Rubén Boroschek Krauskopf, PhD


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1 Uso de la Aislación y Disipación en el Diseño Sísmico de Edificios en Chile Rubén Boroschek Krauskopf, PhD Rubén Boroschek y Asociados Ltd Profesor Asociado Universidad de Chile

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3 CHILE A HISTORY OF LARGE EQ

4 Alternativas de protección sísmica Aislación sísmica - Aisladores de goma de alto amortiguamiento, aisladores con núcleo de plomo, péndulo friccionales, etc. 4

5 Alternativas de protección sísmica Disipación de energía - Disipadores viscosos, viscoelásticos, métalicos, friccionales, amortiguadores de masa sintonizada, etc. Imagen ref: 5

6 AISLACIÓN SÍSMICA

7 Extensamente usada en Japón, China, Italia, Turquía, EEUU y México San Francisco City Hall Utah State Capitol Building Oakland City Hall Patria Acueducto México Erzurum Hospital (Turquía) Takasu Hospital (Japón) BNZ Arcade New Zealand Fotos cortesía de:

8 Aislación Sísmica Proteger la función en la estructura Mejora el confort de los ocupantes del edificio en caso de sismos Protección adicional de componentes estructurales y no estructurales

9 Cómo funciona? Núcleo de Plomo (Provee rigidez y amortiguamiento) Capas de acero y goma vulcanizadas Placa de montaje Cubierta de protección Ozono y UV Registros U. de Chile:

10 Soluciones arquitectónicas

11 Ventajas de la aislación sísmica Respuesta sísmica controlada por primer modo Reducción de participación de modos superiores Modelos matemáticos simples Reduce deformaciones de entrepiso Reduce aceleraciones de piso Reduce efectos de torsión e irregularidades Ayuda a controlar la retracción Reduce daños por sismo Superestructura permanece prácticamente elástica Aisladores son fáciles de fabricar y muy confiables

12 Chile Grandes Proyectos Edificios Puentes Hospitales Presencia en Norte y Sur del País

13 Innovación en edificios con sistemas de Aislación Sísmica

14 Edificio Torre del Sol Edificio de departamentos en Copiapó m 2 construidos, aproximadamente 20 niveles: 1 piso mecánico+2 subterráneos+15 pisos +1 nivel equipamiento+1 nivel sala de máquinas Se usan 45 aisladores de goma con núcleo de plomo (20% amortiguamiento) Monto del proyecto: UF Velocidad de ondas de corte en primeros 30m: v s = 598 m/s Suelo clasificado como Tipo II conforme a DS 117

15 Edificio Torre del Sol 21 m 52 m 13 m 53 m Se utilizan 45 aisladores, 8 de ellos en los extremos del edificio, bajo los estacionamiento del segundo subterráneo, para prevenir tracciones en los aisladores 20 niveles en total: 1 piso mecánico+2 subterráneos+15 pisos +1 nivel equipamiento+1 nivel sala de máquinas m 2 construidos, aproximadamente. Se usan aisladores de goma con núcleo de plomo (20% amortiguamiento)

16 Edificio Torre del Sol Estructura Aislada Masa Participante Estructura Base Fija Masa Participante Modo Periodo (s) Dir. Long. Dir. Trans. Periodo (s) Dir. Long. Dir. Trans % 97.43% % 5.48% % 0.24% % 49.44% % 2.14% % 3.95%

17 Edificio Torre del Sol Comparación de comportamiento de edificios

18 Edificio Torre del Sol 2.5 Comparison Response vs Design Spectra S a (g) Periodo T (s) Promedio Cortes Basales (Tonf) Estructura Dirección Base Fija Aislada Reducción Longitudinal % Transversal %

19 Edificio Torre del Sol Reducción de Demanda. Dirección Longitudinal

20 Edificio Torre del Sol Reducción de Demanda.Dirección Transversal d Promedio Aislado = d Promedio Convencional = A Promedio Aislado = 0.17g A Promedio Convencional = 1.11g

21 Edificio Ñuñoa Capital Imagen: Edificio de oficinas y departamentos en Santiago m 2 construidos, aproximadamente 33 niveles (29 Pisos + 4 Subterráneos) Se usan 24 aisladores de goma con núcleo de plomo Suelo clasificado como Tipo B conforme a DS 61

22 Edificio Ñuñoa Capital 86 metros 40 m 32 m

23 Edificio Ñuñoa Capital Por qué protección ADICIONAL? Si bien la estructura cumple con todos los requisitos de diseño de la normativa nacional vigente, incorporar dispositivos de protección sísmica permite dar un plus de confort a los ocupantes del edificio en caso de sismos y de protección adicional de componentes estructurales y no estructurales en caso de sismo severo, lo que inherentemente constituye un plus comercial para el edificio

24 Ñuñoa Capital Proceso de diseño A solicitud del Mandante, se estudia la respuesta de la estructura para varias alternativas de protección sin impacto en la arquitectura del edificio: Estructura original con disipadores viscoelásticos en tabiques Estructura modificada con disipadores viscoelásticos en tabiques Se descarta el uso de disipadores de energía en fachadas

25 Ñuñoa Capital Proceso de diseño Disipadores de Muro Viscoso (VWD) Foto cortesía de: Placa de acero conectada al piso superior introducida en muro conectado al piso inferior. Material viscoso entre placas provee amortiguamiento a la estructura Figura: CDT

26 Ñuñoa Capital Estructura Convencional T=2.72 (s) T=2.62 (s) Modelo desarrollado por Rene Lagos Engineers T=2.45 (s) T=2.41 (s)

27 Edificio Ñuñoa Capital Alternativa 1. Los dispositivos de disipación de energía son incorporados en los pisos 9 a 28 de la estructura, donde se concentran las mayores deformaciones entre piso.

