DISPOSITIVOS VISCOELÁSTICOS PARA PROTECCIÓN SÍSMICA DE EDIFICIOS: RESIDENCIA ESTUDIANTIL EN MENDOZA, ARGENTINA RESUMEN

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1 Presentado en XI-SIBIS, Undécimo Seminario Iberoamericano de Ingeniería Sísmica y 6to. EIPAC, Sexto Encuentro de Investigadores y Profesionales Argentinos de la Construcción, Mendoza, Argentina 5 al 7 de Agosto de DISPOSITIVOS VISCOELÁSTICOS PARA PROTECCIÓN SÍSMICA DE EDIFICIOS: RESIDENCIA ESTUDIANTIL EN MENDOZA, ARGENTINA Dr.-Ing. José E. Stuardi GERB Argentina S.A. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina. jose_stuardi@gerb.com.ar RESUMEN Se sintetizan los cálculos que condujeron a la definición del sistema de protección sismoresistente de la Torre de la Residencia Estudiantil de la Universidad Tecnológica Nacional en Mendoza, mediante la incorporación de aisladores de base. Se discute la incorporación de diferentes tipos de aisladores: elastoméricos y aisladores compuestos por resortes helicoidales y amortiguadores en base de fluido viscoso. Los cálculos se realizan a partir de un modelo de elementos finitos y mediante integración de las ecuaciones de movimiento en el dominio del tiempo, utilizando acelerogramas reales. Se muestra la respuesta sísmica del edificio, mediante histogramas, diagramas de fase y diagramas de esfuerzos, que dan una perspectiva global de la conveniencia en la utilización del sistema de aislamiento. Se hace especial énfasis en las propiedades de la estrategia de aislamiento del tipo -D utilizada, en comparación con los dispositivos de aislamiento flexibles sólo en la dirección horizontal. PALABRAS CLAVES: aislamiento sísmico, disipación de energía, aisladores de resorte, amortiguadores, respuesta sísmica.

2 . INTRODUCCIÓN El diseño estructural sismoresistente tradicional se basa en la redundancia o hiperestaticidad, combinada con la demanda de ductilidad intrínseca de la misma estructura. En los cálculos la ductilidad es a menudo supuesta a partir del tipo de construcción de manera algo empírica, y sus verdaderos valores son a menudo dudosos. Por otro lado, la utilización de la ductilidad bajo la forma de reserva estructural conduce a daños en elementos no estructurales y estructurales. El objetivo principal del cálculo sismoresistente es la reducción en las aceleraciones y esfuerzos en la estructura. Se evitan de esta forma accidentes y decesos causados por pánico, se preservan los muchas veces muy valiosos contenidos de los edificios y se asegura una continuidad en las actividades y en la operatividad del edificio. La reducción de esfuerzos conlleva, al menos desde el punto de vista técnico, a una posible disminución de las secciones y del costo o bien a menores daños y costos de mantenimiento. Estos aspectos evidencian la conveniencia técnica de la adopción de sistemas de protección sísmica modernos, en donde las demandas de ductilidad se concentran en dispositivos mecánicos diseñados y probados para cumplir fines específicos, ya sea de desacoplamiento de la estructura respecto de los movimientos del suelo o de la disipación de la energía sísmica. En los sistemas de protección sísmica del tipo de aislamiento de base, el desacoplamiento ha sido ya desde hace años logrado por la interposición de un medio horizontalmente flexible en la fundación del edificio [], obteniendo así una frecuencia propia baja horizontal del sistema dinámico. El modo estructural asociado es prácticamente un desplazamiento horizontal de cuerpo rígido, de manera que las deformaciones se concentran en los aisladores y los esfuerzos son reducidos en la superestructura. Las aceleraciones en la base del edificio son reducidas en virtud del sistema dinámico formado, sólo para frecuencias largamente superiores a la frecuencia del modo considerado. Las amplificaciones dinámicas para frecuencias cercanas a las de resonancia deben ser evitadas, lo que conduce a la incorporación de amortiguamiento en la base. En los aisladores tradicionales de elastómero, este amortiguamiento es provisto por el mismo material, y en cantidad dependiente de las composiciones de la mezcla, o bien por el agregado de dispositivos de disipación especiales, como los de fluencia de metales []. Para el caso de edificios de gran altura un aislamiento de base conduciría a una pérdida de la estabilidad global, por lo que las medidas se reducen a incluir los disipadores dentro de la misma estructura, de manera de disipar energía en forma estable y confiable. En otro ámbito de aplicación, la fundación elástica de maquinaria pesada sobre elementos mecánicos tales como resortes y amortiguadores viscosos es una idea, que tiene sus orígenes a principios del siglo pasado. En este caso, se aislan las vibraciones causadas por las máquinas para mejorar las condiciones ambientales, o bien se aislan los equipos e instrumental sensible de las vibraciones presentes en sus apoyos. La técnica tuvo una rápida difusión en todo el mundo, por poseer variadas ventajas adicionales, muchas veces por encima del objetivo básico perseguido del aislamiento, como por ejemplo, la economía en el diseño del bloque de fundación, o la protección contra asentamientos diferenciales del terreno. Utilizando la experiencia ganada en las últimas décadas en el aislamiento de máquinas y equipos en áreas sísmicas, (Fig., Fig. ), se transfiere finalmente la idea de la utilización de resortes helicoidales de acero y amortiguadores viscosos para el aislamiento de base de edificios []. La primera estructura de uso habitacional así aislada es la Residencia David Lowe en Los Ángeles, California (Fig. ), la que soportó el terremoto de Northridge de 99 sin daños [] y permanece actualmente en excelentes condiciones.

