Socied Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural EL ... · tener todos los aisladores la misma longitud pendular, no obstante la asimetría de la edificación aislada, no existe

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

EL AISLAMIENTO SÍSMICO PENDULAR: UNA ALTERNATIVA PARA LA MITIGACIÓN DE DAÑOS POR SISMO

Francisco L. Silva González 1 y Federico Garza Tamez2

RESUMEN En este trabajo se presentan estudios analíticos sobre la respuesta ante temblores de gran magnitud de marcos planos de edificios de concreto reforzado, con y sin el sistema de aislamiento sísmico pendular GT-BIS. Además, se reporta el magnífico desempeño estructural que las edificaciones aisladas con el sistema GT-BIS han tenido durante algunos temblores recientes. En base a los resultados mostrados se hacer ver que el sistema GT-BIS es una alternativa adecuada para reducir los daños causados a estructuras por temblores de gran magnitud.

ABSTRACT In this paper several analytic studies are presented about the response to severe earthquakes of reinforced concrete plane frames of buildings, with and without base isolation system based on pendular action GT-BIS. Besides, the magnificent structural performance that the constructions isolated with the GT-BIS system have had during some recent earthquakes is reported. Based on the results shown in this paper, it is concluded that GT-BIS system is an appropriate alternative to reduce the damage caused to structures by severe earthquakes.

INTRODUCCIÓN El aislamiento sísmico es una técnica de diseño estructural utilizada para mitigar o reducir daños potenciales por sismo. En la actualidad ya se incluyen en los códigos de diseño de algunos países recomendaciones para analizar, diseñar y construir estructuras aisladas sísmicamente. Los aisladores sísmicos son elementos que usualmente se instalan entre la cimentación y la superestructura con el fin de aislar esta última del movimiento del suelo. Si el sistema de aislamiento proporciona a la estructura un período fundamental de oscilación que sobrepase apreciablemente al dominante del terreno la magnitud de las fuerzas sísmicas que actuarán sobre la superestructura, se reducirán apreciablemente (figura 1). Los aisladores más comúnmente empleados como los compuestos por capas de hule o neopreno pueden reducir y en algunos casos eliminar el daño estructural siempre que no sufran deformaciones que pongan en peligro la estabilidad de la edificación. El sistema GT-BIS es un sistema de aislamiento cuyo funcionamiento se basa en la acción pendular y en dos tipos de amortiguamiento: el viscoso y el aquí denominado amortiguamiento rotular. En este sistema no existe ningún tipo de daño asociado con grandes deformaciones y se ha visto que es por lo general más efectivo en reducir el cortante basal durante un sismo que otros tipos de aisladores (Foutch et al., 1993).

1 Investigador Huésped, Instituto Mexicano del Petróleo. Eje Central Lázaro Cárdenas No.152, Col. San

Bartolo Atepehuacan, Del. Gustavo A. Madero, 07730 México, D.F., Tel.: 9175-8130, [email protected] 2 Director General, GT Implementación Antisísmica, SA de CV, Condominio Acero, Zaragoza Sur #1000,

D801, Monterrey, N.L., México, Tel.(8)340-8311, Fax (8)340-6991, [email protected]

1

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

XIV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Acapulco, Gro., 2004

SISMO DEL QUINDIO del 25/01/99 Estación Armenia. Componente Este-Oeste

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0 1 2 3 4 5

Periodo(s)

Ace

lera

ción

abs

olut

a (g

)

SISMO DE LA CD. DE MÉXICO 19/09/85Estación SCT. Componente Este-Oeste

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 1 2 3 4

Periodo (s)

Pseu

do-a

cele

raci

ón (

g)

5

SISMO DE LA CD. DE MÉXICO 19/09/85Estación SCT. Componente Este-Oeste

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0 1 2 3 4

Periodo (s)

Pseu

do-a

cele

raci

ón (

g)

5

Figura 1. Efecto deseado de un sistema de aislamiento.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA GT-BIS

El segundo autor de este artículo ha desarrollado un sistema de aislamiento de base sumamente simple y eficiente llamado GT-BIS. En la figura 2 se muestra conceptualmente una de las maneras de aislar un edificio con dicho sistema. El sistema GT-BIS esta integrado por los siguientes componentes:

1. Los aisladores. Están basados en el principio de acción pendular y permiten desplazamientos relativos entre la cimentación y la superestructura sin afectar su estabilidad (figura 3).

