Download R. Boroschek-Uso de la Aisl y disip. en el Dis.Sísmico de edif. en Chile

Uso de la Aislación y Disipación
en el Diseño Sísmico de Edificios
en Chile
Rubén Boroschek Krauskopf, PhD
Rubén Boroschek y Asociados Ltd
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Profesor Asociado Universidad de Chile
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CHILE A HISTORY
OF LARGE EQ
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Alternativas de protección sísmica

Aislación sísmica
- Aisladores de goma de alto amortiguamiento,
aisladores con núcleo de plomo, péndulo
friccionales, etc.
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Alternativas de protección sísmica
 Disipación de energía
- Disipadores viscosos, viscoelásticos, métalicos,
friccionales, amortiguadores de masa
sintonizada, etc.
Imagen ref:http://seismic.cv.titech.ac.jp/committee/FIB/5th_meeting.html
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AISLACIÓN SÍSMICA
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
Extensamente usada en Japón, China, Italia, Turquía, EEUU y México
San Francisco City Hall
Patria Acueducto
México
Utah State Capitol Building
Erzurum Hospital
(Turquía)
Takasu Hospital (Japón)
Fotos cortesía de: www.dis-inc.com
Oakland City
Hall
BNZ Arcade New
Zealand
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Aislación Sísmica
 Proteger la función en la estructura
 Mejora el confort de los ocupantes del
edificio en caso de sismos
 Protección adicional de componentes
estructurales y no estructurales
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 ¿Cómo funciona?
Núcleo de Plomo
(Provee rigidez y
amortiguamiento)
Capas de acero y
goma vulcanizadas
Placa de montaje
Cubierta de
protección
Ozono y UV
Registros U. de Chile: http://terremotos.ing.uchile.cl
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 Soluciones arquitectónicas
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 Ventajas de la aislación sísmica
Respuesta sísmica controlada por primer modo
Reducción de participación de modos superiores
Modelos matemáticos simples
Reduce deformaciones de entrepiso
Reduce aceleraciones de piso
Reduce efectos de torsión e irregularidades
Ayuda a controlar la retracción
Reduce daños por sismo
Superestructura permanece prácticamente
elástica
 Aisladores son fáciles de fabricar y muy confiables









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 Chile Grandes Proyectos
 Edificios
 Puentes
 Hospitales
Presencia en Norte y Sur del País
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Innovación en edificios
con sistemas
de Aislación
Sísmica
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 Edificio Torre del Sol







Edificio de departamentos en Copiapó
19100 m2 construidos, aproximadamente
20 niveles: 1 piso mecánico+2 subterráneos+15 pisos +1 nivel equipamiento+1
nivel sala de máquinas
Se usan 45 aisladores de goma con núcleo de plomo (20% amortiguamiento)
Monto del proyecto: UF 252000
Velocidad de ondas de corte en primeros 30m: vs = 598 m/s
Suelo clasificado como Tipo II conforme a DS 117
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 Edificio Torre del Sol
21 m
52 m
13 m
53 m




Se utilizan 45 aisladores, 8 de ellos en los extremos del edificio, bajo los
estacionamiento del segundo subterráneo, para prevenir tracciones en los aisladores
20 niveles en total: 1 piso mecánico+2 subterráneos+15 pisos +1 nivel equipamiento+1
nivel sala de máquinas
19100 m2 construidos, aproximadamente.
Se usan aisladores de goma con núcleo de plomo (20% amortiguamiento)
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 Edificio Torre del Sol
Modo
1
2
3
Estructura Aislada
Estructura Base Fija
Masa Participante
Masa Participante
Periodo (s) Dir. Long. Dir. Trans. Periodo (s) Dir. Long. Dir. Trans.
2.89
0.21%
97.43%
0.22
54.02%
5.48%
2.84
99.69%
0.24%
0.21
6.90%
49.44%
2.25
0.05%
2.14%
0.18
0.38%
3.95%
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 Edificio Torre del Sol
Comparación de comportamiento de edificios
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 Edificio Torre del Sol
Comparison Response vs Design Spectra
2.5
2
Sa (g)
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
Periodo T (s)
Promedio Cortes Basales (Tonf)
Estructura
Dirección
Base Fija
Aislada
Reducción
Longitudinal
13011
1492
89%
Transversal
13010
1580
88%
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 Edificio Torre del Sol
Reducción de Demanda. Dirección Longitudinal
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 Edificio Torre del Sol
Reducción de Demanda .Dirección Transversal
dPromedio Aislado = 0.0009
dPromedio Convencional = 0.0045
APromedio Aislado = 0.17g
APromedio Convencional = 1.11g
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 Edificio Ñuñoa Capital
Imagen:
www.empresasarmas.cl