3 Fig. : Aislador para protección sismoresistente en el montaje de un acelerador de iones Rumania) Fig. : Condensadores de alta tensión con protección sismoresistente (China) Fig. : Residencia Lowe, Los Ángeles, California El uso de resortes y amortiguadores viscosos como aisladores de base define una estrategia diferenciada respecto de la habitual: la incorporación de elasticidad y amortiguamiento también en la dirección vertical define un sistema dinámico que debe necesariamente ser analizado en -D. El sistema fue denominado como Sistema de Control de Base (Base Isolation System, B.C.S.) por la empresa Gerb Vibration Control Systems en Alemania.. CARACTERÍSTICAS DE LOS AISLADORES RESORTE-AMORTIGUADOR, -D (B.C.S) El sistema de aislamiento de base es modular, de manera que la rigidez es provista por una caja de resortes, mientras que el amortiguamiento es provisto por amortiguadores viscosos independientes. Los elementos de resortes están compuestos por carcazas metálicas que alojan y confinan convenientemente a un número variable de resortes, ver Fig., con variadas rigideces verticales y horizontales y con capacidades de carga vertical y horizontal adecuadas al proyecto. Las cajas de resortes pueden ser pretensadas mediante bulones con la carga de diseño a efectos del transporte, lo que además permite la construcción sobre una base de apoyo rígida hasta el final de obra. De igual manera, los aisladores pueden ser en cualquier momento individualmente comprimidos mediante gatos hidráulicos, lo que permite su extracción y eventual reemplazo, para adecuarse, por ejemplo, a condiciones de proyecto cambiantes.

