Download el poder de la aislación - La Revista Técnica de la Construcción

hito
tecnológico
Gracias a un sistema de aislación sísmica basal compuesto por 24 aisladores
de goma natural, los desarrolladores de esta obra de 75 metros de alto,
esperan reducir las aceleraciones que se traspasarían al edificio
ante movimientos sísmicos en un 80%, otorgando mayor
seguridad y confort a los usuarios de esta futura
construcción habitacional.
n
Edificio Ñuñoa Capital
El poder
de la aislación
A
Alfredo Saavedra L.
Periodista Revista BiT
un cuando recién comenzaron las primeras faenas de la
obra, Ñuñoa Capital ya se perfila como una construcción
innovadora: pretende convertirse en el edificio habitacional
aislado sísmicamente más alto de América. El proyecto, de
Empresas Armas, cuenta con un equipo de trabajo multidisciplinario en el que también participa la oficina de René
Lagos Engineers como calculista principal junto a Rubén
Boroschek y Asociados Ltda. (RBA), que asesora en el apar-
tado de aislación sísmica.
Ubicado en Avenida Irarrázaval, la construcción, que tendrá una altura estimada de
75 m sobre el nivel de terreno natural, contará con dos torres de 28 pisos cada una,
además de cuatro subterráneos. “Para nosotros fue un tremendo desafío. Lo veníamos
pensando hace unos cuatro años, pero varios eventos como el terremoto de 2010 y cambios en la normativa, nos llevaron a repensar el modelo habitacional típico chileno que en
general tiene muchos muros y es bastante rígido”, cuenta Christian Quijada Martínez,
gerente general de Arquitectura e Ingeniería de Empresas Armas. De acuerdo a Quijada,
la suma de diversas variables como la restricción en la mano de obra especializada, el
aumento en costos y la volatilidad de los insumos, entre otras, hicieron que se evaluara el
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Ficha Técnica
Edificio Ñuñoa Capital
Ubicación: Avenida Irarrázaval 1989,
Ñuñoa.
Mandante: Inmobiliaria Armas
Ñuñoa Capital SPA.
Arquitecto: Armas Arquitectos
e Ingenieros S.A.
Constructora: Constructora Armas Ltda.
Ingeniería estructural: René Lagos
Engineers
Protección sísmica: René Lagos Engineers
y Rubén Borosheck y Asociados Ltda.
Superficie construida: 43.000 m²
aproximados
Año construcción: en construcción
(2013-2015)
BIT 91 julio 2013 n 33
Gentileza Empresas Armas
Gentileza RBA y DIS
Gentileza René Lagos Engineers
hito
tecnológico
Para el sistema
de aislación basal se
utilizarán 24
aisladores de goma
natural (16 con núcleo
de plomo).
En la imagen un
ejemplo de uno de
estos dispositivos.
Esquema del proyecto
Lo azul representa toda la zona no aislada
correspondiente a los cerca de 3.700 m² de
subterráneos, mientras que lo rojo se
refiere a la zona aislada (placa basal, donde
irán los dispositivos) de 1.400 m². Lo verde
en tanto es la dilatación de 50 cm que se
dejó entre ambos cuerpos para evitar
posibles choques entre ambos.
modelo en términos de diseño. “Para dar mayor velocidad al proceso constructivo llegamos
a estos modelos de torres más esbeltas con
una estructura similar a lo que podría ser un
edificio de oficinas y como complemento decidimos aplicar protección sísmica”, explica.
Si bien se querían incluir sistemas de protección sísmica en el proyecto, en un comienzo no había claridad sobre cuál método
podría ser el más idóneo. “Formamos un
equipo multidisciplinario, hicimos las evaluaciones previas y llegamos a la conclusión que
la mejor alternativa en términos de costo y
tiempo era aislar basalmente la estructura,
descartando otros tipos de soluciones intermedias como amortiguadores de masa sintonizada, disipadores viscosos o muros viscosos”, agrega Quijada.
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Gentileza RBA y DIS
Los dispositivos deben ser testeados antes
de su instalación, pero por las
características de los que se instalarán en
Ñuñoa Capital, los ensayos se realizarán en
el extranjero. En estos se impondrán
deformaciones sobre los 30 cm y se
aplicarán cargas de compresión por sobre
las 4 mil toneladas, que corresponde
a la carga máxima esperada durante
eventos sísmicos extremos.
