ¿Porqué? Por qué los otros sistemas que

existes incluyen tecnología de punta que requiere altos costos para su funcionamiento, y al

ser sistemas computacionales requieren una fuente de energía que produzca electricidad,

por lo tanto, producen un impacto ambiental mayor que los sistemas de protección sísmica

que funcionan mecánicamente.