4 El principio fundamental del aislamiento se conserva, de manera que el sistema dinámico se sintoniza a frecuencias propias horizontales bajas, del orden de a,5 Hz. Desde el punto de vista de la dinámica estructural, la introducción de apoyos flexibles en la dirección vertical, con una frecuencia propia típica de Hz, genera un aislamiento también para señales en esta dirección. Los modos horizontales contienen ahora una leve pendulación o rocking, este acoplamiento conduce a movimientos verticales causados por excitaciones horizontales. El sistema experimenta de esta forma desplazamientos horizontales que resultan mucho menores que en el caso de aisladores de elastómero, no superando los ±mm. La presencia de amortiguamiento vertical es un factor decisivo para disipar energía y evitar así amplificaciones indeseadas. Fig. : Esquema de una caja de resortes típica Fig. 5: Esquema de un amortiguador viscoso -D, foto de un amortiguador viscoso Gerb. Los amortiguadores están compuestos por una carcaza inferior que contiene una masa viscosa. La masa posee una viscosidad y propiedades prácticamente independientes de la temperatura. Desde la carcaza superior se introduce un pistón dentro de la masa, mientras que un manguito de protección vincula a ambas carcazas, sirviendo de protección a la masa viscosa frente a elementos extraños. El amortiguador genera una fuerza proporcional a la velocidad en las tres direcciones ortogonales. El tamaño, los detalles de construcción internos del amortiguador y el tipo de masa dependen básicamente del coeficiente de amortiguamiento requerido y de los desplazamientos máximos de diseño. La Fig. 5 muestra un amortiguador VISCO típico con un coeficiente de amortiguamiento de kns/m en dirección vertical y 5 kns/m en dirección horizontal. El sistema se destaca por su sencillez conceptual: los resortes tienen una relación cargadesplazamiento lineal tanto en la dirección vertical como horizontal, mientras que los amortiguadores viscosos pueden ser modelados en la mayoría de los programas de cálculo estructural hoy disponibles.. EDIFICIO AISLADO Y MODELO DE ANÁLISIS El edificio es una estructura de hormigón armado con mampostería reforzada, con una planta de 7, x 7, m y una altura de,55 m. Tres estructuras similares fueron construidas, pero sólo la tercera torre ha sido provista de un sistema de aislamiento de base. Por razones normativas, la estructura de la torre aislada se mantuvo idéntica a las restantes, excepto el agregado de una viga perimetral para adecuar la transmisión de cargas a una forma puntual, debido a la presencia de los aisladores.

5 5 El sistema de aislamiento elegido para la construcción fue el BCS, se utilizaron cuatro cajas de resortes y cuatro amortiguadores en las esquinas de la planta, véase Fig. 6. El peso de la estructura considerando sobrecargas resultó de 5 kn, y las diferencias de carga normal sobre los aisladores debido a falta de simetría del edificio fueron compensadas en un nivel de detalle del proyecto con la incorporación de un diferente número de elementos en las cajas de resortes. Fig. 6: Esquema en planta del edificio aislado con indicación de la ubicación de aisladores. El edificio fue modelado con elementos finitos utilizando el software comercial SAP, la Fig. 7 muestra una vista tridimensional del modelo, donde se aprecian vigas, columnas y placas. Las propiedades del hormigón fueron supuestas como: módulo de Young 7.5 MN/m, módulo de Poisson, y peso específico,5 kn/m. A los efectos de este análisis comparativo, no se consideró ninguna interacción del edificio con el suelo. Fig. 7: Modelo de Elementos Finitos del edificio Las propiedades de los aisladores B.C.S. utilizados son: carga nominal típica: 76 kn, rigidez vertical: 9,5 kn/mm, rigidez horizontal:,9 kn/mm, dimensiones externas: 575 x 655 x 6 (h) mm. Los amortiguadores tienen constantes vertical: kn s/m, horizontal 6 kn s/m, mientras que las dimensiones externas son: 66 x 5 x 6 (h) mm. El desplazamiento estático vertical de proyecto resultó de 9 mm. Al momento del proyecto se había ya considerado la colocación de aisladores de goma, más exactamente los del tipo Neozelandés (NZ). El amortiguador NZ es básicamente un amortiguador elastomérico, pero posee la ventaja de un amortiguamiento incrementado debido a la presencia de un núcleo central de plomo, el que disipa energía por deformación plástica. La presencia de

