Análisis, comportamiento y diseño de edificaciones con aisladores de péndulo friccional

Abstract

El aislamiento sísmico es una tecnología que consiste en colocar dispositivos lateralmente flexibles en la base de la edificación, de manera que el periodo de esta aumente y se aleje de las zonas de máximas aceleraciones del espectro sísmico de diseño, consiguiendo así una reducción de la demanda sísmica en la estructura. En nuestro país, se han proyectado y construido varios edificios con esta tecnología, especialmente de uso educativo y de salud. Sin embargo, se han utilizado principalmente aisladores elastoméricos, dejándose de lado los del tipo deslizante, a pesar de que son bastante usados a nivel mundial. Es por este motivo que se decide centrar este trabajo en un tipo de aislador deslizante: los de péndulo de fricción simple (FPS). La tesis se inicia mostrando el comportamiento y las particularidades de los FPS para luego definir un procedimiento de análisis, modelamiento y diseño que siga los lineamientos del ASCE 7-10 y otras referencias complementarias. Luego, se toma la arquitectura de un edificio de oficinas ubicado en el distrito de Miraflores (aceleración máxima del suelo = 0.45g) y se diseñan dos soluciones: una de base fi ja y una con aisladores FPS. La solución de base fija se plantea con un sistema de muros de corte de concreto armado con un factor de reducción de fuerzas igual a 6 y se diseña según el Proyecto de Norma E030 (es decir, con una deriva máxima permitida igual a 7%). Por otro lado, la solución con aisladores de péndulo friccional se plantea con un sistema de pórticos ordinarios de concreto armado con un factor de reducción de fuerzas de 1.125 y con objetivos de desempeño cuantificados según el Manual HAZUS MH 2.1 (deriva máxima permitida igual a 3.3 %, y aceleración de piso máxima permitida igual 0.60g). La comparación entre ambas soluciones muestra un comportamiento notablemente superior en el edificio aislado, pues las derivas máximas con respecto a la solución de base fija se reducen hasta en 60% y las aceleraciones de piso, hasta en 65%. Por el contrario, cuando se comparan los metrados de estructuras, se notó que las cantidades de concreto, encofrado, y acero de la solución aislada fueron mayores en 15%, 13% y 2%, respectivamente, lo que sumado al costo de los aisladores, hace que esta solución sea más cara, siempre y cuando no se tomen en cuenta los costos probables de reparación y la pérdida del contenido de la edificación. Debe notarse que lo anterior es válido para un edificio de uso común. Es probable que las diferencias de costo puedan acortarse y hasta revertirse en un edificio esencial pues si se planteara de base fija, debería diseñarse con un factor de importancia de 1.5, mientras que al hacerlo aislado, el factor de importancia sería de 1. Finalmente se comprueba que es necesario realizar un análisis tiempo-historia cuando se usan aisladores de péndulo friccional, pues su alta no linealidad genera amplificaciones con respecto al análisis espectral de hasta 400% en aceleraciones y 50% en derivas máximas.