Edificio de oficinas y departamentos en Santiago
40000 m2 construidos, aproximadamente
33 niveles (29 Pisos + 4 Subterráneos)
Se usan 24 aisladores de goma con núcleo de plomo
Suelo clasificado como Tipo B conforme a DS 61
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 Edificio Ñuñoa Capital
86
metros
40 m
32 m
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 Edificio Ñuñoa Capital
 ¿Por qué protección ADICIONAL?
Si bien la estructura cumple con todos los
requisitos de diseño de la normativa nacional
vigente, incorporar dispositivos de
protección sísmica permite dar un plus
de confort a los ocupantes del edificio en
caso de sismos y de protección adicional de
componentes estructurales y no estructurales
en caso de sismo severo, lo que
inherentemente constituye un plus
comercial para el edificio
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 Ñuñoa Capital Proceso de diseño
A solicitud del
Mandante, se
estudia la
respuesta de
la estructura
para varias
alternativas de
protección sin
impacto en la
arquitectura
del edificio:
• Estructura original con
disipadores viscoelásticos en
tabiques
• Estructura modificada con
disipadores viscoelásticos en
tabiques
• Se descarta el uso de
disipadores de energía en
fachadas
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 Ñuñoa Capital Proceso de diseño
Disipadores de Muro Viscoso (VWD)
Foto cortesía de: www.dis-inc.com
Placa de acero conectada al piso superior
introducida en muro conectado al piso
inferior. Material viscoso entre placas
provee amortiguamiento a la estructura
Figura: CDT
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 Ñuñoa Capital Estructura Convencional
T=2.72 (s)
T=2.45 (s)
T=2.62 (s)
T=2.41 (s)
Modelo desarrollado por
Rene Lagos Engineers
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 Edificio Ñuñoa Capital
Alternativa 1. Los dispositivos de disipación de energía son
incorporados en los pisos 9 a 28 de la estructura, donde se
concentran las mayores deformaciones entre piso.
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 Edificio Ñuñoa Capital
Alternativa 2. La estructura modificada considera cortar la
sección de los muros en los ejes indicados (tercio central) para
incorporación de disipadores. En este caso se utilizan los
disipadores como elementos de acoplamiento entre muros.
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 Edificio Ñuñoa Capital
De manera complementaria, se
evalúa el efecto de uso de
aislación:
• Estructura con sistema de aislación sísmica a
nivel de primer piso
• Estructura con sistema de aislación sísmica a
nivel de base
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 Edificio Ñuñoa Capital
Alternativas 3 y 4. Aislación sísmica en el primer piso y en la
base
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 Edificio Ñuñoa Capital
Reducciones
Variable
Desp. CM
Drift CM
Aceleración
CM
Dirección
X
Y
X
Y
X
Y
Estructura
Tipo de protección
Disipación
Aislación
Primer
Original Modificada
piso
Base
17%
0%
44%
47%
18%
-3%
12%
13%
31%
4%
87%
81%
23%
-2%
84%
82%
29%
32%
97%
95%
8%
15%
95%
94%
Dirección X
Dirección Y
Tonf
Reducción
Tonf
Reducción
Est. Original
12530
---
15140
---
Original + Disipación
11482
8%
14088
7%
Modificada + Disipación
11987
4%
11774
22%
Aislación en primer piso
515
96%
641
96%
Aislación en la base
979
92%
1293
91%
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 Datacenter
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
Aislación de Datacenters en el mundo
realizados por DIS
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 Datacenter
Dirección Reducción Est. Aislada X 71% Y 65% Drift Esquina X 67% Y 66% Aceleración CM X 81% Y 81% X 86% Y 88% Parámetro Drift CM Intensidad Arias www.ich.cl
 Datacenter Efectos en la Operación
Curvas de Fragilidad Estructuras con Componentes Anclados
1.00
0.90
P(Sin Daños)=0.30
Probabilidad de Excedencia
0.80
0.70
0.60
P(Daño Moderado)=0.39
0.50
0.40
0.30
P(Daño Extenso)=0.26
0.20
0.10
0.00
0.00
P(Daño Total)=0.05
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
DS1 (Daño Moderado)
DS2 (Daño Extenso)
DS3 (Daño Total)
0.80
0.90
1.00
Máxima Aceleración del Suelo, PGA (g)
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 Datacenter Efectos en la Operación
Curvas de Fragilidad Estructuras con Componentes Anclados
1.00
0.90
Probabilidad de Excedencia
0.80
0.70
0.60
P(Sin Daños)=0.95
0.50
0.40
0.30
0.20
DS1 (Daño Moderado)
DS2 (Daño Extenso)
DS3 (Daño Total)
0.10
0.00
0.00
P(Daño Moderado)=0.05
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Máxima Aceleración del Suelo, PGA (g)
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 Datacenter Efectos en la Operación
Curvas de Recuperacion de Estructuras con Componentes Anclados
1.00
0.90
Porcentaje de Funcionalidad
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
DS1 (Dano Moderado)
0.20
DS2 (Dano Extenso)
0.10
DS3 (Dano Total)
0.00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Dias
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 Hospital del Salvador
Edificio Hospital
del Salvador.
Santiago
•Imagen Cortesía IDOM
4 Edificios en 1
placa común
Superficie de nivel
de aislación de
46000 m2
aproximadamente
Suelo clasificado
como Tipo B
conforme a DS 61
Todos los edificios
en una placa
común de
250x184 m,
aproximadamente
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DISIPACIÓN DE ENERGÍA
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Alternativas de Protección Sísmica
Tipos de Sistemas de Disipación Pasiva de Energía
Activados por
Desplazamientos
Activados
por Velocidad
Activados
por Movimiento
Disipadores Metálicos
Disipadores Viscosos
Amortiguadores de Masa Sintonizada
Disipadores Friccionales
Disipadores Viscoelásticos
Disipadores Autocentrantes
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Disipación de Energía ¿Cómo Funciona?
F  t   C x  t  sgn x  t  