6 6 amortiguamiento en los aisladores resulta especialmente importante en este caso, debido al control sobre los desplazamientos que produce. La modelación habitual en este tipo de aisladores ha sido propuesta por Wen [5]. Con fines comparativos se utilizó en el presente trabajo un tipo de aislador NZ, cuyas características técnicas fueron las del aislador considerado en el proceso de diseño. Los datos fueron suministrados por el propietario de la obra, y son los siguientes: rigidez inicial 5, kn/mm, fuerza de fluencia 7,7 kn, relación de rigidez post-fluencia,5, diámetro del núcleo de plomo mm, diámetro externo 6 mm y una altura total de mm.. ANÁLISIS REALIZADO El modelo fue analizado en el dominio del tiempo, integrando las ecuaciones de movimiento en un subespacio reducido modal. A efectos de este estudio comparativo se consideraron los siguientes casos: a) edificio sin aislamiento, b) edificio sobre aisladores B.C.S. y c) edificio sobre aisladores N.Z. La acción sísmica sobre la estructura fue definida sobre la base de un estudio de microzonificación del año 99 [6 ], teniendo en cuenta los terremotos importantes registrados en la zona, las fuentes sismogénicas potenciales del Gran Mendoza y la caracterización de aquellas que puedan interesar a la estructura considerada. Teniendo en cuenta que la mayor contribución al peligro sísmico del Gran Mendoza proviene de fallas superficiales y de la falla la Cal-Calle Perú, se seleccionaron once sismos reales, de manera de representar por medio de sus características al tipo de sismo esperado de la región. Con el objetivo de abarcar distintas posibilidades, los registros poseen características diversas, pero en su mayoría corresponden a sismos cercanos y presentan carácter impulsivo. De acuerdo con lo anteriormente expresado se seleccionaron las siguientes señales de la Tabla, las que han sido consideradas también en su totalidad en este trabajo: Nº Evento Estación Fecha Comp. Mag Distancia Epicentral Km Tipo de Suelo Cape Mendocino Cape Mendocino 5//9 N-S 7,5 roca Coalinga Trasmitter Hill /7/ 6º 5,7 9, roca Loma Prieta Corralitos 7//9 N-S 7, 5, rígido Imperial Valley Array Nº 6 5//79 º Durac. seg 5 Kobe Kobe Observ,JMA 7//95 N-S 6,9,6 rígido 5 6 Chi-Chi Taiwan TCU /9/99 E-W 7,6, rígido 5 7 Northridge New Hall La Country Fire Station Cape Mendocino Petrolia 5//9 9º 7//9 9º 6, , - - roca 5 9 Northridge Sylmar 7//9 6º Tabas Iran Tabas 9 6/9/7 Transv, 7, Imperial Valley El Centro 5//79 º Tabla : Registros sísmicos reales seleccionados para el diseño. compacto 5 compacto Las señales fueron consideradas simultáneamente actuando en ambas direcciones horizontales, mientras que para la dirección vertical se seleccionó a la señal de mayor aceleración vertical. A efectos de su descripción y de la interpretación de las respuestas sobre la estructura obtenidas, se presentan en Tabla los valores máximos de aceleración, velocidad y desplazamiento, mientras