2. Amortiguadores hidráulicos especiales. Diseñados para lograr una disipación adicional de energía así como para regular los desplazamientos relativos entre la cimentación y la superestructura; y si se requiere evitar alguna pequeña tendencia al giro de la estructura aislada. El aislamiento pendular como el amortiguamiento rotular que adelante se mencionan no producen esa tendencia.

3. Un dispositivo mecánico para regular la longitud del péndulo y controlar asentamientos diferenciales.

4. Un dispositivo detector de desplazamientos relativos verticales originados por asentamientos. 5. Un sistema de amortiguamiento graduado para obtener los resultados óptimos cuando en los

aisladores se utilizan barras con rótulas en sus extremos (Garza, 1997). A éste se le ha llamado amortiguamiento rotular y puede utilizarse en lugar o junto con un amortiguamiento viscoso. El amortiguamiento rotular se gradúa en función del producto µ r donde µ es el coeficiente de fricción de las rótulas y r su radio.

6. En los casos en los que se requiera, un perno que evita los desplazamientos originados por vientos intensos, el que automáticamente libera la estructura aislada al iniciarse un movimiento sísmico.

El comportamiento del sistema GT-BIS es de carácter histerético no lineal, debido principalmente a dos factores: el amortiguamiento rotular el cual afecta directamente la relación carga-deformación del sistema y el amortiguamiento viscoso cuya característica no lineal se ha determinado experimentalmente. Pueden llevarse a cabo análisis simplificados de estructuras aisladas con el sistema GT-BIS usando un modelo en el cual se considera la superestructura rígida lateralmente montada sobre un sistema de aislamiento histerético no lineal. Este modelo proporciona una buena aproximación a la respuesta global de la estructura aislada siempre que la relación entre el período de vibración del sistema de aislamiento con la superestructura rígida (Tb) y el asociado al primer modo de vibrar de la estructura flexible sobre base fija (T1f), sea lo mas grande posible. Las bases teóricas del aislamiento sísmico pueden revisarse por ejemplo en Skinner, et al. (1993) y Naeim y Kelly (1999). El modelo simplificado mencionado, aplicado al sistema GT-BIS, tiene la siguiente ecuación de movimiento: (1) )()()()()( tumFtutktuatum gh

b&&&&& −=+++

2


Figura 2. Edificio con sistema de aislamiento GT-BIS Figura 3. Un tipo de aislador pendular En la ecuación anterior m es la masa total de la estructura, incluyendo la de la planta baja y la de cualquier piso localizado directamente sobre el sistema de aislamiento, u(t) el desplazamiento relativo de la masa m igual al desplazamiento de la planta baja y aproximadamente igual (cuando Tb/T1f es lo suficientemente grande) al desplazamiento lateral del último piso de la estructura aislada y u es la aceleración horizontal del terreno. En la ecuación 1 se incluyen los siguientes términos, considerado necesario incluirlos tanto por los resultados de pruebas experimentales como por las características especiales del sistema GT-BIS:

)(tgh&&

1. a y b – coeficiente de amortiguamiento y exponente de la velocidad relativa cuando el

amortiguamiento viscoso no es lineal, como se ha determinado experimentalmente. En la figura 4 se muestra la relación fuerza de amortiguamiento-velocidad característica del sistema.

)(tu&

2. F – fuerza de fricción actuando directamente en la estructura aislada, que puede ser provocada por fricción en el sistema de amortiguamiento viscoso o por otros elementos especiales.

