Upload
lamont-morgan
View
446
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
1
El Aislamiento Sísmico de Estructuras
Ing. Jorge Rendón
Octubre/09
Su Aplicación en Colombia
2
Jorge Alberto Rendón Ospina
-Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 1992.
-Especialización en Estructuras. Building Research Institute, Japón. 1998.
-Curso en Diseño Estructural. Instituto de Ingeniería Sísmica IZIIS, Macedonia. 2000.
-Miembro del Comité ACI440, Reforzamiento de Estructuras con Materiales Compuestos FRP.
-Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A desde 2001.
-Experiencia de 16 años en Diseño Estructural.
3
¿Por qué reforzar las estructuras?
1. Aumento de cargas verticales
2. Deterioro (en el tiempo, impacto, incendio, explosión)
3. Errores de diseño o construcción
4. Actualización Sísmica
4
¿Por qué reforzar las estructuras?
Actualización Sísmica
Sismo de Armenia (Colombia), 1999
5
¿Por qué reforzar las estructuras?
Actualización Sísmica
6
Sismo de Armenia (Colombia), 1999
¿Por qué reforzar las estructuras?
Actualización Sísmica
7
¿Por qué reforzar las estructuras?
Sismo de Cali (Colombia), 2004
8
¿Por qué reforzar las estructuras?
Sismo de Cali (Colombia), 2004
9
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Arriostramientos Metálicos Pantallas en Concreto Reforzado
1 2
10
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Encamisados en Concreto Encamisados en Acero
3 4
11
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Platinas Metálicas
Adición de Perfiles Metálicos
5 6
12
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Contrafuertes Postensionamiento Externo
7 8
13
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Materiales Compuestos FRP
9
14
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Disipadores de Energía
10
15
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Aislamiento Sísmico
11
16
Sistemas de Reforzamiento Estructural
1. Arriostramientos metálicos
2. Pantallas en concreto reforzado
3. Encamisado en concreto reforzado
4. Encamisado metálico
5. Platinas metálicas
6. Adición de perfiles metálicos
7. Contrafuertes
8. Postensionamiento externo
9. Materiales Compuestos FRP
10. Disipadores de energía
11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA
17
Dispositivos flexibles colocados en la base para desacoplar a la estructura del movimiento del suelo.
Aislamiento Sísmico de Estructuras
18
Aislamiento Sísmico:
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Sin Aislamiento Con Aislamiento
19
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Sin Aislamiento Sísmico Con Aislamiento Sísmico
movimiento
Suave
Sacudida
Severa
20
Aislamiento Sísmico de Estructuras
V= Sa x W
Período Fundamental de la Estructura (Seg.)
Aceleración Espectral (g)
1 2 30
5% amortiguado
10%
20%
30%
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Período estructura aislada
Sa
T
W
V= Cortante Sísmico
W= Peso del edificio
Período estructura sin aislar
21
22
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.Knossos, 2000 a.c.
23
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.)
Capa de arena fina
24
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.Atenas, 400 a.c.
25
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Partenón – Grecia (400 A.C.)
Columna de mármol
Dovela metálica
26
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.Panticapaeum, 400 a.c.
27
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Ponticapéa – Panticapaeum – Grecia Antigua (400 A.C.)
Muros
Cimentación
Barras de madera
28
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.
Toprak Kala, 300 a.c.
29
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Palacio Toprak-Kala – Asia Central - Uzbekistan (300 A.C.)
14 m
30
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Palacio Toprak-Kala – Asia Central - Uzbekistan (300 A.C.)
14 m
Mampostería dúctil
Mortero con arcilla y betún
31
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.Chokrak, 300 a.c.
32
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Construcción en Chokrak – Grecia Antigua - Ucrania (30 0 A.C.)
Piedras pequeñas
Piedras medianas
Arcilla (capa gruesa)
33
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico
.Roma, 70 d.c.
34
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
El Coliseo Romano (70 D.C.)
35
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
El Coliseo Romano (70 D.C.)