7 7 que en la Fig. 9 se muestran los espectros de pseudoaceleraciones de los registros seleccionados. En negrita se han marcado sobre la Tabla los nombres de los eventos con los que se los refiere en el resto del informe. Nº Evento PGA g PGV cm/s PGD cm PGA-UP g Cape Mend,97 7,,75 Coalinga, 9,7 5,,9 Corralitos,6 55,,9,6 Imperial,59 6, 6,9,75 5 Kobe,, 7,7, 6 Taiwan,,,,5 7 New Hall,5 7, 7,6,6 Petrolia,66 9,5,, 9 Sylmar,,9,5,5 Tabas,5, 9,6,69 Centro,6,7 55,,75 Tabla : Aceleraciones, Velocidades y Desplazamientos máximos de los terremotos. 5. RESULTADOS OBTENIDOS En la Fig. (a) se muestra el primer modo relevante del edificio para el caso con fundación rígida, donde son obvias las deformaciones de entrepisos. En la misma figura del lado derecho (b) se puede observar el primer modo correspondiente al edificio sobre aisladores BCS, las deformaciones se concentran ahora al nivel de los aisladores, mientras que el edificio sufre distorsiones horizontales notablemente menores. La esquina superior derecha ha sido ampliada para una mejor visualización de los desplazamientos en el plano; debido al efecto de pendulación los desplazamientos verticales resultan en este caso aproximadamente un % de los horizontales. La relación de amortiguamiento crítica del modo resultó de 9%. (a) (b) Fig. : er. Modo relevante de la estructura con fundación rígida (5, Hz) y er. Modo relevante de la estructura aislada con aisladores BCS (, Hz) El control de la demanda de desplazamientos horizontales en los aisladores impuesta por el sistema es un factor limitante a tener en cuenta en el momento del diseño. Debido a las características de las señales sísmicas, la selección de los aisladores tuvo que adecuarse priorizando este aspecto técnico del proyecto. Los resultados obtenidos con el modelo y debido a los diferentes terremotos pueden observarse en la Tabla.

8 Capem end Coalinga,5,, Cirsoc,SII,5,, Cirsoc,SII,5,5,5,5,5,5 Corralitos Im pe ria l,5,, Cirsoc,SII,5,, Cirsoc,SII,5,5,5,5,5,5 Kobe Taiw an,5,, Cirsoc,SII,5,, Cirsoc,SII,5,5,5,5,5,5 New hall P e trolia,5,, Cirsoc,SII,5,, Cirsoc,SII,5,5,5,5,5,5 Sylmar Tabas,5,, Cirsoc,SII,5,, Cirsoc,SII,5,5,5,5,5,5 Centro,5,, Cirsoc,SII,5,5,5 Fig. 9: Espectros de pseudoaceleraciones de las señales sísmicas

9 9 Los desplazamientos máximos admisibles de proyecto en los aisladores del sistema BCS son de mm de acuerdo con el tipo seleccionado, lo que garantiza un funcionamiento dentro del rango normal previsto para los sismos máximos probables elegidos. Por otro lado, de los desplazamientos calculados en los aisladores NZ para algunos sismos resulta evidente que se hubiese planteado una situación similar, esto es la necesidad de trabajar sobre algunos parámetros del proyecto original de manera de garantizar un correcto funcionamiento de los aisladores y la seguridad de la estructura soportada. Nro. Terremoto Aislador B.C.S. Desplaz. horizontal [mm] Aislador NZ Desplaz. horizontal [mm] Cape Mendocino 7 76 Coalinga 9 57 Loma Prieta Corralitos 6 Imperial Valley, Array Nº Kobe 6 6 Chi-Chi Taiwan 59 7 Northridge New Hall, La Country 7 Cape Mendocino, Petrolia 95 9 Northridge Sylmar 9 57 Tabas Iran 7 9 Imperial Valley, El Centro 56 Tabla : Desplazamientos horizontales máximos de los aisladores BCS y NZ. En las Fig. y Fig. se muestran los desplazamientos verticales y horizontales en los aisladores BCS y NZ. Los desplazamientos verticales en los BCS no superan en general los ± mm mientras que en los NZ se mantienen por debajo de ±, mm, debido a la alta rigidez vertical provista en este último caso. Los gráficos aceleración vs. desplazamiento, con ambas variables medidas en la dirección horizontal en un nudo sobre la esquina del edificio y en su plano superior, son usados aquí para mostrar un panorama general de las prestaciones de los diferentes sistemas analizados. En las Fig. y Fig. se observan los citados gráficos dispuestos en tres columnas a efectos comparativos: a la izquierda las correspondientes al edificio sin aislamiento, al centro las obtenidas en el modelo con aisladores BCS y a la derecha con aisladores NZ. Es posible observar el límite en las aceleraciones máximas provistas por ambos sistemas de aislamiento y una buena reducción de las aceleraciones en las señales con elevada magnitud, destacándose los aisladores NZ por proveer aceleraciones menores y consecuentemente desplazamientos mayores que el sistema BCS. La Fig. muestra las aceleraciones verticales vs. los desplazamientos verticales para los distintos casos y para el sismo identificado como Petrolia. Con el fin de comparar las prestaciones en cuanto a la reducción de esfuerzos, a modo de ejemplo se muestran las solicitaciones máximas obtenidas durante los sismos para una columna situada en la planta baja y en la esquina del edificio, o sea inmediatamente por encima de los aisladores y para los tres casos calculados. La Tabla contiene esfuerzos normales, la Tabla 5 esfuerzos de corte y la Tabla 6 momentos flectores máximos.