3. k(t) – factor de resorte; este término puede tomar diferentes valores. Por ejemplo, el factor de resorte de un aislador depende del peso que soporta W=m g, de la longitud efectiva del péndulo L, del radio r y coeficiente de fricción en las rótulas µ, de la longitud efectiva de las barras a flexión l = L-2r, de la rigidez lateral de la barras antes de que se venza la fricción en las rótulas Kb = β(12EI/l3), etc. Una vez que se vence la fricción en las rótulas, el factor de resorte cambia y toma el valor Kp2 = W/L y es el que domina el comportamiento de una estructura aislada con el sistema GT-BIS. Además, k(t) puede variar debido a las aceleraciones verticales del terreno, variación que se toma en cuenta al multiplicar los factores de resorte pendulares en cada instante por (1 + u /g). En la figura 5 se muestra el diagrama bilineal fuerza-desplazamiento de un aislador con amortiguamiento rotular.

)(tgv&&

Debido a las características descritas, el ciclo de histéresis que relaciona la fuerza restauradora con el desplazamiento de los aisladores es trilineal cuando se toma en cuenta la posible fuerza de fricción F y bilineal si no se considera o no existe dicha fuerza. El periodo de la estructura aislada (cuando Tb/T1f es grande) puede calcularse con la siguiente expresión.

gLTb π2≈ (2)

3


Figura 4. Relación fuerza de amortiguamiento-velocidad, característica del sistema

Figura 5. Diagrama bilineal fuerza-desplazamiento de un aislador con amortiguamiento rotular.

Debido a que las fuerzas restauradoras en los aisladores son proporcionales a las cargas que soportan, el aislamiento pendular en cuestión no provoca ninguna tendencia al giro de la base (alrededor del eje vertical de la estructura). Algo similar sucede con los efectos de las rótulas de las barras que conforman los aisladores, ya que las fuerzas de fricción horizontales son también proporcionales a las cargas que soportan. Entonces al tener todos los aisladores la misma longitud pendular, no obstante la asimetría de la edificación aislada, no existe tendencia a la rotación de la base (figura 6).

PRUEBAS EXPERIMENTALES Para comprobar la efectividad del sistema GT-BIS se desarrollaron pruebas experimentales en un modelo a escala 1:8 de una estructura de acero de nueve pisos (Foutch et al., 1993). Las pruebas mencionadas fueron conducidas por el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Illinois y desarrolladas en la mesa vibratoria del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de la Construcción de la Armada de los Estados Unidos (USACERL), laboratorio ubicado en Champaign, Illinois. De los resultados obtenidos destaca una reducción del cortante basal de hasta un 95% en comparación con el modelo fijo a la base, desplazamientos relativos de entrepiso muy pequeños y el hecho de que el sistema GT-BIS fue más efectivo en reducir el cortante basal que los aisladores de hule y plomo o de hule de alto amortiguamiento.

4


W

rvrh rv

rhrv

rh

rvrv

rv rv

rhrh

H

RH

RVrh

rv

Aisladores GT-BIS

rh

Figura 6. El aislamiento pendular no provoca ninguna tendencia al giro en la base. rh y rv denotan las fuerzas restauradoras horizontales y verticales de los aisladores, RH y RV las resultantes de las

fuerzas en los aisladores y, W y H son resultantes de los pesos y fuerzas laterales de la estructura.

En la figura 7 se muestra una imagen del modelo ensayado y una de las graficas que contienen las aceleraciones máximas de piso que resultan al someter el modelo a un movimiento de mesa vibradora que representa al sismo registrado en la Secretaria de Comunicaciones y Transportes de la Cd. de México, el 19 de septiembre de 1985.

Figura 7. Pruebas desarrolladas en la Universidad de Illinois.