Aislación sísmica basal
El concepto de aislación sísmica consiste en
incorporar un sistema altamente flexible en
la dirección horizontal, permitiendo desligar
el movimiento de la estructura del movimiento del suelo. De acuerdo a Rodrigo Retamales, ingeniero civil de la Universidad de Chile
y especialista en protección sísmica de RBA,
el sistema de aislación funciona como un
“espejo” que refleja la energía del sismo evitando que esta ingrese a la estructura, haciendo que su respuesta sísmica sea considerablemente menor. “La construcción,
prácticamente no sufre deformaciones entre
pisos y las aceleraciones que se observan en
su estructura son extremadamente bajas,
con reducciones que pueden llegar hasta un
70-80%, aproximadamente”, explica.
Para el experto, esto es un concepto simple que se viene utilizando en aplicaciones
ingenieriles hace unos 30 años, fundamentalmente en Estados Unidos y Japón, donde
los primeros edificios aislados datan de principios de los años 80, extendiéndose su uso
principalmente a hospitales y edificios gubernamentales. “Un acontecimiento relevante
para el desarrollo de esta aislación fue el terremoto de Northridge en 1994, durante el
cual el Hospital de la Universidad de South
California en Los Ángeles, ubicado a 36 km
del epicentro, y que se encontraba construido sobre 149 aisladores elastoméricos y con
núcleo de plomo, no sufrió ni daños estructurales ni en sus contenidos, por lo que pudo
continuar operando inmediatamente. En
contraparte, el Hospital Olive View, con una
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LIDERES
La placa basal bajo la que irán los aisladores, es una gran losa
de hormigón de 2 m de espesor, 41 m de largo y 32 m de ancho.
Su función es hacer que los dispositivos trabajen como conjunto,
evitando que se produzcan fuerzas de tracción en ellos.
estructura convencional, y ubicado a un
par de cuadras del anterior, sufrió daños
no estructurales por más de seis millones
de dólares, dejándolo fuera de operaciones por cuatro semanas”.
De acuerdo a Retamales, en el caso chileno, el primer edificio con aislación fue la
sala de control de la minera Los Bronces, a
fines de los años 80. Después se sumaría
el edificio de viviendas sociales de la Comunidad Andalucía (levantado en 1992),
el puente Marga-Marga (1997) y el Nuevo
Hospital Militar La Reina en el año 2001.
Este tipo de antecedentes se tornaron
importantes para el equipo multidisciplinario ya que para el trabajo en Ñuñoa Capital resultaría útil contar con esa información; no obstante, no se encontró un símil
para este proyecto ni en el mercado chileno ni a nivel sudamericano. “En Estados
Unidos había experiencia en aislación pero
a baja altura, mientras que en otros países
sísmicos como Japón se empezaron a implementar, especialmente tras el terremoto
de Kobe en 1995. Aun así, no debe haber
más de 40 obras de este tipo, por lo que
Ñuñoa Capital sería el primero en América
de carácter habitacional, de esta altura,
con aislación basal”, agrega Quijada.
En cuanto a las alternativas de aislación
sísmica, se evaluó la implementación de
dispositivos de aislación en base a goma
natural con núcleo de plomo o goma de
alto amortiguamiento, y sistemas de péndulos friccionales. “La goma natural se caracteriza porque su rigidez, capacidad de
deformación y otras propiedades mecánicas
se ven levemente afectadas con el paso del
tiempo. No sucede así con aisladores fabricados con gomas de alto amortiguamiento
que son un poco más susceptibles a efectos
de envejecimiento y presentan mayor variabilidad en sus propiedades”, explica Retamales. En cuanto al uso de sistemas de
EN SOLUCIONES
DE CUBIERTAS
péndulos friccionales, los expertos indican
que tienen el inconveniente de ser más susceptibles a efectos de contaminación y sus
propiedades de fricción dependen de los
efectos (aceleraciones) verticales del sismo;
fricción que va cambiando segundo a segundo durante un terremoto, lo que hace
difícil predecir su comportamiento y también complejiza la simulación de su respuesta.
Placa basal
y dispositivos
Como se mencionó anteriormente, Ñuñoa
Capital es un proyecto de dos torres independientes de 28 pisos cada una, unidas a
nivel de terreno por cuatro subterráneos
de 1.000 m² de superficie aproximada
cada uno, con una altura de 2,70 m entre
pisos en sus subterráneos y 2,55 m en sus
pisos tipos. Alrededor de la placa aislada irán
subterráneos de 64 m de largo por 41 m de
ancho más algunos bloques de 4 pisos sobre cota cero destinados a oficinas.