10 ,,,, -, -, Aisladores BCS Cape Mend -, -, -,6 -, -,,,,6,,,E,E,E+ -,E Aisladores NZ Cape Mend,E -,,,,,,6,,, Coalinga,,, -, -, -, -,,,,6 Coalinga,E,E,E+ -,E,E -,6 -, -,,,,,6 Corralitos,,,, -, -, -, -, -,6 -, -,,,,6, Corralitos,E,E,E+ -,E,E -, -, -,6 -,,,6, Imperial,,,, -, -, -, -, -,6 -, -,,,,6 Imperial,E,E,E+ -,E,E -, -,6 -, -,,,,,6,,,,, -, Kobe -, -, -,,,,6 Kobe,E,E,E+ -,E,E -, -,6 -, -,,,, Taiwan,,,, -, -, -,6 -, -,,,,6, Taiwan,E,E,E+ -,E,E -, -,9 -,6 -,,,,6,9, Fig. : Demandas de desplazamientos verticales y horizontales sobre los aisladores BCS y NZ.

11 Aisladores BCS New Hall,,,, -, -, -, -, -,6 -, -,,,,6, Aisladores NZ New Hall,E,E,E+ -,E,E -, -, -,5 -,,,,7,, Petrolia Petrolia,,, -, -, -, -,5,5,,E,E,E+ -,E,E -, -,,,,,, Sylmar,E Sylmar,, -, -, -, -,,,,,E,E+ -,E,E -, -, -, -,,,,, Tabas,,, -, -, -, -,6 -, -,,,,6, Tabas,E,E,E+ -,E,E -, -, -, -,,,,, Centro,,,, -, -, -, -,,,,6, Centro,E,E,E+ -,E,E -, -, -, -,,,,,, Fig. : Demandas de desplazamientos verticales y horizontales sobre los aisladores BCS y NZ. (cont.)

12 Sin Aislador Aisladores BCS Aisladores NZ Cape Mend - -, -, -,,, Cape mend , -,5,5,,5 - Cape Mend -,5,5,,5,,5, Coalinga 6 - -,6 -, -,,,, Coalinga ,6 -, -,,,,6 - Coalinga -,5 -, -,,,,5,7 Corralitos , -, -,,,,, 6 - Corralitos -6 -, -,5,5, - Corralitos -, -, -,6 -,,,6,, 6 - Imperial -,6 -, -,,,,,6 6 - Imperial -6 -, -,5,5, - Imperial -, -,6 -,,,6, 6 - Kobe + -,6 -, -,,,,,6 - Kobe -,6 -, -,,,,6 - Kobe -, -,6 -, -,,, Taiwan , -,,,, 6 - Taiwan -6 -, -,5,5, - Taiwan -, -, -,,,, Fig. : Curvas aceleración horiz. vs. desplazamiento horiz. del nodo superior en esquina del edificio

