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investigación
Protección sísmica en Mendoza
Edificio
sobre resortes
En Mendoza, Argentina,
la construcción de un edificio
de tres pisos de albañilería
confinada y hormigón
armado se aisló sísmicamente
a través de un sistema de
resortes y amortiguadores
viscosos. Al contar con una
estructura vecina idéntica
ejecutada sin aislamiento,
se puede comparar el
comportamiento de ambas
edificaciones durante los
sismos registrados desde su
construcción en 2004.
Los resultados reflejan
el eficiente comportamiento
del edificio aislado.
Miguel Tornello
Universidad Tecnológica Nacional
de Mendoza, Argentina
Mauricio Sarrazin
Universidad de Chile
86 n BIT 56 SEPTIEMBRE 2007
L
a provincia de Mendoza constituye una de las
regiones de mayor riesgo
sísmico de Argentina, presentando una sismicidad
particular porque los terremotos que se registran allí
son del tipo cortical, es decir, se producen por el movimiento de fallas
superficiales. Esta situación genera sismos
con características diferentes a los de mecanismo subductivo que típicamente ocurren en Chile. La consecuencia de ello es
que los hipocentros de los sismos se en-
Figura 1. Edificio residencial aislado.
cuentran a corta distancia de las edificaciones y, en consecuencia, los movimientos en
la base de los edificios presentan pulsos de
velocidad de mayor duración que otras modalidades, implicando mayores demandas
de desplazamiento en sistemas de aislación
sísmica en la base.
En la Universidad Tecnológica Nacional,
sede Mendoza, se construyó un edificio
prototipo con un sistema de protección sísmica innovador consistente en paquetes de
resortes y amortiguadores viscosos ubicados entre la estructura y la fundación (Tornello y Sarrazin, 2004). El objetivo de estos
a) Apoyo de resortes
b) Amortiguador viscoso
Figura 2. Apoyo de resortes y amortiguador viscoso de GERB.
elementos consiste en aislar la estructura
del movimiento sísmico del suelo, reduciendo en consecuencia la intensidad de las vibraciones en aquél, en relación al mismo
edificio con una fundación rígida tradicional. Se empleó un sistema diferente de
otros utilizados normalmente para fines de
aislación sísmica, como elastoméricos y de
fricción, por la necesidad de proporcionar
alto amortiguamiento para controlar los
desplazamientos relativos de los elementos
aislantes y por razones económicas.
La estructura aislada
sísmicamente
La estructura aislada sísmicamente corresponde a uno de tres edificios iguales para
residencia de estudiantes de la Facultad Regional Mendoza de la Universidad Tecnológica Nacional. Consiste en una estructura de
tres pisos de hormigón armado y albañilería
confinada. El edificio es de 7,60 m de ancho
por 8,10 m de largo y pesa 2.600 KN. Su
período fundamental de vibración para el
caso de fundación rígida es de 0,15 s. Una
vista general del edificio se puede ver en la
figura 1.
Sistema de aislación
El sistema de aislación utilizado se aprecia
en la figura 2. La figura 2 a) muestra el paquete de resortes, mientras la figura 2 b)
corresponde a los elementos de amortiguamiento viscoso. Los resortes están agrupados en paquetes cuya rigidez horizontal y
vertical depende de los parámetros de dise-
ño y de la demanda de desplazamiento de
las acciones sísmicas. Los elementos del sistema aislante fueron proporcionados por la
empresa alemana GERB.
El edificio tiene cuatro elementos de resortes y cuatro amortiguadores viscosos. Sus
características se encuentran en la Tabla 1.
Los aisladores de resorte fueron diseñados
para una frecuencia horizontal de 1,00 a
1,50 Hz y una frecuencia vertical de 3.00 a
3.50 Hz. En la figura 3 se observa una de
las unidades resorte-amortiguador instaladas bajo el edificio aislado.
Evaluación de respuesta
En la etapa de diseño del edificio se consideraron dos posibles soluciones para el sistema de aislación en la base: a) Apoyos
elastoméricos con núcleo de plomo, con un
amortiguamiento equivalente de 15%, y b)
Apoyos de paquetes de resortes y amortiguadores viscoso con 26% de amortiguamiento horizontal y 13% vertical. Para ambas alternativas se desarrolló un estudio
analítico calculando la respuesta por integración paso a paso para los registros de
11 terremotos conocidos del tipo falla cercana, entre otros, Tabas (Irán), Imperial Valley, Coalinga, Loma Prieta, Cape Mendocino, Northridge, Kobe, Chi Chi (Taiwán) y
Duzze (Turquía). Para este tipo de terremoto resulta crítica la demanda de desplazamientos en el sistema de aislación. Los resultados promedio obtenidos para estos
sismos son:
• Los desplazamientos para el sistema
con resorte representan sólo el 34% del
caso con sistema aislante de goma.
• Con el sistema de resortes, las fuerzas
de corte y normales en el primer piso son
sólo un 46% del caso de base fija (sin sistema aislante).
• Los momentos de flexión se redujeron
en un 42% en el caso de apoyos elastoméricos y en un 49% en el caso de apoyos
de resortes.