En este espacio irá una gran losa de
hormigón (placa basal) de 2 m de espesor,
41 m de largo y 32 m de ancho aproximadamente, bajo la cual se instalarán los aisladores. “Se utiliza una losa de gran espesor sobre los dispositivos para lograr que
estos trabajen como un conjunto, evitando que se produzcan fuerzas de tracción
en ellos. Este aspecto (tracción en los aisladores) es un problema que empieza a
aparecer en la medida que aíslas edificios
altos y que queríamos evitar a toda costa”, explica Mario Lafontaine, director de
Nuevas Tecnologías en René Lagos Engineers.
A su vez, debajo de cada dispositivo, se
instalarán fundaciones, en este caso aisladas. “Cada uno tiene su propia fundación
o en algunos casos, dos comparten una
misma fundación, cuyas dimensiones deBIT 91 julio 2013 n 35
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Concepto de manzana aislada
Una propuesta que considera aislación sísmica basal, pero de mayores proporciones es la denominada “manzana aislada”, que como su nombre lo indica, consiste en aislar una mayor extensión de terreno (toda una manzana), entregando un
nivel de protección mayor a todos los edificios que se ubiquen en ella. Para los proyectos que lo han implementado, implica también un beneficio económico al reducir los metros lineales de juntas de aislación ya que se coloca solamente una
alrededor del perímetro de la manzana. Un proyecto que integra este sistema es el edificio “Sunset” de Empresas Armas,
que contó con Patricio Bonelli & Asociados como ingeniero calculista y RBA en el tema de protección sísmica. La obra se
compone por tres torres de 17 pisos cada (de 45 m de alto) y por un gran subterráneo completamente aislado con 100
dispositivos similares a los de Ñuñoa Capital, pero de menor tamaño (80-90 cm de diámetro). Los aisladores son de goma
natural con núcleo de plomo, diseñados para resistir cargas del orden de 1.500 toneladas y permitir reducciones de deformaciones del orden del 80%. La superficie de la placa basal de este proyecto es de 5.300 m², aproximadamente.
penderán de la carga (axial y volcante) que le
transmita cada aislador. Sumado a esto, se
utilizaron vigas de fundación lo suficientemente rígidas para evitar giros de la zapata
que podrían perjudicar el comportamiento
del aislador durante un sismo severo debido
a la gran excentricidad con la que baja la carga axial”, detalla el experto.
Espacialmente, los dispositivos se ubicarán
bajo los extremos de los muros y columnas
para así evitar traspasos de esfuerzos innecesarios. “Respetando esto se obtiene una distribución relativamente uniforme con una
distancia entre ellos que varía entre 6 y 9 m
aproximadamente. Esta distribución fue posible gracias a la concepción estructural del
edificio, que pese a ser de uso habitacional,
utiliza una estructuración más cercana a la
de edificios de oficinas”, explica Lafontaine.
El proyecto usará 24 aisladores de goma
natural, fabricados por la empresa esta36 n BIT 91 julio 2013
dounidense Dynamic Isolation Systems (DIS),
reconocida internacionalmente por sus desarrollos en el tema de aislación sísmica en el
mundo. Los dispositivos están compuestos
por gomas flexibles, con capacidad de deformación por sobre el 600%. Según sus fabricantes, su comportamiento no se ve alterado
en el largo plazo. De los 24 dispositivos, 16
de ellos cuentan con núcleo de plomo (LRB),
mientras que los 8 restantes no lo tienen
(RB). Estos últimos, de 155 cm de diámetro
poseen una capacidad de soporte de carga
por sobre las 4.000 toneladas y se colocarán
bajo los bordes de los muros del shaft de ascensores. En cuanto a los LRB, estos se distribuyen en 8 tipo A, de 115 cm de diámetro y
una capacidad de soporte de carga por sobre
las 2.000 toneladas y 8 aisladores tipo B, de
135 cm de diámetro y con una capacidad de
soporte de carga por sobre las 3.000 toneladas. Los tipo B son los más rígidos lateral-
Gentileza RBA y DIS
El sistema de aislación basal contempla una gran losa de
hormigón de 2 m de ancho sobre la que se levantarán
los subterráneos y edificios. Debajo de esta placa se
instalarán los dispositivos. En las imágenes, algunos
ejemplos de instalaciones de aisladores en otras obras.
mente, por lo que se colocarán en los puntos
más alejados de la planta con el fin de controlar la torsión de la estructura.