5


ESTUDIOS ANALÍTICOS Se han realizado diversos estudios analíticos para determinar la efectividad del sistema de aislamiento GT-BIS. Los estudios incluyen desde análisis de sistemas rígidos montados sobre el sistema de aislamiento hasta análisis de estructuras no lineales de múltiples grados de libertad montados sobre dicho sistema. Enseguida se presentan los resultados algunos estudios representativos. MODELO SIMPLIFICADO DE UN GRADO DE LIBERTAD Se llevó a cabo un estudio sobre la reducción de la respuesta de estructuras aisladas usando sistemas de aislamiento GT-BIS de amortiguamiento rotular con diferentes propiedades y sometidas a sismos intensos registrados en el estado de California, E.U.A. El modelo empleado es un modelo simplificado en el que se considera que la superestructura es lateralmente rígida, de tal forma que el análisis se realiza usando un sistema de un grado de libertad con una masa igual a la suma de las masas de todo el edificio y con las propiedades de las fuerzas de amortiguamiento y fuerzas restauradoras correspondientes a las del sistema de aislamiento. Como se mencionó anteriormente, dicho modelo proporciona resultados aceptables siempre que la relación entre el periodo de la estructura rígida aislada y el de la estructura flexible considerada sobre base fija sea lo mas alto posible. Los acelerogramas utilizados son: el registro El Centro del sismo del Valle Imperial (M=6.9) del 18 de mayo de 1940, el registro de la estación Corralitos del sismo de Loma Prieta (M=6.9) del 18 de octubre de 1989 y el registro de Wadsworth del sismo de Northridge (M=6.7) del 17 de enero de 1994. En la figura 8 se muestra el espectro de respuesta elástica con 5% de amortiguamiento crítico, del registro de Northridge. Los sistemas de aislamiento estudiados tienen características tales que proporcionan un periodo de vibración a la estructura aislada de 2.0, 2.5 y 3.0 segundos, los cuales se logran con una longitud pendular de 100 cm, 156 cm y 225 cm, respectivamente. Se supuso el uso de aisladores pendulares de amortiguamiento rotular del tipo “AV” (figura 9). Para cada longitud pendular se varió también el peso que soporta el aislador y para cada peso se uso un radio de rotula y un diámetro de barra diferente como se muestra en la tabla 1.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0 1 2 3 4 5Periodo (s)

Acel

erac

ión

Abso

luta

(g)

Figura 8. Espectro de respuesta elástica del registro de Wadsworth, sismo de Northridge.

6


Figura 9. Aislador pendular de amortiguamiento rotular de una sola barra

Tabla 1. Propiedades de los sistemas estudiados

SISTEMA W (t) D(cm) r(cm) L(cm) 1 15 5.10 6.5 100 2 15 5.10 6.5 156 3 15 5.10 6.5 225 4 30 6.35 8.0 100 5 30 6.35 8.0 156 6 30 6.35 8.0 225 7 45 7.60 8.5 100 8 45 7.60 8.5 156 9 45 7.60 8.5 225

10 75 10.20 11.0 100 11 75 10.20 11.0 156 12 75 10.20 11.0 225

Los resultados obtenidos son igualmente satisfactorios para los tres sismos empleados. Por ejemplo, para el sismo de Northridge las aceleraciones absolutas máximas obtenidas con el aislamiento oscilan entre 0.052g para el sistema 12 y 0.087g para el sistema 1, valores menores que la aceleración absoluta máxima del espectro de respuesta igual a 1.5g para un periodo de vibración de 0.23s y que la aceleración del terreno igual a 0.39g. En la figura 10 se muestran en forma grafica los resultados mencionados.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

SU

ELO

SIS

TEM

A 1

SIS

TEM

A 2

SIS

TEM

A 3

SIS

TEM

A 4

SIS

TEM

A 5

SIS

TEM

A 6

SIS

TEM

A 7

SIS

TEM

A 8

SIS

TEM

A 9

SIS

TEM

A 1

0

SIS

TEM

A 1

1

SIS

TEM

A 1

2

Acel

erac

ión

abso

luta

(cm

/s2 )

Figura 10. Aceleraciones absolutas máximas de sistemas aislados sometidos al sismo de Northridge, estación: Hospital Wadsworth

MODELOS DE MÚLTIPLES GRADOS DE LIBERTAD El tipo de análisis simplificado descrito en la sección anterior es de gran utilidad en la etapa de prediseño, en la que se desea determinar las propiedades del sistema de aislamiento GT-BIS o para determinar

