𝑅 = 𝑔𝑇 2 2𝜋 2 = 386.4 2.5 2 2𝜋 2 61.17 𝑖𝑛 j
Un cálculo rápido de la rigidez efectiva con la ecuación 4-37, para esto se usa un valor de 𝜇𝑠 = 0.06 y un desplazamiento de diseño de 6.7 in que se encuentra dentro
de los parámetros aceptables.
𝑘𝑒𝑓𝑓 = 𝑃𝑐 1 𝑅+ 𝜇𝑠 𝐷𝐷 = 7200 61.17+ 0.06 7200 6.7 = 182.18 k
El radio R de los discos para el sistema de aislamiento en base a péndulo de fricción debe ser de 5ft
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Conclusiones
1. El concepto de aislamiento sísmico es sencillo y existe abundante información especialmente a los sistemas elastoméricos, ampliamente explicado en el capítulo. 1.
2. En cuanto a los distintos tipos de aisladores se encontró que existen varios tipos, algunos en fases experimentales y no se consideran prácticos aun, los principales son los elastoméricos y los de fricción a través de dispositivos mecánicos, los cuales han sido utilizados alrededor del mundo y además se ha creado una base teórica bastante comprensible.
3. Se puede utilizar el método de superposición modal para analizar las estructuras aisladas sísmicamente siempre y cuando estas no muestren amortiguamientos por encima del 20% del crítico, en el caso de que se presenten amortiguamientos superiores a los antes mencionados la teoría contenida en el capítulo 2 deja de ser válida y debe hacerse un análisis de las ecuaciones acopladas debido a este amortiguamiento, esto está fuera del alcance de esta monografía.
4. El código ASCE 7 – 05 sirve como una guía para hacer uso de los mapas de aceleraciones espectrales para el cálculo de las fuerzas laterales y métodos lineales de análisis así como un marco de las buenas prácticas y consideraciones a tener en cuenta para el análisis, diseño e implementación de las estructuras aisladas sísmicamente, sin embargo se deben estudiar qué coeficientes corresponden a nuestro país en cada una de las ecuaciones que se utilizan y así poder hacer un uso más correcto de los mapas que se han desarrollado.
5. Los sitios de implementación de los aisladores de base se consideran apropiados suelos que sean rígidos, pudiéndose utilizar los que entran en los tipos I, II o III, se evitan suelos tipo IV para evitar que los grandes desplazamientos que se dan en la base se puedan amplificar debido a grandes movimientos del terreno, esto es un efecto totalmente indeseable
Roger Iván Meza Blandón Edgard Ezequiel Sánchez García Página 159 ya que puede inducir grandes desplazamientos en la superestructura, anulando cualquier beneficio del aislamiento sísmico.
6. El fenómeno de levantamiento vertical debido a altas aceleraciones verticales característico de sismos de fuente cercana y poca profundidad como los que se generan en la ciudad de Managua, no ha podido ser abarcado en esta monografía de manera apropiada y sus efectos son de importante consideración, sin embargo este tipo de estudio está fuera del alcance de esta monografía.
7. El mayor problema al momento de diseñar los aisladores tanto elastoméricos como de fricción es sin duda la falta de conocimiento de las características de los materiales, esto como resultado de que la mayoría de las investigaciones y de estudios alrededor del aislamiento sísmico son de la empresa privada.
8. Para el análisis asistido por computadora usando el espectro de respuesta los valores de desplazamientos calculados se encuentran dentro de los mínimos y para el análisis de respuesta en el tiempo se encuentra que la envolvente de cada uno de las respuestas obtenidas son menores que los calculados por el método de la fuerza lateral equivalente comprobando la importancia de porque se exigen los análisis manuales como límites mínimos para el diseño.
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Recomendaciones
Al departamento de estructuras.
1. Continuar el desarrollo de la teoría para tomar en cuenta los sistemas que presentan amortiguamientos por encima del 20%.
2. Realizar investigación del uso de aisladores sísmicos en estructuras que no sean tipo edificio, los puentes deberían de ser una de estas estructuras ya que son estructuras de vital importancia para un país.
3. Realizar investigaciones de las propiedades mecánicas, proceso de manufactura de materiales y tecnologías que puedan utilizarse a nivel nacional para que sirvan de materia prima en la producción de dispositivos de aislamiento sísmico tanto elastoméricos como de fricción.
4. Realizar investigaciones acerca del proceso y la tecnología de manufactura de las unidades de aislamiento.
5. Desarrollar prototipos a escala de sistemas de aisladores para el estudio de su posible aplicación en estructuras a nivel nacional.
6. Realizar estudios de los coeficientes y ecuaciones que aparecen en el ASCE 7 – 05, para adaptarlos al entorno nacional.
7. Realizar investigaciones y/o análisis del costo económico de la implementación en las estructuras del país.
8. Estudiar las técnicas a través de las cuales se podría implementar estos dispositivos a estructuras ya existentes que sean de relevancia para la nación.
9. Realizar investigaciones acerca del detallado de la unión de los aisladores con los elementos estructurales arriba y debajo de la interfaz de aislamiento.