Debido a las dimensiones de estos elementos, el tema logístico se vuelve gravitante.
“Hay que estar muy bien coordinados con el
equipo de construcción. La etapa de excavación y fundación debe estar a punto para
cuando lleguen ya que no son elementos
que se puedan instalar de manera posterior”, explica Quijada
Si bien, los dispositivos deben ser testeados antes de su instalación, ese paso no se
realizará en Chile puesto que no existen laboratorios capaces de hacer este tipo de ensayos, por lo que se evalúa llevarlos a cabo
en Taipei (Taiwán) o San Diego (Estados Unidos). “Para estos ensayos se necesitan imponer deformaciones sobre los 30 cm y aplicar
cargas de compresión similares a las que van
a tener estos aisladores cuando estén en
Para evitar posibles choques entre las torres y los otros edificios
que no están aislados, se consideró una junta de aislación
de 50 cm, medida relacionada con el movimiento máximo
que pudiera presentar la base de la torre por su desplazamiento
entre movimientos sísmicos.
obra. Se van a verificar bajo cargas por sobre las 4 mil toneladas ya que esa es la
fuerza máxima esperada durante eventos
sísmicos extremos”, explica Retamales. El
experto agrega que en términos de diseño
para este proyecto, se intentó usar la menor cantidad de aisladores sísmicos posibles, para entregarle una mayor flexibilidad a la base. “Si yo pongo muchos
aisladores, empiezo a rigidizar la base y los
beneficios de utilizar aislación sísmica serían menores”, explica.
Junta de aislación
Otro aspecto que se consideró fue el comportamiento del edificio aislado basalmente con el entorno que no lo está: alrededor
de Ñuñoa Capital se ubican otros edificios
de oficinas de cuatro pisos. “Este tipo de
obra no solo representa desafíos para nosotros sino también para los arquitectos.
En este caso se propuso una junta de dilatación de 50 cm, medida relacionada con
el movimiento máximo que pudiera presentar la base de la torre por su desplazamiento”, detalla Lafontaine. El experto
explica que estas consideraciones se toman ya que en una estructura sin aislación, el movimiento horizontal (de un terremoto) se transmite hacia la estructura,
mientras que en uno con aislación, ese
movimiento se concentra en los dispositivos y lo que está sobre ellos se comporta
como un cuerpo rígido. “En la base, la
parte no aislada casi no se mueve ya que
las deformaciones se traspasan a la estructura superior, sin embargo en la placa aislada, casi toda la deformación se concentra a nivel de la interfaz de aislación, por lo
que el tamaño de esa junta debe ser lo
suficientemente grande para que la estructura aislada puede moverse sin chocar con
la no aislada”, resume.
Los expertos comentan que un edificio
como el Ñuñoa Capital, sin aislación, podría tener una deformación a nivel de te-
cho del orden de 1 m en relación a la
base, lo que se traduciría en daños en
tabiquerías, fachadas y muros, entre
otros. Además, esa flexibilidad en el edificio significaría una amplificación de la
aceleración en altura con el consiguiente
daño en todo lo que es contenido (mobiliario, sistema de transporte vertical,
equipamiento), mientras que al ser aislado, se comportará muy cercano a un
cuerpo rígido, disminuyendo notoriamente las deformaciones entre pisos y
por tanto la probabilidad de daño en elementos estructurales. “La actual normativa nos obligó a diseñar el edificio con
una fuerza mayor a la que realmente el
aislador deja pasar hacia la superestructura. Esto fue un indicador de que la actual normativa de aislación no contemplaba edificios aislados tan altos. En la
versión en consulta pública viene este
aspecto corregido, siguiendo la tendencia mundial”, cuenta Lafontaine, agregando que los aisladores además aportan
en un tema de confort, algo muy relevante en el caso de un complejo habitacional como lo será Ñuñoa Capital. “En
el terremoto pasado, muchos edificios no
sufrieron grandes daños, pero sí tuvieron
problemas en cuanto a puertas trancadas, ascensores dañados, colapso de cielos falsos, LCD caídos y tabiques dañados. En un edificio aislado se consigue
disminuir la probabilidad de daño no estructural y del contenido, proporcionando de paso un mayor confort a las personas al entregar una percepción menor de
un movimiento telúrico”, puntualiza el
experto.
