Condición sísmica nacional

Chile es uno de los países con mayor actividad sísmica del mundo. El 46,5% de toda la energía sísmica mundial del siglo XX, se liberó en Chile. De los 15 terremotos más destructivos registrados a nivel mundial desde 1900, 3 han ocurrido en Chile. La condición sísmica de Chile se debe a que se ubica en la llamada zona del Cinturón de Fuego del Pacífico, específicamente contiguo al encuentro entre la Placa de Nazca, subplaca del Pacífico y la Placa Sudamericana.

 (Todos ellos han provocado pérdidas humanas y económicas considerables, además del miedo e inseguridad en las personas.)

Las pérdidas humanas del terremoto del Maule de febrero del 2010 alcanzaron las 5242 personas. Es importante destacar que este terremoto produjo un tsunami que afectó a varias regiones del país y que gran parte de las víctimas y daños fueron causados por este evento.

Las pérdidas de vidas humanas producidas al interior de estructuras que habían sido diseñadas por un profesional competente fueron considerablemente menores. Se estima que menos del 2,5%2 de los edificios diseñados sísmicamente sufrió daño severo, de ellos un porcentaje mínimo causó muertes. La ocurrencia de terremotos ha traído consigo elevados costos económicos para el país.

Aislador sísmico.

El aislador sísmico de base es el procedimiento más eficiente para la protección sísmica de estructuras relativamente bajas o rígidas. Los aisladores sísmicos más desarrollados y utilizados en la actualidad son los aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (con o sin núcleo de plomo).

Aisladores Elastoméricos.

Los aisladores elastoméricos están conformados por un conjunto de láminas planas de elastómeros intercaladas con capas de acero. Las láminas de elastómeros son vulcanizadas a las capas de acero y, por lo general, presentan una sección circular o cuadrada. Mediante esta configuración se logra la flexibilidad lateral necesaria para permitir el desplazamiento horizontal relativo entre la estructura aislada y el suelo. La rigidez vertical del sistema es comparable con la rigidez vertical de una columna de hormigón armado. El comportamiento de los aisladores elastoméricos depende de la amplitud de la deformación a la que son sometidos y, en menor grado, de la temperatura, el envejecimiento y la frecuencia del movimiento. 



Aislador elastomérico con núcleo de plomo (LRB).

El aislador con núcleo de plomo (LRB) se construyen generalmente de caucho de bajo amortiguamiento intercalado con láminas de acero en el centro del aislador se encuentra el relleno de plomo que permite aumentar el nivel de amortiguamiento del sistema hasta niveles cercanos al 25-30%. Al deformarse lateralmente el aislador durante la acción de un sismo, el núcleo de plomo fluye, incurriendo en deformaciones plásticas, y disipando energía en forma de calor. Al término de la acción sísmica, la goma del aislador retorna la estructura a su posición original, mientras el núcleo de plomo recristaliza. De esta forma el sistema queda listo para un nuevo evento sísmico.

Proceso constructivo de instalación del aislador elastomérico

El aislador elastomérico es instalado en un punto de la fundación donde lo requiera el ingeniero calculista, donde pueda ser inspeccionado y se les pueda dar mantención en caso que se requiera. Es por eso que, antes de que se realice el montaje, se debe desarrollar una inspección visual, es decir, verificar la limpieza del aislador, en especial de las caras superior e inferior, lo que tienen suma importancia para este proceso.

Enseguida, se debe comprobar las cantidades de aisladores, pernos, golillas y el estado de estos (básicamente la no presencia de corrosión o daños en hilos). Luego en los mangos de fijación hay que inspeccionar el estado del hilo interior (no deben haber elementos extraños en su interior y asegurarse que el perno puede completar su recorrido completo antes de instalar en la armadura). El estado exterior (vale decir la presencia de algo de corrosión) no afecta su instalación. En cuanto al torque requerido para los pernos, se debe tener claridad del valor especificado por el calculista y por ende contar con la herramienta adecuada.

Asimismo, no hay que olvidar que la secuencia de torqueado debe ser opuesta y alternada (similar a la instalación de un neumático de automóvil). Se recomienda ir aplicando el valor de torque en forma gradual, vale decir, dividir el valor total en tres y aplicar en la primera vuelta el 30%, en una segunda un 60% y dejar para la última el 100% del torque indicado. Por último, la nivelación y alineamiento debe estar de acuerdo a lo indicado por el diseñador y calculista del edificio.

Beneficios y limitaciones de uso.

El dispositivo es diseñado para una vida útil mínima de 50 años. Esta condición debe ser exigida por el diseñador en las especificaciones técnicas del dispositivo, y garantizada por el fabricante.

