Efecto de la esbeltez sobre la seguridad sísmica de edificios aislados en Lima

Abstract

El aislamiento sísmico ha sido aplicado predominantemente en edificaciones de baja y mediana altura. No obstante, en los últimos años, se ha evidenciado una tendencia hacia su implementación en construcciones de mayor altura, tales como edificios de departamentos u oficinas. A pesar de ello, la información disponible respecto al comportamiento estructural de edificaciones aisladas sísmicamente con alturas relativamente elevadas aún es limitada. En este contexto, la presente investigación se centró en el análisis de los criterios basados en estados límite, así como en el comportamiento global de estructuras con aislamiento sísmico sometidas a un incremento progresivo de altura. El estudio se desarrolló conforme a los lineamientos establecidos en la Norma Técnica Peruana E.031 – Aislamiento Sísmico El objetivo de esta investigación fue analizar el comportamiento estructural de edificios con aislamiento sísmico en la base, empleando criterios basados en estados límite, con el propósito de determinar un límite en la relación de aspecto (altura/ancho) a partir del cual pueda estimarse un comportamiento estructural seguro en edificaciones ubicadas en la ciudad de Lima. Para ello, se desarrollaron modelos tridimensionales (3D) utilizando el software ETABS. El estudio consideró ocho edificios de diferentes alturas, todas con aisladores sísmicos de tipo LRB (Lead Rubber Bearings). Se realizaron tres tipos de análisis estructural: análisis estático mediante fuerzas equivalentes, análisis modal espectral y análisis dinámico tiempo-historia. Luego, se definieron premisas de control basadas en parámetros de respuesta estructural representativos que tienden a volverse más críticos, o comprometer la seguridad estructural, a medida que aumenta la altura del edificio. Se analizó el comportamiento de las premisas de control, cuando se fue incrementando la altura del edificio, prevaleciendo la respuesta más desfavorable en los estados de límite inferior o límite superior de las propiedades de los aisladores. Para controlar las respuestas más críticas se incrementó razonablemente el periodo objetivo y/o redujo el amortiguamiento. Es decir, se modificaron según conveniencia los valores del periodo objetivo y amortiguamiento de los edificios. Así, cuando no se logre controlar o no se cumpla alguna de estas premisas de control es entonces esa relación de aspecto la que se tomó como el valor límite de esbeltez hasta donde el sistema de aislamiento podría desarrollar un comportamiento seguro. Los resultados del presente estudio indican que el análisis modal espectral tiende a sobreestimar las fuerzas axiales a tracción en los aisladores, en comparación con los valores obtenidos mediante el análisis dinámico tiempo-historia. Este último se presenta como el más representativo para evaluar el límite de aplicación del sistema de aislamiento en la base, particularmente en edificaciones con relaciones de aspecto de hasta 1.78, sin que se evidencien tracciones o levantamiento en los dispositivos. La principal limitante en el uso del aislamiento sísmico en edificaciones más esbeltas radica en la disminución de la fuerza restitutiva de los aisladores, frente al incremento de las fuerzas de tracción que se genera con el aumento de la altura. Por otro lado, se observó que las derivas de entrepiso tienden a reducirse, y que el desplazamiento de la superestructura se mantiene relativamente constante para periodos superiores a 2 segundos.