7


aproximadamente ciertas características del comportamiento global del edificio. Podría emplearse un modelo simple de múltiples grados de libertad, si con el prediseño se demuestra que con una elección adecuada de la longitud pendular y del o de los sistemas de amortiguamiento se logran reducciones en el cortante basal mayores que el 90% y por ello sea razonable considerar a los elementos estructurales dentro del comportamiento lineal elástico. Por su parte, el sistema de aislamiento se modelaría con elementos con comportamiento no lineal. Existen programas comerciales como el N-PAD, 3D-BASIS, SAP2000 y ETABS que usan este tipo de modelos y que ya tienen implementados elementos para modelar sistemas de aislamiento de uso común como los elastoméricos y los deslizantes (Naeim y Kelly, 1999). El sistema GT-BIS puede modelarse aún dentro de este tipo de programas ya que la mayoría de ellos son de carácter general, lo que significa que tienen elementos que modelan no linealidades estructurales locales, los cuales pueden usarse para modelar los aisladores pendulares de amortiguamiento rotular asignándoles determinadas propiedades para obtener el comportamiento deseado mostrado en la figura 5. Un modelo muy simple para los aisladores pendulares se muestra en la figura 11.

Figura 11. Modelación de los aisladores Sin embargo en algunos casos, en los que por motivos arquitectónicos o de otro tipo no fuese posible diseñar los elementos estructurales de manera que se comporten dentro de los límites elásticos, pudiera ser necesario realizar análisis más refinados que puedan mostrar el comportamiento detallado de la estructura. En su caso sería deseable usar un modelo que representara un comportamiento más realista de la estructura, aquel en el que los elementos estructurales del edificio (trabes, columnas, etc.) tengan la capacidad de poder comportarse razonablemente de manera no lineal en el caso en que sus límites de fluencia sean superados y donde el sistema de aislamiento pueda también exhibir su comportamiento no lineal característico. Con este modelo puede realmente determinarse si, con las características escogidas para el sistema de aislamiento pendular y/o para los elementos estructurales, se presentaran en estos últimos posibles daños estructurales a través de la identificación de zonas de comportamiento inelástico. Este tipo de modelos pueden analizarse en programas de análisis no lineal general como el DRAIN, IDARC, ABAQUS, ANSYS entre otros. Hipótesis de estructura con comportamiento elástico lineal Se estudia enseguida el comportamiento del marco plano mostrado en la figura 12 correspondiente a un edificio de concreto reforzado de 20 niveles y tres crujías (Limón, 1997). El edificio se considera desplantado en la zona lacustre de la Cd. de México y se estudia la respuesta estructural ante la componente este-oeste del registro de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes del sismo del 19 de septiembre de 1985. El periodo asociado al primer modo de vibrar del marco (no aislado) es de T1f=1.94.

8


19 @ 3m

Base

3.5 m

3@7m Aisladores

Marco No Aislado Marco Aislado

Figura 12. Características del marco analizado

El edificio se aisló usando aisladores pendulares de amortiguamiento rotular del tipo mostrado en la figura 9, con barras de 15.2cm de diámetro, radio de rotulas de 15.5cm y una longitud de 625cm para proporcionar un periodo de marco aislado mayor que 5.0 s (ver ecuación 2). Debido a la flexibilidad de la superestructura, el periodo calculado asociado al primer modo de vibrar de la estructura aislada es Tb = 5.56s. De esta forma se espera atenuar considerablemente la magnitud de las fuerzas sísmicas (ver figura 1). Se realizó un análisis dinámico paso a paso del marco no aislado y del aislado con el fin de comparar su respuesta ante el sismo mencionado. Se supone que la superestructura se comporta elásticamente pero se toma en cuenta el comportamiento bilineal característico de los aisladores utilizados. Los cortantes de entrepiso de se muestran en la figura 13 y se puede observar una apreciable reducción, en promedio de 94.4% de los cortantes desarrollados en el marco sin aislamiento.

123456789

1011121314151617181920

0 500 1000 1500 2000 2500Cortante (Ton)

Entr

epis

o

No aisladoAislado

Figura 13. Cortantes de entrepiso del marco aislado y del no aislado. Las aceleraciones absolutas de los pisos se muestran en la figura 14 como una fracción de la aceleración máxima del terreno. Se observa también una reducción importante cuando es implementado el sistema aislador, las aceleraciones absolutas de los pisos son muy similares entre sí y son en promedio un 30% de la

9


aceleración máxima del terreno. Mientras que en el marco no aislado, las aceleraciones crecen rápidamente con la altura y llegan a ser en el último piso de hasta 7 veces la aceleración máxima del terreno.

