SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA DE ESTRUCTURAS Juan Camilo Hinestroza Farfan. Ingeniero Civil Esp. en Ingenieria Sismo-Resistente Magister en Ingeniería Universidad EAFIT SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA DE ESTRUCTURAS

LISTA DE TEMAS TERREMOTOS – PROBLEMA MUNDIAL DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCION SÍSMICA AISLAMIENTO DE LA BASE DISIPADORES DE ENERGIA

TERREMOTOS

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Los terremotos se producen por el movimiento de las placas tectónicas que forman el planeta. Cada vez que se libera la energía acumulada por el movimiento de las placas tectónicas se produce un sismo. Actividad Sísmica mundial entre 1977 - 1994

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Los terremotos no matan personas, las edificaciones sí. Daños causados por el terremoto en Changchun, China, en Noviembre del 2013

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Edificio de oficinas destruido durante el terremoto de Haití en 2011. Se calculan en total unos 200,000 muertos.

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL El terremoto de Haití se debió a la acumulación de energía en la placa Caribeña

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Los costos tanto en vidas humanas como en términos de dinero son abrumadoras después de un terremoto. Pérdida económicas debido a terremotos entre 1970 - 2005 Víctimas ocasionadas por los terremotos entre 1960 - 2004

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Gracias a las observaciones instrumentales en los últimos 50 años, ahora es posible determinar cuantos terremotos anuales se producirán y de que grado en escala de RICHTER serán. Frecuencia Promedio Anual de Terremotos según su magnitud

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL La escala de Richter es una escala logarítmica, lo que implica que el aumento de grados sigue una progresión logarítmica, no aritmética ni geométrica. Magnitud VS Movimiento y Energía La escala Ritcher mide la cantidad de Energía liberada en el hipocentro de un sismo

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Además de la frecuencia de sismos, otro problema, producto de la globalización, es el aumento de población urbana en ciudades emplazadas en zonas sísmica. Principales aglomeraciones en el mundo

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL De las súper megaciudades, sólo Sao Paolo se ubica en una zona no sísmica. El 79% de megaciudades están emplazadas en zonas sísmica. SEOUL NEW YORK TOKYO MEXICO DF SAO PAOLO

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Terremoto en México DF en 1985 Terremoto en Pisco, Perú en 2007 Terremoto en Curanipe, Chile en 2010

TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Terremoto en Tabanli, Turquía en 2011 Terremoto en Nepal en 2015 Terremoto en de Sichuan, China, en 2008

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS La metodología de diseño sismorresitente clásica sugiere que la propia estructura es la responsable de disipar la energía sísmica. ACELERACION DEL SUELO Superficie de Ruptura en Propagación SUPERFICIE DE RUPTURA EN PROPAGACIÓN “SISMO”

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Deformaciones Elásticas Ee Energía de Vibración Elástica Deformaciones Inelásticas Irrecuperables Ei Eh Energía Histerética TERREMOTO Amortiguamiento Añadido Ev Energía de amortiguamiento

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS En el diseño sismorresistente convencional, los elementos estructurales tales como vigas, columnas, placas, arriostres, losas y otros tratan de disipar le energía sísmica de entrada.

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Por las limitaciones económicas, las estructuras no pueden disipar energía sólo en el rango elástico ante sismos moderados y severos. Por esa razón los códigos de diseño admiten incursiones inelásticas ante sismos moderados y severos, evitando el colapso. Zonas donde usualmente se esperan rótulas plásticas

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Por lo tanto bajo las normas de diseño sismorresistentes actuales es de esperar deformaciones inelásticas ante sismos moderados y severos DEFORMACION INELASTICA = DAÑO ESTRUCTURAL

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS En su forma mas sencilla este daño es producido por el desplazamiento relativo de entrepiso. Debido a la vibración el daño no estructural también es considerable DESPLAZAMIENTO = DAÑO

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Tabla 5: Objetivos de desempeño sísmico recomendado para estructuras (SEAOC Vision 2000 Commitee, 1995). Movimiento Sísmico de Diseño Nivel de Desempeño Totalmente Operacional Operacional Seguridad Próximo al colapso Sismo Frecuente 1 Sismo Ocasional 2 Sismo Raro 3 Sismo Muy Raro Tabla 4: Movimientos Sísmicos de Diseño (SEAOC Vision 2000 Commitee,1995). Movimiento Sísmico de Diseño Intervalo de Ocurrencia Probabilidad de excedencia Frecuente 43 50% en 30 años Ocasional 72 50% en 50 años Raro 475 10% en 50 años Muy raro 950 10% en 100 años 0 : Desempeño Inaceptable 1 : Estructuras Básicas 2 : Estructuras Esenciales / Riesgosas 3 : Estructuras Criticas

DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS En síntesis, en el enfoque convencional de diseño sismo resistente la misma estructura absorbe toda la energía generada por el sismo

SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCION SÍSMICA Los sistemas modernos de protección sísmica básicamente son de 2 tipos: Aislamiento de la base Disipadores de Energía Edificio con base aislada del suelo Amortiguadores fluido viscosos en pórtico de un edificio

AISLAMIENTO DE LA BASE El sistema de aislamiento de la base permite que la superestructura este “aislada” de la cimentación por medio de ciertos dispositivos, que reducen el movimiento sísmico transmitido a la estructura.

AISLAMIENTO DE LA BASE CIMENTACION La estructura principal esta empotrada en el suelo. Por tanto la cimentación se mueve con la misma aceleración del suelo. ENERGÍA SÍSMICA

AISLAMIENTO DE LA BASE En un edificio sin aislamiento, las aceleraciones de los pisos y deformaciones de entrepiso dañan al edificio y al contenido. ENERGÍA SÍSMICA

AISLAMIENTO DE LA BASE El aislamiento de la base disminuye los efectos sísmicos en edificios y otras estructuras, protegiendo los elementos estructurales, no estructurales e inclusive el contenido. AISLADORES https://www.youtube.com/watch?v=j VG9AWzm4Zw ENERGÍA SÍSMICA

AISLAMIENTO DE LA BASE https://www.youtube.com/watch?v=fNvGUoFb-SY Los aisladores, al estar hechos de un material de poca rigidez lateral se desplazan horizontalmente disipando energía y reduciendo las cargas sísmicas que ingresaran a la estructura. MOVIMIENTO DEL SUELO DEFORMACIÓN DEL AISLADOR A CAUSA DEL MOVIMIENTO DEL SUELO https://www.youtube.com/watch?v=fNvGUoFb-SY

AISLAMIENTO DE LA BASE El sistema de aislamiento “flexibiliza” la estructura al crear un piso blando. Por tanto aumenta el periodo (T) de la estructura. En el espectro típico de seudo-aceleraciones, a más período le corresponde menos pseudoaceleración, por lo tanto menos daño y FUERZA SÍSMICA.

AISLAMIENTO DE LA BASE Debido al aumento de periodo, el el desplazamiento total aumenta, pero desplazamiento relativo de piso disminuye dramáticamente. En el espectro de pseudodesplazamientos observamos que el aumento de periodo trae consigo un aumento de desplazamiento total.

AISLAMIENTO DE LA BASE

AISLAMIENTO DE LA BASE Ventajas: Disminuye la aceleración en el edificio Disminuye el desplazamiento de entrepiso Disminuye las fuerzas cortantes en los elementos verticales (columnas) Reducen en 6 a 8 veces a energía sísmica que llega a la estructura. Baja vibración SIN AISLAMIENTO CON AISLAMIENTO

AISLAMIENTO DE LA BASE Aplicaciones: En estructuras nuevas En reforzamiento de estructuras Estructuras importantes como : hospitales, centros de emergencia, condominios, museos y puentes. Cuando se usa en edificaciones es recomendable usarlo en estructuras de baja o mediana altura.

DISIPADORES DE ENERGÍA Son usados a nivel mundial como elementos de protección sísmica. Su función principal es mejorar el desempeño sismorresistente de las edificaciones a través de la disipación de energía en zonas focalizadas.

DISIPADORES DE ENERGÍA La incorporación de disipadores de energía reducen las vibraciones aumentando el amortiguamiento de la estructura. Amortiguamiento Concreto 5% Amortiguamiento Concreto 8% https://www.youtube.com/watch?v=U-L23G8lPQ8

DISIPADORES DE ENERGÍA Los disipadores pueden incrementar entre el 20 – 40% de amortiguamiento de la estructura. Este efecto reduce la pseudoaceleración y por consiguiente la fuerza sísmica.

DISIPADORES DE ENERGÍA La instalación de los disipadores o amortiguadores es relativamente usualmente se usan los nudos de los pórticos para fijar los disipadores. sencilla,

DISIPADORES DE ENERGÍA Ventajas: Disminuye la aceleración en el edificio Disminuye el desplazamiento de entrepiso Disminuye las fuerzas cortantes en los elementos verticales (columnas)

Cibergrafía complementaria Construcción de pilares antisísmicos https://www.youtube.com/watch?v=rnhDpuq6Fgo Explicación de amortiguadores antisísmicos https://www.youtube.com/watch?v=b6OPguZrgPE Cibergrafía complementaria