28 Edificio Ñuñoa Capital Alternativa 2. La estructura modificada considera cortar la sección de los muros en los ejes indicados (tercio central) para incorporación de disipadores. En este caso se utilizan los disipadores como elementos de acoplamiento entre muros.

29 Edificio Ñuñoa Capital De manera complementaria, se evalúa el efecto de uso de aislación: Estructura con sistema de aislación sísmica a nivel de primer piso Estructura con sistema de aislación sísmica a nivel de base

30 Edificio Ñuñoa Capital Alternativas 3 y 4. Aislación sísmica en el primer piso y en la base

31 Edificio Ñuñoa Capital Variable Desp. CM Drift CM Aceleración CM Reducciones Tipo de protección Disipación Aislación Primer Dirección Original Modificada piso Base X 17% 0% 44% 47% Y 18% -3% 12% 13% X 31% 4% 87% 81% Y 23% -2% 84% 82% X 29% 32% 97% 95% Y 8% 15% 95% 94% Estructura Dirección X Dirección Y Tonf Reducción Tonf Reducción Est. Original Original + Disipación % % Modificada + Disipación % % Aislación en primer piso % % Aislación en la base % %

32 Datacenter

33 Aislación de Datacenters en el mundo realizados por DIS

34 Datacenter Parámetro Drift CM Dirección Reducción Est. Aislada X 71% Y 65% Drift X 67% Esquina Y 66% Aceleración X 81% CM Y 81% Intensidad X 86% Arias Y 88%

35 Datacenter Efectos en la Operación 1.00 Curvas de Fragilidad Estructuras con Componentes Anclados P(Sin Daños)=0.30 Probabilidad de Excedencia P(Daño Moderado)=0.39 P(Daño Extenso)=0.26 P(Daño Total)=0.05 DS1 (Daño Moderado) DS2 (Daño Extenso) DS3 (Daño Total) Máxima Aceleración del Suelo, PGA (g)

36 Datacenter Efectos en la Operación Curvas de Fragilidad Estructuras con Componentes Anclados Probabilidad de Excedencia P(Sin Daños)=0.95 P(Daño Moderado)=0.05 DS1 (Daño Moderado) DS2 (Daño Extenso) DS3 (Daño Total) Máxima Aceleración del Suelo, PGA (g)

37 Datacenter Efectos en la Operación Curvas de Recuperacion de Estructuras con Componentes Anclados Porcentaje de Funcionalidad DS1 (Dano Moderado) DS2 (Dano Extenso) DS3 (Dano Total) Dias

38 Hospital del Salvador Imagen Cortesía IDOM Edificio Hospital del Salvador. Santiago 4 Edificios en 1 placa común Superficie de nivel de aislación de m 2 aproximadamente Suelo clasificado como Tipo B conforme a DS 61 Todos los edificios en una placa común de 250x184 m, aproximadamente

39 DISIPACIÓN DE ENERGÍA

40 Alternativas de Protección Sísmica Tipos de Sistemas de Disipación Pasiva de Energía Activados por Desplazamientos Activados por Velocidad Activados por Movimiento Disipadores Metálicos Disipadores Viscosos Amortiguadores de Masa Sintonizada Disipadores Friccionales Disipadores Autocentrantes Disipadores Viscoelásticos

41 Disipación de Energía Cómo Funciona? F t C x t sgn x t

42 Aplicaciones de Disipadores Taylor Devices: 339 estructuras, dispositivos

43 Aplicaciones de Disipadores Edificio Plaza Talca Constructora Digua Ltda

44 Disipadores U-Shape Disipadores histeréticos metálicos de disipación de energía Estos dispositivos disipan energía por medio de la deformación plástica del acero, la cual luego se transforma en calor Rolling-Bending U Shaped Strip. J.M. Kelly, R. I Skinner 1972 R Potencia Disipada P = 2 v M 0 R v : Velocidad relativa entre ambos extremos del dispador M : Momento de plastificación del dispositivo 0 Representación esquemática de la forma de operar del dispositivo de disipación de energía metálico en forma de U. J.M. Kelly, R. I Skinner 1972 Ensayo placa metálica disipación en forma de U. J.M. Kelly, R. I Skinner 1972 Ciclos carga deformación para disipadores metálicos obtenidos a partir de ensayos experimentales J.M. Kelly, R. I Skinner 1972

45 Diagonales de Pandeo Restringido (BRB s) El casing evita el pandeo de la diagonal, aumentando sustancialmente la capacidad de disipación de energía 45

46 Diagonales de Pandeo Restringido (BRB s) 46

47 Diagonales de Pandeo Restringido (BRB s) 47

48 Diagonales de Pandeo Restringido (BRB s) BRB mas larga del mundo: 21 m 48

49 Disipadores de Goma

50 Amortiguador de Masa Sintonizada

51 Resultados análisis experimentales U de Chile Innovación y Transferencia Tecnológica U de Chile Registro Melipilla 1985 Línea Azul: Desplazamiento nivel superior modelo con disipador Línea Roja: Desplazamiento nivel superior modelo sin disipador

52 MUCHAS GRACIAS

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