EDIFICIO NO AISLADO

0 1 2 3 4 5 6 7 8

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Terreno

Nive

l

a/ag

EDIFICIO AISLADO

0 1 2 3 4 5 6 7 8

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Base

Nive

l

a/ag

Figura 14. Aceleraciones máximas absolutas como fracción de la aceleración máxima del terreno. Marco aislado y no aislado.

El sistema aislador también reduce los desplazamientos del edificio. El desplazamiento relativo del último nivel del marco no aislado es de 118.46 cm. Para el marco aislado, el desplazamiento absoluto, incluyendo el desplazamiento de la base, del último nivel fue de 54.87cm, mientras que el desplazamiento relativo, sin incluir el movimiento de la base, fue de 28.75 cm. Si se opta por reducir la respuesta del marco no aislado permitiendo deformaciones inelásticas en trabes y columnas, diseñándolo con un coeficiente de comportamiento sísmico Q = 4, su respuesta sísmica se reduce. Por ejemplo su cortante basal es de 477 toneladas pero aún así sigue siendo mayor que el cortante basal del marco con aisladores (133.70 ton). En este caso se reduce la respuesta del marco no aislado a cambio de daño estructural significativo, todas las trabes y algunas columnas del marco se articulan.

INSTRUMENTACIÓN DE SISTEMAS AISLADOS Las características y los modelos matemáticos usados para los aisladores en cuestión se han calibrado tanto en pruebas de laboratorio como con los resultados de mediciones de la respuesta de las edificaciones en las que se han utilizado. Durante el sismo ocurrido en México el 15 de junio de 1999 se registraron las aceleraciones producidas tanto en el suelo firme bajo la nave de prensa aislada del periódico REFORMA como en la estructura aislada. El sistema de aislamiento que se implementó a la nave de prensa tiene 16 aisladores pendulares cada uno con dos barras de acero con rótulas en los extremos (Garza, 1997). Con las figuras 15 y 16 se pueden comparar las aceleraciones horizontales del suelo contra las de la sección aislada de la nave de impresión, las graficas se presentan a la misma escala. Se observa que el sistema de aislamiento atenuó la respuesta de la estructura aislada ante el sismo ocurrido. Además, con las propiedades de los aisladores y las de la propia estructura se calculó la respuesta con la ecuación 1. El acelerograma que resulta se muestra en la figura 17 y se observa que

10


es prácticamente idéntico al que se registró con el acelerómetro colocado en la estructura aislada, ambos con aceleraciones muy bajas con respecto al del suelo.

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (s)

Ace

lera

ción

- cm

/s2

Figura 15. Acelerograma registrado en el suelo firme bajo la nave de prensa aislada del periódico REFORMA.

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (s)

Ace

lera

ción

- cm

/s2

Figura 16. Acelerograma registrado en la estructura aislada del periódico REFORMA.

-30

-20

-10

0

10

20

30

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (s)

Ace

lera

ción

- cm

/s2

Figura 17. Aceleraciones calculadas con la ecuación 1. Después de la construcción de la nave de prensa de la empresa Comunicación Integrada de Occidente, S.A. de C.V. de la ciudad de Guadalajara, Jalisco; la cual fue aislada utilizando aisladores tipo CA (Garza, 1999; Garza y Silva, 1999) se realizó una prueba de fuerza versus desplazamiento a dicha nave. Se colocaron dos gatos hidráulicos en una de las holguras entre la losa de concreto de la estructura aislada y el muro de contención. Para medir los desplazamientos relativos se colocaron micrómetros de carátula en dos de los aisladores y con el fin de detectar cualquier desplazamiento del muro de contención se colocó otro micrómetro en dicho muro frente a los aisladores instrumentados. Se procedió a aplicar la presión a los gatos y medirla después de cada pequeño incremento en los desplazamientos. En la figura 18 se muestra el diagrama presión-desplazamiento de la prueba de carga. Las dos líneas continuas del diagrama fueron