10. Realizar investigaciones de los efectos de pandeo lateral y grandes deformaciones en los aisladores.
Roger Iván Meza Blandón Edgard Ezequiel Sánchez García Página 161 11. Realizar investigaciones acerca de las nuevas técnicas de aislamiento
sísmico que usan un enfoque geotécnico.
12. Realizar investigaciones alrededor de lo que se conoce como aislamiento inteligente.
A la facultad
13. Crear base de datos de temas de interés en los distintos ramos que la carrera oferta y desarrollar mecanismos y normativas que promuevan la investigación en todos sus niveles, tanto a nivel del estudiante de pregrado con sus monografías, como a nivel de los docentes, estudiantes de maestría en sus distintas modalidades, dentro de la facultad
14. Crear un comité de revisión y fiscalización de la investigación, que se encargue de darle seguimiento del avance a cada proyecto de investigación que la facultad este desarrollando.
15. Realizar retroalimentación y actualización a través de foros, conferencias, publicación en revistas, de las investigaciones que realicen tanto estudiantes como docentes, que sea parte de la política de la facultad divulgar, promover e incentivar la investigación.
16. Realizar hermanamientos con otras universidades tanto nacionales como internacionales en las líneas de investigación para fortalecer, retroalimentar y aumentar el conocimiento.
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Bibliografía
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Building and Other Structures. Reston, Virginia.
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7. Kelly, J. K. (1999). Design of Seismic Isolated Structures From Theory to
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9. Sait, T. (2007). International Trends of Application of Seismic Isolation
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10. Taranath, B. S. (2005). Wind and Earthquake Resistant Buildings: Structural Analysis and Design . New York: CRC Press.
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Antecedentes del Aislamiento Sísmico
Nicaragua
En Nicaragua, a raíz del terremoto de Managua en 1972, los franceses ofrecen usar su técnica de aislamiento sísmico en edificios públicos. El entonces Jefe de la Guardia Nacional y presidente del Comité Nacional de Emergencia Anastasio Somoza Debayle accede (Anexo 1A) para un edificio de la Cementera Nacional. Parte del plan era que dos ingenieros nicaragüenses fuesen educados en Francia en diseño de estructuras. Solo uno de ellos finalmente viajo a Francia. En cuanto al edificio, se hicieron los cálculos, se hicieron los planos, pero nunca se construyo si se hubiese construido hubiera sido el primero en el mundo con aisladores de base modernos.
Cuando el nuevo edificio del SINAPRED estuvo en la fase de diseño se enviaron sus planos para el diseño del sistema de aislamiento, estos diseños fueron realizados por el Dr Julio Miranda, sin embargo igual que en el edificio de la cementera no se llevo a cabo su implementación.
En la parte de reglamentación en 1983 se publicó el Reglamento Nacional de la Construcción, documento en que se normaba el diseño de estructuras. Después de casi 25 años, específicamente el año 2007, fue reemplazado por el Nuevo Reglamento Nacional de la Construcción, que seguirá rigiendo en los ámbitos de diseños, criterios y especificaciones mínimas, relacionadas al diseño de estructuras de concreto reforzado, acero, madera y mampostería. Podemos decir que las estructuras mencionadas anteriormente son convencionales, en el sentido de que utilizan un enfoque de resistencia, es decir, la estructura y sus elementos resistentes son los que aportan la totalidad de la rigidez al sistema. El Reglamento Nacional de la Construcción sigue vigente para estas estructuras, sin embargo en él no existe referencia sobre estructuras aisladas sísmicamente.
Internacionalmente
El aislamiento sísmico es lo que se conoce como un dispositivo de control pasivo. Sus orígenes se remontan a 1909 cuando, el médico inglés, J. A
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Calentarients le escribe una carta al director del Servicio Sismológico de Chile,
comunicándole sobre el nuevo método de construcción de edificios que él había desarrollado y que se basaba principalmente en el uso de uniones lubricadas (con talco)
En esa misiva, el médico indicaba que con su método, en caso de terremotos, estas uniones lubricadas se deslizaban, por lo que el sismo perdía fuerza y a la vez se reducía la fuerza trasmitida al edificio1, pudiendo aplicarse con
seguridad en los países sísmicos.
En la década de los 70 se dan los comienzos y mayores avance de los estudios de aislamiento sísmico utilizando caucho y acero, Gilles C. Delfosse, C. J Derham, James M. Kelly, R. Ivan Skinner, son algunos de los principales desarrolladores de la teoría e implementación de los aisladores de base utilizando caucho, es hasta la década de los 80 que se da el desarrollo de los sistemas de aislamiento utilizando sistemas de fricción
En 1969, fueron utilizados lo que se podrían llamar los ancestros de los aisladores modernos, de caucho con refuerzo de acero, que consistían únicamente en un bloque de caucho estos fueron utilizados en la escuela primaria “Pestalozzi”, una estructura de concreto de 3 niveles, en Skopje, Yugoslavia, estos ya han sido retirados
En 1978 en el Liceo de Lambesc en el sur de Francia fue la primera estructura grande que utilizo aisladores sísmicos modernos, 4 años después en 1982 un comité de San Bernardino California visita este edificio para la aplicación de esta técnica en un edificio en su ciudad.
