4 Feb 15

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

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Los dispositivos de control de respuesta sísmica son un método para prevenir y mitigar daños en las estructuras durante y después de un evento sísmico, teniendo como resultado edificaciones más durables. En Colombia son poco utilizados, principalmente por desconocimiento o desconfianza, normalmente se prioriza la necesidad de reducir costos iniciales en las obras civiles sin pensar en el mantenimiento o rehabilitación que se requerirían en caso de un sismo.

La normativa colombiana habla poco de este tema y se remite a normas de otros países (A.3.9. USO DE ELEMENTOS DE ENERGÍA de la NSR-10), esto evidencia la necesidad de desarrollar metodologías y procesos de diseño y construcción con el uso de estos dispositivos aplicados a las condiciones locales para incentivar su uso.

Comportamiento elástico e inelástico de una estructura

Las estructuras se diseñan, según lo dicta la NSR-10, para dos tipos de comportamiento. En primer lugar tenemos el comportamiento elástico, que es el rango de solicitación donde la estructura absorbe temporalmente la energía que le aporta el sismo mediante deformación para después liberarla como energía cinética.

Una vez se supera el rango elástico, la estructura se comporta plásticamente, esto quiere decir que la energía que le aporta el sismo se convierte en deformaciones permanentes en los elementos estructurales, esto se conoce como la capacidad de disipación de energía de la estructura. Estas deformaciones permanentes se traducen en daños y deterioros de la estructura que deben ser reparados y rehabilitados, lo que representa un costo adicional que por lo general es alto.

Es aquí donde entran a jugar un papel importante los dispositivos de control de respuesta sísmica, pues absorben parte de la energía que circula por el sistema y así protegen la integridad de la estructura, al mismo tiempo que controlan los desplazamientos relativos entre pisos para mayor seguridad y confort de sus habitantes.

Técnicas de control de respuesta sísmica

Las técnicas de control de respuesta sísmica se clasifican según su enfoque; hay sistemas pasivos, semi-activos y activos y los dispositivos que se usan son diferentes en cada caso. En el cuadro se muestra la clasificación y los tipos de dispositivos usados.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

Aislamiento basal

Estos sistemas pretenden aislar la superestructura del suelo, esto con el fin de reducir al mínimo la energía que ingresa al sistema a causa de las ondas del sismo. Los dispositivos más utilizados son los aisladores elastómeros reforzados, deslizantes por fricción y basculantes por fricción.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

Sistemas de control activo

Estos sistemas funcionan con masas adicionales que se mueven para cambiar el comportamiento de la estructura o con dispositivos que pueden variar instantáneamente su rigidez horizontal. Este tipo de sistemas requieren procesamiento computacional de datos y una fuente de energía externa.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

Disipadores Histeréticos

Estos dispositivos absorben o disipan energía mediante deformaciones plásticas durante ciclos de cargue y descargue (ciclos histeréticos). Por lo general los dispositivos deben ser reemplazados después de cumplir su función, esto depende del tipo de dispositivo.

Los dispositivos más usados son las placas de acero a flexión y las riostras con pandeo restringido BRB (Buckling Restrained Brace). Este tipo de riostras están compuestas por un núcleo de acero confinado en una camisa metálica rellena con mortero, la característica principal es que, a diferencia de las riostras comunes, se comporta de manera simétrica a tracción y compresión.

Este comportamiento le permite disipar gran cantidad de energía pues tiene la capacidad de alcanzar la fluencia tanto en los ciclos de tracción como en los de compresión. La gráfica esfuerzo versus deformación muestra la diferencia en el comportamiento de una riostra común y una de tipo BRB.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concreto

Ejemplos de estructuras con dispositivos de control de respuesta sísmica en Colombia

En Colombia encontramos algunos casos de aplicación de estas tecnologías que van tomando importancia y se han convertido en ejemplo de buenas prácticas de diseño y construcción.

Clínica Comfandi (Cali)

Fue el primer edificio en Colombia concebido y construido sobre aisladores sísmicos. Por encontrarse en una zona de amenaza sísmica alta, los diseñadores optaron por aislar la estructura del suelo y así aumentar el amortiguamiento.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concretoFuente: Latco SA/ www.latcosa.com

Constructor: SAINC S.A.

Premios: EXCELENCIA EN CONCRETO 2012

Puente Helicoidal (Dos Quebradas, Risaralda)

Es un puente curvo que permite que la vía ascienda 38 m para que pueda cumplir con las especificaciones (Pendiente 7 %) y llegar al punto previsto. Esta estructura usa la técnica de aislamiento con péndulo friccionante.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concretoFoto Argos

Para conocer un vídeo con detalles del proyecto ingresa a éste Link:

http://player.vimeo.com/video/30192501?autoplay=1

Propietario: Autopistas del Café S.A.
Contratante: Grupo Constructor Autopistas del Café
Premios:

  1. ORDEN NACIONAL AL MÉRITO: CRUZ DE ORO
  2. EXCELENCIA EN CONCRETO 2010

Ficha técnica:

  • Año: 2010
  • Ubicación geográfica: Dos Quebradas – Santa Rosa (Risaralda – Colombia)
  • Razón o justificación: Paso por el Alto del Boquerón manteniendo las especificaciones viales de toda la carretera.
  • Técnica utilizada: voladizos sucesivos con uso de aisladores sísmicos.

Viaductos La Estampilla (Santa Rosa – Manizales)

Los viaductos de La Estampilla son una solución técnica innovadora al paso de la vía sobre dos fallas tectónicas que implican una demanda sísmica alta. Se decidió aislar la superestructura para reducir la demanda sísmica en el tablero del puente por medio de un sistema de aislamiento con péndulo friccionante.

Dispositivos de control de respuesta sísmica para estructuras en concretoFoto Argos

Para conocer un video con detalles del proyecto ingresa a éste Link:

http://player.vimeo.com/video/29758448?autoplay=1

Propietario: Autopistas del Café s.a.
Contratante: Grupo Constructor Autopistas del Café S.A

Premios:

  1. PREMIO NACIONAL DE INGENIERÍA 2009
  2. ORDEN NACIONAL AL MÉRITO: CRUZ DE ORO
  3. EXCELENCIA EN CONCRETO 2008

Ficha técnica:

  • Año: 2007
  • Ubicación geográfica: vía Santa Rosa – Manizales, Colombia.
  • Razón o justificación: sortear zona geológicamente inestable.
  • Técnica utilizada: construcción en voladizos sucesivos con uso de aisladores sísmicos.

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Sobre el autor

Jose Carlos Patiño Ciudad: Medellín País: Colombia

Ingeniero civil de la Escuela de Ingeniería de Antioquia. Desde niño me ha gustado diseñar y construir cosas, creo que esa es la esencia del ingeniero. Trabajé durante mi carrera en Respuestas Estructurales LTDA donde adquirí muchas herramientas para mi ejercicio como ingeniero. Tengo gran interés por temas relacionados con el desarrollo de materiales para la construcción, estructuras y sistemas de control de respuesta sísmica. Actualmente soy Profesional Técnico en Argos.


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