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Aplicaciones de Disipadores
 Taylor Devices: 339 estructuras, 12200 dispositivos
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Aplicaciones de Disipadores
 Edificio Plaza Talca
 Constructora Digua Ltda
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Disipadores “U-Shape”

Disipadores histeréticos metálicos de disipación de energía

Estos dispositivos disipan energía por medio de la deformación
plástica del acero, la cual luego se transforma en calor
R
Potencia Disipada
P =
Rolling-Bending
U Shaped Strip.
J.M. Kelly, R. I
Skinner 1972
2 v M0
R
v : Velocidad relativa entre ambos extremos del dispador
M : Momento de plastificación del dispositivo
0
Ensayo placa
metálica
disipación en
forma de U.
J.M. Kelly, R. I
Skinner 1972
Representación
esquemática de la forma
de operar del dispositivo
de disipación de energía
metálico en forma de U.
J.M. Kelly, R. I Skinner 1972
Ciclos carga deformación para
disipadores metálicos obtenidos a
partir de ensayos experimentales
J.M. Kelly, R. I Skinner 1972
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Diagonales de Pandeo
Restringido (BRB’s)
• El casing evita el pandeo de
la diagonal, aumentando
sustancialmente la
capacidad de disipación de
energía
45
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Diagonales de Pandeo
Restringido (BRB’s)
46
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Diagonales de Pandeo
Restringido (BRB’s)
47
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Diagonales de Pandeo
Restringido (BRB’s)
BRB mas larga del mundo: 21 m
48
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Disipadores de Goma
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Amortiguador de Masa Sintonizada
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Resultados análisis experimentales
U de Chile
 Innovación y Transferencia Tecnológica U de Chile
 Registro Melipilla 1985
Línea Azul:
Desplazamiento
nivel superior
modelo con
disipador
Línea Roja:
Desplazamiento
nivel superior
modelo sin disipador
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MUCHAS GRACIAS
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