En Estados Unidos el primer caso de un aislador de base aplicado a una estructura fue en 1979, un interruptor eléctrico propiedad del California Water Resources Department, es hasta 1985 que se aplica la tecnología a un edificio grande también en California a 21 km de la falla de San Andrés2. En el
1 Design of Seismic Isolated Structures: From Theory to Practice.. F. Naeim and J. M. Kelly
Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Inc, Pagina 1.
2 Smart structures: Innovative Systems for Seismic Response Control. Franklin Y. Cheng, Hongping Jian and Kangyu Lou. Copyright © 2008 by Taylor and Francis Group, LLC, Pagina 10.
Roger Iván Meza Blandón Edgard Ezequiel Sánchez García Página iii “Foothill Community Law and Justice Center” en este edificio se usaron aisladores de caucho de alto amortiguamiento.
En ocasiones, algunas estructuras requieren el uso de amortiguadores externos para evitar que, en caso de vientos fuertes o sismos pequeños, la estructura se mueva. Pero los aisladores de caucho más modernos tienen un alto amortiguamiento, sorteando así, la necesidad de amortiguadores externos para resistir aquellas fuerzas.
Una de sus ventajas es que no requieren mantenimiento porque son muy resistentes a daños producidos por el medio ambiente.
Otro método conocido son los sistemas en base a fricción en combinación con sistemas elastoméricos. Un ejemplo de esto es “Mackay School of Mines” en la Universidad de Nevada, Reno, Estados Unidos, en el año 1992. Los sistemas de fricción no tienden a usarse solos, a excepción de los sistemas de péndulo de fricción. Este último, fue creado en 1986 y utilizado por primera vez en 1989 en el reacondicionamiento de un edificio de apartamentos de 4 niveles que resultó dañado en el terremoto de Loma Prieta.
En Japón, el centro de computadoras postales al oeste de Kobe, es un edificio de 6 niveles en el que se utilizaron 120 aisladores elastoméricos. Durante el gran terremoto en 1995 el edificio se comportó satisfactoriamente sin sufrir mayores daños, a pesar de estar ubicado aproximadamente a 30 km del epicentro.
En Europa, Italia, Francia y Nueva Zelanda son los países con más avances, estudios y programas de aislamiento sísmico. En Italia, se han construido varios edificios importantes como el Centro Nacional de Administración de la Compañía de Teléfono, un complejo de 5 edificios de 7 niveles, en Ancona. Así también, proyectos de rehabilitación y reforzamiento de un edificio histórico en la villa de Frigento al sur de Italia, En Francia, plantas nucleares y edificios de distinto tamaño de igual manera en Nueva Zelanda.
El aislamiento de base ha sido utilizado exitosamente en edificios de mampostería reforzada y sin reforzar, en edificios en base a marcos de acero, en edificios a base de muros de cortantes, concreto e inclusive madera.
Roger Iván Meza Blandón Edgard Ezequiel Sánchez García Página iv En Estados Unidos, las primeras provisiones para el diseño de estructuras aisladas sísmicamente fueron desarrolladas por la sección norte de la Asociación de Ingenieros Estructurales de California (SEAOC) en 19863. El
comité de sismología de la SEAOC revisó estas provisiones de diseño y publicó la revisión como apéndice 1L al libro azul de la SEAOC en 19904. Después de
esto, en la Conferencia Internacional de Oficiales Construcción (ICBO) hizo cambios editoriales menores al apéndice 1L y los incluyó en el Código Uniforme para la Construcción (UBC) como un apéndice no mandatario al capítulo 235. El último UBC de 1997, trae un código mucho más elaborado, en
donde se hace un énfasis en el análisis dinámico para el diseño, siendo considerado por algunos autores como extremadamente complicado
La Agencia Federal para el Manejo de Emergencia (FEMA) desde 1997 ha desarrollado guías para el diseño de nuevos edificios o la rehabilitación haciendo uso de aisladores de base, las publicaciones relacionadas a este tópico son: FEMA 273, FEMA 274, FEMA 356, FEMA 357, FEMA 450 y FEMA 451.
En Latinoamérica el código chileno en su Nch2745 retoma el UBC 97. Las últimas provisiones de diseño de estructuras aisladas sísmicamente fueron dictadas por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) en los estándares ASCE 7-05. En el Código Internacional de la Construcción de 2006 (IBC-2006) se hace referencia directa al ASCE 7-05.
3 Structural Engineers Association of California (SEAOC), Tentative Seismic Isolation Design, San
Francisco, CA, 1986
4 Structural Engineers Association of California (SEAOC), Recommended Lateral Force Requirements
and Commentary, 5th ed. , Sacramento, CA, 1990
5
International Conference of Building Code (ICBO), Division III.- Earthquake Regulations for Seismic – Isolated Structures, Appendix to Chapter 23, Uniform Building Code, 1991 Edition Whittier, CA, 1991