11


determinadas por regresión y por extrapolación los pequeños tramos cercanos a su intersección. Las dos líneas interrumpidas son las que cierran el semiciclo y se trazaron paralelas a las continuas a partir de las coordenadas correspondientes al desplazamiento máximo y la presión máxima reducida por la de fricción y las coordenadas del punto que representa el desplazamiento residual cuando la presión es cero. Se obtuvo una correlación aceptable entre las propiedades consideradas en el diseño del sistema de aislamiento y las propiedades reales obtenidas a partir de los resultados de la prueba de carga (Garza y Silva, 1999).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

16000

17000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

Pres

ion

PSI

Milésimas de pulgada

Uo=0.640"=1.6c

DF=

9,26

3kg

Kb-Ke+Kp1=15,926 k /

Kp2=5,476

Figura 18. Diagrama fuerza restauradora vs. desplazamiento obtenida de la prueba de carga a la nave de prensa de la empresa Comunicación Integrada de Occidente, S.A. de C.V.

CONCLUSIONES Se describieron las bases teóricas del funcionamiento del sistema de aislamiento basado en la acción pendular llamado GT-BIS y se mostraron algunos de los estudios tanto analíticos como experimentales del comportamiento del sistema bajo la acción de sismos intensos. Se compararon respuestas tales como desplazamientos laterales y aceleraciones absolutas de pisos y cortantes de entrepiso. Los modelos matemáticos utilizados en los estudios analíticos han sido calibrados utilizando resultados de la instrumentación de algunas estructuras aisladas con el sistema GT-BIS. Se mostraron los acelerogramas registrados, durante un sismo en la Cd. de México, tanto en suelo firme como en la estructura aislada, así como los resultados de una prueba de carga a una estructura en la ciudad de Guadalajara, Jalisco. Los resultados de ambas mediciones permiten afirmar que el modelo analítico utilizado representa razonablemente el comportamiento real de las estructuras aisladas con el sistema de aislamiento pendular. De los resultados mostrados se concluye que: seleccionando una longitud pendular apropiada de los aisladores y un adecuado sistema de amortiguamiento (rotular y/o viscoso) se puede proporcionar un periodo fundamental de vibración que minimice las aceleraciones inducidas por sismos. Así, para obtener una baja respuesta sísmica no se requerirá depender de la flexibilidad ni de la ductilidad disponible de la estructura. Debido a la muy baja respuesta sísmica del sistema aislado, se reducen las distorsiones de los entrepisos de tal manera que prácticamente se anulan los daños, tanto en elementos estructurales como en los no estructurales.

12


REFERENCIAS

Foutch D., Gambill J. y Garza F. (1993), “Investigation of a seismic base isolation system based on pendular action”, Civil Engineering Studies, Structural Research Series No. 578,UILU-ENG-93-2001, Department of Civil Engineering, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Urbana, Illinois. Garza F. (1997), “Knuckle-damping base-isolation pendular system”, Reporte interno, GT Implementación Antisísmica, S.A. de C.V., 18 pp. Garza F. (1999), “Estudio sobre la aplicación del sistema de aislamiento sísmico GT-BIS en la nave de prensa de la empresa comunicación integrada de occidente, S.A. de C.V. en la ciudad de Guadalajara, Jal.”, Reporte interno, GT Implementación Antisísmica, S.A. de C.V., 42 pp. Garza F. y Foutch D. (1994), “Application of a new base isolation system”, First World Conference on Structural Control, Los Angeles, California, USA. Garza F. y Silva F.L. (1999), “Aislamiento sísmico pendular de una nave de prensa”. Memorias del XII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, celebrado del 17 al 20 de noviembre de 1999, en la Cd. de Morelia, Michoacán, pp. 463-470. Limón, L.A. (1997), “Análisis y diseño de marcos estructurales con disipadores de energía sísmica y con contravientos”, Trabajo de tesis presentado en la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura IPN para obtener el Título de Maestro en Ciencias, 151 pp. Naeim F. y Kelly J.M. (1999), “Design of seismic isolated structures. From theory to practice”, John Wiley & Sons, Inc., 289 pp. Skinner R.I., Robinson W.H. y McVerry G.H. (1993), “An introduction to seismic isolation”, Wiley, Chichester, New York, 354 pp.

13

Documents

Socied Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural EL ... · tener todos los aisladores la misma longitud pendular, no obstante la asimetría de la edificación aislada, no existe