Piedras pequeñasPiedras medianasArcilla (capa gruesa)
36
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)
37
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)
38
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)
Capa de arcilla blanda
2.5 m
Suelo resistente
39
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Hotel Imperial de Tokio – Japón (1890 – 1923)
Terremoto de 1923, Tokio
Intensidad: 8.3
140.000 víctimas
Hotel Imperial de Tokio
40
Aislamiento Sísmico de Estructuras
El Primer Edificio con Aisladores de Goma
La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia
Historia del Aislamiento Sísmico:
41
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Macedonia
Suiza
42
Aislamiento Sísmico de Estructuras
El Primer Edificio con Aisladores de Goma:
La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)
43
Aislamiento Sísmico de Estructuras
El Primer Edificio con Aisladores de Goma:
La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)
44
Aislamiento Sísmico de Estructuras
El Primer Edificio con Aisladores de Goma:
La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)
54 aisladores de goma natural, de 70 x 70 cm, 20 cm de alto
45
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Nueva Zelanda
Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo
Plomo disipador de energía
Capas de goma y acero
Platina de montaje
AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 15% DEL CRÍTICO
46
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Edificio de Oficinas – Japón
Aislador de Caucho Natural
Disipador de Acero
Aisladores de caucho natural + Disipador metálico
47
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Aisladores de caucho natural + Disipador metálico
Edificio de Oficinas – Japón
48
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Edificios sobre rodillos – Japón
49
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Historia del Aislamiento Sísmico:
Public Works Research Institute – Japón (1998)
Deslizador
50
TIPOS DE AISLADORES:
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores de goma – Dynamic Isolation Systems (USA)
Plomo disipador de energía
Capas de goma y acero
Platina de montaje
Deslizador de Teflón
Plomo disipador de energía
Capas de goma y acero
Platina de montaje
51
Ensayo de los Aisladores:
Aislamiento Sísmico de Estructuras
52
TIPOS DE AISLADORES:
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aislador Triple Péndulo de Fricción
Earthquake Protection Systems (USA)
53
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Guías para Diseño con Aisladores:
Edificios (UBC, IBC, FEMA) Puentes (AASHTO)
54
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Manual de Diseño:
55
1. Tipo de suelo
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Suelo duro Suelo blando
Disipadores
Aisladores más grandes
56
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Período Fundamental de la Estructura (Seg)
Aceleración Espectral (g)
1 2 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Sa
T
1. Tipo de suelo (Demandas sísmicas)
DBE (Design Basis Earthquake): Sismo de Diseño.
Con una probabilidad del 10% de ser excedido en 50 años. Se espera que ocurra una vez cada 500 años.
MCE (Maximum Credible Earthquake): Sismo Máximo de Diseño.
Con una probabilidad del 2% de ser excedido en 50 años. Se espera que ocurra una vez cada 2500 años.
57
2. Dimensiones del edificio
Aislamiento Sísmico de Estructuras
B
H
B
H
H/B < 3
Disipadores
58
2. Dimensiones del edificio
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)
59
2. Dimensiones del edificio
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)
60
60
41% de reducción en el cortante
Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton
Cortante sísmico en la base sindisipadores
Cortante sísmico en la base condisipadores
Edificio con disipadores de fluido viscoso Taylor
61
61
Sin disipadores Con disipadores
Con el sismo de Armenia – Colombia 1999
62
62
Sin disipadores Con disipadores
Con el sismo de Armenia – Colombia (1999)
63
Aislamiento Sísmico de Estructuras
3. Ubicación de los aisladores
64
Aislamiento Sísmico de Estructuras
4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores
gKW
2πTD ×=W
K = Rigidez de los aisladores
D1
Dx12D B
TS4πg
D
=
Se asume un periodo de 2.5 segundos, por ejemplo
DD
65
Aislamiento Sísmico de Estructuras
DD = 50 cm
Sismo de Diseño
DM = 75 cm
DL+LL+EQ DL+LL+EQ
Sismo Máximo de Diseño
4. Periodo de la estructura aislada y desplazamiento de los aisladores
66
Aislamiento Sísmico de Estructuras
5. Tamaño de los aisladores
PP
P1 = DL + 0.5LL
P2 = 0.8DL – EQ
P3= 1.2DL + LL + EQ
67
5. Tamaño de los aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras
60 cm 80 cm 110 cm 150 cm
US$5.000 US$60.000
68
Aislamiento Sísmico de Estructuras
6. Diagrama de histéresis de los aisladores
DD
DD
Ke: Rigidez elástica.