13 Sin Aislador Aisladores BCS Aisladores NZ 6 - New Hall -,6 -, -,,,, 6 - New Hall -, -,5,5, - New Hall -, -, -,,,,,6 6 - Petrolia -, -,,,, 5-5 Petrolia -,5 -, -,5,5,,5 - Petrolia -, -,,,,, 6 - Sylmar 6 -,6 -, -,,,,,6 Sylmar ,5 -, -,5,5,,5 - Sylmar -, -, -, -,,,,, , -, 6 Tabas -, -,,,,,6, Desplazamiento [m] 6 - Tabas -6 -, -,5,5, Tabas - -, -, -, -,,,,, 5-5 Centro -, -, -,,,,, Centro ,5,5, - Centro -, -, -, -,,,,,,5 Fig. : Curvas aceleración horiz. vs. desplazamiento horiz. del nodo superior en esquina del edificio (cont.)

14 5-5 sin aislamiento -, -,,,, 5-5 BCS -, -,,,, 5-5 NZ -, -, -,,,, Fig. : Aceleraciones verticales vs. desplazamientos verticales del nodo superior del edificio. Terremoto sin aislac. Esfuerzo Normal con B.C.S. con NZ kn kn % kn % capemend coalinga corralitos imperial kobe taiwan newhall petrolia sylmar tabas 6 7 centro Tabla : Esfuerzos normales máximos sobre una columna en PB en la esquina del edificio. Esfuerzo Cortante sin aislac. con B.C.S. con NZ kn kn % kn % capemend coalinga corralitos imperial kobe taiwan newhall petrolia sylmar tabas 7 7 centro Terremoto Tabla 5: Esfuerzos cortantes máximos sobre una columna en PB en la esquina del edificio.

15 5 Terremoto sin aislac. Momento Flector con B.C.S. con NZ kn-m kn-m % kn-m % capemend 9 coalinga 5 corralitos 7 5 imperial 5 kobe 5 taiwan 6 9 newhall petrolia sylmar 5 9 tabas centro Tabla 6: Momentos flectores máximos en una columna en PB en la esquina del edificio. De las tablas se obtiene, por ejemplo, que los esfuerzos normales de la columna considerada se reducen respecto del caso sin aislamiento a valores comprendidos entre el al 67% para aisladores BCS y de 6 a % para los NZ. Los esfuerzos de corte y momento flector son también reducidos desde valores máximos de kn a máximos de aprox. kn para todos los sismos considerados cuando se utilizan sistemas de aislamiento, mientras que una situación similar de limitación de los valores máximos se observa respecto del momento flector. Resulta también notoria la amplia variación de los porcentajes de reducción de esfuerzos en función de las señales sísmicas elegidas para el análisis. Para dar más generalidad a la situación global de los esfuerzos sobre la estructura, se muestran en las Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7 y Fig. los diagramas de esfuerzos Normales (columna izquierda), de Corte (columna central) y Momento Flector (columna derecha), para los eventos sísmicos: Nro. Cape Mendocino-C.M., Nro. Cape Mendocino-Petrolia; Nro.9 Northridge-Sylmar y Nro. Imperial Valley-Centro respectivamente. Para facilitar la visualización se han mantenido constantes las escalas en todos los casos para los diagramas correspondientes al edificio con aisladores BCS y NZ a saber: 5 kn/mm para el esfuerzo Normal, kn/mm para el Corte y 5 kn m /mm para el Momento Flector. Las escalas en el caso de los diagramas para el edificio sin aislamiento se redujo en un factor 5 para Cape Mendocino, en un factor,5 para Petrolia y Centro y en un valor para Sylmar. Más allá de las interpretaciones particulares de las solicitaciones para cada señal sísmica en función de sus espectros de pseudoaceleraciones que se pueden realizar, interesa aquí destacar que, de los diagramas de esfuerzos y de los factores de escala elegidos, resulta evidente que las solicitaciones en la columna presentadas anteriormente son en general representativas del estado tensional general del edificio para cada caso.