Instrumentación
Los edificios aislados y de base rígida se instrumentaron con una red de 12 acelerómetros digitales. Además existe un instrumento instalado en el Laboratorio de Estructura
Tabla 1. Características dinámicas del sistema de aislación
ParámetroValor
Capacidad nominal de carga vertical
Rigidez vertical
Rigidez horizontal
Amortiguamiento horizontal
Amortiguamiento vertical
768 KN
29.500 KN/m
3.940 KN/m
26%
13%
BIT 56 SEPTIEMBRE 2007 n 87
NOTICIAS
Figura 3.
Amortiguador viscoso
y paquete de resortes
en el zócalo del edificio.
de la Universidad. La localización de cada
uno de los acelerómetros se encuentra en
la Tabla 2.
Registros obtenidos por los
instrumentos
Hasta ahora, se han registrado en la red
17 sismos de baja intensidad. De éstos,
sólo tres tienen una aceleración máxima
en el suelo, PGA, mayor que 0,01g y sólo
uno tiene una aceleración mayor que 0,1g.
En la Tabla 3 se encuentra un resumen de
los resultados de los registros del sismo
mayor, ocurrido el 5 de agosto de 2006.
La comparación de las aceleraciones
máximas mostradas en la Tabla 3 indica
que el sistema aislante fue efectivo. En la
dirección E-W hay una reducción de las
aceleraciones máximas al pasar de la fundación a la losa inferior de 36% y al techo
de 15%. Al comparar las aceleraciones
máximas a nivel de techo entre el edificio
aislado y el de base fija, se observa que la
primera es sólo un 37% de la segunda, en
esta dirección. En la dirección N-S estas
mismas cifras son, respectivamente, 41%,
22% y 19%. En cuanto a la aceleración
máxima vertical, se produce un aumento
de un 28% entre el nivel inferior y el superior del aislador, y de un 82% entre el nivel
Tabla 2. Característica y ubicación de los acelerómetros
CanalDirecciónUbicaciónCaracterística
Modelo
1E - O
Bajo el edificio
2S - N
Triaxial (2g)Altus K2
3Vertical
4S - NEn el centro de gravedad del techo
Triaxial (2g)
Kinemetrics
5E - O
del edificio de base fija
6Vertical
7E - OEn la esquina N-E de la losaUniaxial (2g)
Kinemetrics
inferior del edificio aislado
8S - NEn el techo del edificio aisladoUniaxial (2g)
Kinemetrics
9E - OEn el techo del edificio aisladoUniaxial (2g)
Kinemetrics
10E - OEn el centro de gravedad de la losa
Triaxial (2g)
Kinemetrics
11S - N
inferior del edificio aislado
12Vertical
E - OLaboratorio de estructuras
Triaxial (1g)
Kinemetrics
S - N
(Ceredetec - Departamento
Vertical
de Ingeniería Civil)
88 n BIT 56 SEPTIEMBRE 2007
(FBA EST)
(ESU)
(ESU)
(ESU)
(FBA EST)
SSA2
Tabla 3. Comparación de las aceleraciones máximas en el edificio aislado
y en el de base fija para el sismo del 05-08-2006.
BAJO ELSOBRE
EN EL TECHO
EN EL TECHO
SISTEMAel sistemaDEL EDIFICIODEL EDIFICIO
AISLANTE
aislanteAISLADODE BASE FIJA
(G)
(G)
(G)
(G)
E-WVERTN-SE-WVERTN-SE-WVERTN-SE-WVERTN-S
12,5 5,3
9,8
8,0
6,8
8,3
Un edificio de tres
pisos de albañilería
confinada y hormigón
armado se aisló con
un sistema de resortes
y amortiguadores
viscosos. La estructura
presenta un excelente
comportamiento
sísmico.
inferior y el techo del edificio. Este aumento de la aceleración vertical es similar al
observado normalmente en edificios con
sistemas aislantes clásicos.
Conclusión
Se ha presentado un estudio sobre la
construcción de un edificio de tres pisos
de albañilería confinada y hormigón armado aislado mediante un sistema de resortes y amortiguadores viscosos. La estructura, perteneciente a la Universidad
Tecnológica Nacional en Mendoza, Argentina, es una de las tres destinadas a
9,1
-
7,6
24,6 12,4 40,6
residencia estudiantil de la Facultad Regional de la universidad. El edificio y su
gemelo de base fija, han sido instrumentados con una red de 12 acelerómetros
que ha registrado hasta la actualidad 11
sismos de pequeños a medianos. Considerando el sismo de mayor intensidad registrado, se observa un excelente comportamiento del edificio aislado. Las
aceleraciones horizontales registradas sobre el sistema aislante son menores que
las de la fundación, mientras que las aceleraciones verticales aumentan. Si se compara las aceleraciones a nivel de techo del
edificio aislado con las mismas del edificio
de base fija, hay una reducción de 37% en
la dirección Este -Oeste y de 19% en la dirección Norte -Sur. n
Referencia
Tornello, M. y M. Sarrazin, 2004, “Desarrollo e
implementación de un sistema de aislación sísmica de base para el edificio de la residencia
universitaria de la Facultad Regional Mendoza,
Universidad Tecnológica Nacional”. Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras. Escuela Politécnica del Ejército. Ecuador. Vol. 9, Nº1,
2004, pp 71 a 92.
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