K2: Rigidez de fluencia.
Keff: Rigidez efectiva.
Fy: Fuerza de fluencia.
Kv: Rigidez vertical.
- Análisis Dinámico Modal
- Análisis Time History
69
Aislamiento Sísmico de Estructuras
7. Modelación en computador
Proyecto de tesis Ing. Civil – Univ. Nacional de Medellín. (2003)
Edif. Los Yarumos – Medellín
Ing. Astrid Pérez – Ing. Esteban Pastrana ([email protected])
70
Aislamiento Sísmico de Estructuras7. Modelación en computador Time History – Sismo de Armenia 1999
71
Aislamiento Sísmico de Estructuras
8. Verificación del comportamiento del aislador
DD
72
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Deriva de un edificio aislado
IR015.0=∆ 2R I =
%75.0=∆
9. Diseño de los elementos estructurales
73
Aislamiento Sísmico de Estructuras
COMPARATIVO ENTRE BASE FIJA Y AISLADO:
1. Pobre desempeño estructural.
2. Diseño para un R = 5.
3. Estructura 10% más barata.
4. Se diseña para un sismo promedio.
5. La estructura sufre daño grave.
VS
1. Excelente desempeño estructural.
2. Diseño para un R = 1.
3. Estructura 10% más costosa.
4. Se diseña para el máximo terremoto.
5. La estructura no sufre daño.
74
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
Platinas y pernos de instalación
75
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.
76
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.
77
Rehabilitación Sísmica City Hall - Los Angeles
Construido en 1926, 32 pisos. Rehabilitación terminada en Noviembre de 2001.
508 aisladores y deslizadores Bridgestone.
Aislamiento Sísmico de Estructuras
IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.
HAY QUE TENER EN CUENTA:
78
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
Plate Jack
Colocación de los aisladores
79
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
Ubicación de los aisladores
80
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
Ubicación de los aisladores
81
Aislamiento Sísmico de Estructuras
HAY QUE TENER EN CUENTA:
Detalles especiales en ascensores, tuberías, escaleras
82
83
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia
Inaugurados en Junio de 2008
84
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores de péndulo de fricción de las pilas y estribos
(Earthquake Protection Systems-USA)
Sin desplazamiento Posición en máximo desplazamiento
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
85
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores de péndulo de fricción de los estribos
1.0 m
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
Cortesía: GRISA
86
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores de péndulo de fricción de las pilas
1.15 m
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
0.37 m
Cortesía: GRISA
87
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
Cortesía: GRISA
88
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
Aisladores
Cortesía: GRISA
89
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Primeros puentes con aislamiento sísmico en Colombia
Inaugurados en Junio de 2008
Puentes La Estampilla – Manizales (Colombia)
Cortesía: GRISA
90
Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia
Cortesía: GRISA
91
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores
Viaducto El Helicoidal – Entre Dosquebradas y Santa Rosa
Cortesía: GRISA
Segundo proyecto con aislamiento sísmico en Colombia
92
93
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Edificio de apartamentos – Bogotá
Cortesía: Ing. Mauricio Gallego
94
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Cortesía: Ing. Mauricio Gallego
Edificio de apartamentos – Bogotá
95
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Puente Gualanday – Colombia
Será el puente con aislamiento sísmico más grande de Colombia
Cortesía: GRISA
96
Puente Gualanday - Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores triple péndulo de fricción de los estribos
0.76 m
Cortesía: GRISA
97
Puente Gualanday - Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas
1.27 m
0.7 m
Cortesía: GRISA
98
Puente Gualanday - Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas
1.27m
0.7m
99
Clínica Comfandi - Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Modelo en computador
Cortesía: Solarte & Cia.
100
Clínica Comfandi - Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Detalle de colocación de los aisladores en el sótano
Muro de mampostería
Columna
Aislador Deslizador