Los dispositivos de aislación sísmica actúan como filtro del movimiento sísmico, evitando que gran parte de la energía sísmica se traspase a la estructura aislada, reduciendo los esfuerzos y por lo tanto, el daño producido a elementos estructurales, no estructurales y contenidos de los edificios.

Los aisladores sísmicos, requieren ser revisados luego de sismos excepcionalmente severos. Debido al desplazamiento relativo entre la estructura aislada y el suelo u otras estructuras no aisladas, todas las especialidades involucradas en un proyecto, y que se puedan ver afectadas por el desplazamiento de la estructura aislada, deben realizar diseños especiales de sus sistemas a fin de acomodar los desplazamientos esperados para el sistema de aislación.

Funcionamiento de un aislador sismico

https://www.youtube.com/watch?v=PNH8aHKfuBI&feature=youtu.be

Reacción de un edificio con y sin aisladores sismicos

Fabricación y costo del sistema de aislamiento sísmico

Existen numerosos proveedores de aisladores sísmicos en el mundo entre los que se encuentran Bridgestone (Japón), André (Inglaterra), Skellerup-Oiles (Nueva Zelandia), DIS (Estados Unidos), y VULCO (Chile).

El costo del aislador elastómero es de $5.895.753a $10.138.853, dependiendo de la solución adoptada. Este costo se compensa varias veces si en el análisis económico se considera que en la alternativa sin aislación la estructura, los elementos no estructurales (las terminaciones), y los contenidos, afrontarán elevados costos de reparación o sustitución cuando ocurra sismo de gran intensidad que con casi certeza van a experimentar. Es importante recordar que en los edificios el costo las terminaciones supera al de la estructura, y que en muchos casos el valor de los contenidos es muy superior al de la estructura. Por otra parte, el hecho que la estructura tenga esfuerzos 10 veces menores puede llegar a permitir ahorro en costos directos de construcción; lograrlo depende en gran medida de una coordinación oportuna entre la Arquitectura e Ingeniería del proyecto.

Requisitos normativos

En Chile, la norma NCh2745.Of2003 rige el diseño de estructuras con aislación sísmica de base. La filosofía de esta norma es limitar el daño estructural y de contenidos en caso de sismos severos. Sin embargo, las disposiciones de la norma NCh433 siguen siendo obligatorias en tanto no contradigan las disposiciones de la norma NCh2745. Conforme a la normativa, se debe ejecutar ensayos de laboratorio en aisladores de prototipo y ensayos para el control de calidad de los aisladores de obra y de los materiales utilizados en su fabricación. Los aisladores de prototipo deben ser sometidos a ensayos de compresión y corte combinados a fin de refrendar las propiedades consideradas en el diseño. No obstante, para aisladores con dimensiones, materiales, fabricados utilizando el mismo proceso, y que cuenten con las mismas propiedades, ensayos efectuados con anterioridad pueden ser aceptados. El ingeniero diseñador debe definir un programa para el control de calidad del proceso de fabricación de los aisladores de obra. Por otro lado, el nivel de protección contra fuego de los aisladores debe ser compatible con el nivel de protección contra fuego proporcionado a muros, columnas, vigas, u otros elementos estructurales ubicados en los recintos donde los aisladores se encuentren instalados.

Requisitos de ensayo de los dispositivos

Los requisitos de ensayo para los aisladores sísmicos se establecen en la norma NCh2745. Conforme a esta normativa se debe ejecutar ensayos de laboratorio en aisladores de prototipo y ensayos para el control de calidad de los aisladores de obra y de los materiales utilizados en su fabricación. El objetivo de los ensayos de aisladores de prototipo es refrendar los parámetros considerados en el diseño estructural. Los detalles del programa de ensayos de prototipos se encuentran explícitamente establecidos en la norma NCh2745. La normativa establece que el programa de ensayos para el control de calidad de los dispositivos debe ser definido por el ingeniero diseñador para cada aplicación en particular.

El procedimiento para controlar la calidad de los disipadores, debe ser establecido por el ingeniero calculista responsable del diseño estructural del edificio.

Requisitos de protección contra fuego de los dispositivos

Los requisitos de protección contra fuego de los dispositivos son los mismos de los elementos estructurales de las áreas donde estos son instalados. Es decir, si los elementos estructurales del sector donde se encuentran los aisladores sísmicos se encuentran protegidos para un determinado nivel de resistencia al fuego, el mismo nivel de protección contra fuego debe considerarse para el sistema de protección sísmica. Normativamente se requiere protección al fuego, cuando la estructura requiere protección.