Estudios y suelo
Un tema de interés para desarrollar este
tipo de proyectos, es el estudio del suelo
en el que se van a llevar a cabo, pues
este factor incide directamente en la altura que pueda tener un edificio. En el caso
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tecnológico
Gentileza RBA
El proyecto Ñuñoa Capital está 100%
diseñado y su proceso de construcción
se extenderá hasta fines del 2015.
Los dispositivos de aislación sísmica,
deberían estar en Chile para diciembre.
de Ñuñoa Capital, emplazado en la comuna
homónima en una zona sísmica intermedia,
el suelo es tipo B (muy denso o muy firme),
según la clasificación del Decreto Supremo
N°61 del 2011. En cuanto a los estudios realizados para este proyecto, se desarrolló uno
de riesgo sísmico, a cargo de RBA, que si
bien no se hace para todas las estructuras
aisladas, debió llevarse a cabo al tratarse de
un hito.
“Este estudio busca cuantificar todas las
fuentes sismogénicas posibles y saber con
mayor precisión cuál es la demanda sísmica
para el edificio”, explica Lafontaine. “La norma chilena tiene un mapa del país donde se
identifican las distintas zonas sísmicas de manera muy general, las que en conjunto con
un estudio de mecánica de suelos estima la
demanda sobre la estructura. Para un proyecto tradicional basta con eso, pero para
este proyecto en particular se sopesaron cosas que no se habían tomado en cuenta antes como por ejemplo la posibilidad de un
sismo originado en la falla de San Ramón”,
agrega. La falla anunciada por el Ministerio
de Vivienda y Urbanismo (Minvu) fue un antecedente que no estaba considerado y que
dejó de manifiesto una potencial amenaza
de sismo en la zona este de Santiago. “La
norma de aislación sísmica indica que si hay
un edificio a menos de 10 km de una potencial falla activa hay que desarrollar un espectro de diseño específico para el sitio de desplazamiento del edificio”, detalla Retamales,
indicando que en este caso, Ñuñoa Capital
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estaría a unos 8 km de la falla. “Estos antecedentes nos obligaron a realizar un estudio
de peligro sísmico probabilístico orientado a
determinar las demandas a considerar para
el diseño sísmico de este edificio, tomando
en cuenta sismos subductivos, sismos intraplacas y también sismos superficiales como el
que podría ocurrir en la falla de San Ramón”,
explica el experto. Al ser este estudio uno de
los primeros en su tipo, su desarrollo tomó al
equipo investigador cerca de un año y según
comentaron los entrevistados, aún se sigue
revisando.
El proyecto Ñuñoa Capital está 100% diseñado. “Esperamos que en este mes empiece el proceso de pila y excavación. Son cuatro subterráneos que deberían estar listos
para fines de este año. Los dispositivos deberían estar en Chile para diciembre (en los sellos de fundación)”, confirma Quijada. De
acuerdo al mandante, el proceso de construcción de toda la obra se extenderá, hasta
fines de 2015.
En cuanto al sistema de aislación basal en
sí, para los expertos es una idea que entrega
grandes beneficios y que esperan pueda masificarse, a medida que el concepto se vaya
incorporando al “ADN” de los arquitectos,
ingenieros, constructoras y actores relacionados al sector. En todo caso, son optimistas ya
que en general el tema de la aislación sísmica lo ha ido logrando, especialmente tras el
terremoto de febrero de 2010. n
www.empresasarmas.cl, www.renelagos.com
www.rbasoc.cl, www.dis-inc.com
En síntesis
 El proyecto Ñuñoa Capital estará
compuesto por dos torres de 28 pisos
de 75 m de altura y cuatro subterráneos. Su particularidad es que se
transformará en el primer edificio de
carácter habitacional de ese tamaño
con aislación sísmica basal en América.
El sistema de aislación basal se
compone por una gran losa debajo
de los subterráneos y 24 aisladores
debajo de esta, que permiten reducir en algunos casos hasta un
80% las deformaciones de la estructura ante un movimiento sísmico.
Los aisladores están fabricados con
goma natural, con y sin núcleos de
plomo. Sus diámetros fluctúan entre
los 115 y 155 cm de diámetro, con capacidades de soporte de entre dos mil
y cuatro mil toneladas.
 La aislación basal permite a la
estructura que ante un movimiento sísmico, tienda a comportarse
como un cuerpo rígido, disminuyendo las aceleraciones y deformaciones de esta, entregando a los
usuarios una menor percepción del
movimiento (mayor confort), así
como también evita daños estructurales, no estructurales y de contenidos.