16 6 Edificio sin aislamiento Aisladores BCS Aisladores NZ Esc. 5 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 knm/mm Fig. 5: Diagrama general de esfuerzos Normales, Corte y Momento Flector para Cape Mendocino-Cape Mendocino

17 7 Edificio sin aislamiento Aisladores BCS Aisladores NZ Esc. 75 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. 7,5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Fig. 6: Diagrama general de esfuerzos Normales, Corte y Momento Flector para Cape Mendocino-Petrolia.

18 Edificio sin aislamiento Aisladores BCS Aisladores NZ Esc. kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Fig. 7: Diagrama general de esfuerzos Normales, Corte y Momento Flector para Northridge- Sylmar.

19 9 Edificio sin aislamiento Aisladores BCS Aisladores NZ Esc. 75 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. 5 kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. kn/mm Esc. 7,5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Esc. 5 kn m/mm Fig. : Diagrama general de esfuerzos Normales, Corte y Momento Flector para Imperial Valley- Centro.

20 Finalmente se muestran en Tabla 7 las reacciones basales máximas del edificio para los sismos y los tres casos considerados. Como consecuencia de sus distintas rigideces vertical y horizontal, el desempeño del aislador NZ es superior al BCS en lo que respecta al corte basal, mientras que la reacción vertical es siempre menor en el aislador BCS. Reacciones Basales Máximas Horizontal Vertical Sismo sin aislam. Aisl. BCS Aisl. NZ sin aislam. Aisl. BCS Aisl. NZ kn kn kn kn kn kn capemend coalinga corralitos imperial kobe newhall sylmar tabas petrolia taiwan centro Tabla 7: Reacciones Basales máximas durante los sismos del Edificio considerado 6. CONCLUSIONES Del análisis efectuado queda demostrado la conveniencia técnica de la incorporación de aisladores de base, tanto en la reducción de aceleraciones como de esfuerzos sobre los miembros estructurales. El sistema de aislamiento de base consistente en resortes helicoidales y amortiguadores viscosos ha sido introducido en edificios después de la experiencia ganada en su utilización para el aislamiento de maquinarias y equipos pesados. El comportamiento dinámico del modelo formado debe ser entendido y calculado en forma tridimensional, ya que la flexibilidad y el amortiguamiento vertical son componentes distintivos del sistema, en comparación con los sistemas flexibles sólo en la dirección horizontal. Los resultados mostrados en el presente trabajo muestran que el aislamiento BCS constituye una alternativa técnica que por sus características conduce en general en aceleraciones horizontales algo mayores y desplazamientos horizontales menores que los obtenibles con aisladores de elastómero. Debido a los aisladores BCS los esfuerzos calculados se mantienen en valores reducidos para todos los sismos considerados, protegiendo así a la estructura. Se muestra además una amplia variación de resultados en función de los distintos eventos sísmicos, lo que es atribuible a las diferentes magnitudes y componentes en frecuencia de los once sismos designados como probables. Al respecto, y al momento del diseño del sistema de aislamiento, resulta clara la necesidad de contar con información lo más precisa posible sobre el input sísmico, de manera de ajustar las propiedades del filtro lo más adecuadamente posible.

21 7. REFERENCIAS Design of Seismic Isolated Structures From Theory to Practice, Naeim, F. and Kelly, J.M., John Wiley & Sons, Inc., New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto, (999). Diseño Simoresistente de Edificios. Técnicas Convencionales y Avanzadas. Luis M. Bozzo, Alex H. Barbat. Editorial Reverté, S.A.. Seismic Protection of Structures by Viscoelastic Elements. The Eighth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction. 5-7 December, Nanyang Technological University, Singapore. Paper No.:59. Prediction of Observed Responses of Base-Isolated Structures, N. Makros et al., Journal of Structural Engineering, Mayo Method for Random Vibration of Histeretic Systems, Wen Y. K., Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE,, 9-6, Microzonificación sísmica del Gran Mendoza, República Argentina. Instituto Nacional de Prevención Sísmica, Secretaría de Obras Públicas, Ministerio de Obras y Servicios Públicos, Poder Ejecutivo Nacional, 99.