Análisis y diseño de estructuras con aisladores sísmicos en el Perú

Abstract

La aislación de edificaciones consiste en colocar una interfase flexible entre el suelo y la estructura de forma que se reduzcan considerablemente las solicitaciones sísmicas a las que ésta estaría sometida. Así, se puede optar por un diseño con un factor de reducción de fuerza sísmica menor y se puede obtener como resultado una edificación que no sufrirá daños y permanecerá totalmente operativa durante y después de un evento sísmico. Las reducidas aceleraciones también protegen a los elementos no estructurales y a los contenidos de la edificación. Los aisladores son dispositivos que cuentan con una elevada rigidez a cargas verticales, pero son flexibles frente a solicitaciones laterales. Por consiguiente, las fuerzas transmitidas a la estructura por un sismo severo generan desplazamientos del orden de 25 centímetros en la interfase de aislación, pero derivas significativamente menores en la superestructura. Esta tesis se enfoca en el uso de aisladores elastoméricos, los cuales aprovechan la flexibilidad de un material similar al caucho para conseguir una baja rigidez lateral, pero lo combinan con planchas de acero para elevar la rigidez vertical. Al realizar un análisis del comportamiento de diferentes tipos de estructuras con aisladores, se comprobó que ciertas estructuras se benefician de la aislación más que otras, siendo la esbeltez y el periodo de vibración los factores más influyentes. Como ventaja adicional a la reducción de las fuerzas, se ha encontrado, por ejemplo, que la aislación concentra la participación modal a sólo un modo por cada dirección, reduciendo así, la incertidumbre del comportamiento sísmico. Luego, se seleccionó una de las estructuras analizadas y se diseñó con el fin de observar las ventajas en el comportamiento estructural y diferencias en los costos. Se observó que el uso de concreto y acero en la superestructura disminuye, pero aumenta en la cimentación. En términos de costo, no se estima una reducción importante, sino un incremento debido a los aisladores. No obstante, deben cuantificarse los costos indirectos como las pólizas de seguros y el costo de cese de operación de una estructura esencial durante una emergencia como ventajas económicas. Finalmente, se incluye un detalle del procedimiento y recomendaciones para el diseño.