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24 septiembre 2020 Blog Revista Geociencias SURA

Aislamiento sísmico: tecnología para la resiliencia sísmica

El aislamiento sísmico es una tecnología probada que le permite a una estructura “bailar” con la Tierra, de manera segura, en lugar de luchar contra ella. Aislar una estructura cualquiera del movimiento sísmico es la forma más efectiva de proteger, sus contenidos, funcionalidad y vida de sus ocupantes. Así, se minimizan las pérdidas asociadas a la suspensión de operaciones y a los eventos generadores de responsabilidad. 

* Este artículo fue publicado en la Revista Geociencias SURA | Edición 2 | Septiembre de 2017.

 

Imagine que su casa se apoya suavemente sobre un lago congelado sin adherirse a él, cuando se presenta un gran sismo. ¿Aparte de notar alguna vibración menor, cómo sabría qué ocurrió un sismo? La ausencia de una conexión a la Tierra, le permitiría al hielo deslizarse horizontalmente sin afectar la casa. 

Ni usted, ni su casa, ni siquiera una taza de café sobre la mesa experimentarían los movimientos horizontales del terreno. Con este escenario idealizado, explica el concepto de “aislamiento sísmico” el M.Sc. Mason Walters, ingeniero estructural de la firma Forell/Elsesser, de California. 

Está claro que la realidad del aislamiento sísmico no es tan ideal, si se tienen en cuenta los límites legales del predio que cada edificación, o estructura, puede ocupar, lo cual implica, tanto restricciones de cuánto se puede mover la estructura aislada durante el evento sísmico, como del diseño de un mecanismo para que recupere su ubicación original, después del sismo. 

El ingeniero Ivan Skinner fue el pionero del aislamiento sísmico. Este eminente ingeniero decía: “Queremos darle a la estructura un suave paseo”. Propuso la idea del aislamiento sísmico al final de los años setenta, y todo lo que era requerido para iniciar el proyecto se hizo realidad en la década siguiente. El primer proyecto de diseño con aislamiento sísmico fue el edificio William Clayton en Wellington, Nueva Zelanda. 

 

¿Cómo funciona el aislamiento sísmico?

Consiste en reemplazar la conexión directa y rígida entre la estructura y el terreno de apoyo, por un conjunto de apoyos flexibles en el sentido horizontal, que le permiten permanecer sin mayor perturbación, aunque el terreno de apoyo se mueva violentamente. 

Los apoyos encargados de separar la estructura del terreno se llaman “aisladores”, los cuales se diseñan para los requisitos de resistencia, flexibilidad y disipación de energía específicos de cada proyecto. 

De esta manera, como explica el ingeniero Mario Lafontaine, de la firma chilena René Lago Engineers, en toda obra con solución de aislamiento sísmico existe el denominado plano de aislamiento, que se define como el límite entre lo que está sobre los aisladores (estructura protegida) y lo que está debajo de los aisladores (que se mueve conjuntamente con el terreno). 

Este plano de aislamiento posibilita un desplazamiento horizontal relativo entre la estructura y el terreno, que cambia las condiciones de dinámica horizontal de la estructura con respecto a las que tendría si se construyera de manera convencional, y permite: 

  • Que la estructura que está sobre los aisladores quede protegida de desplazamientos relativos grandes entre pisos, que son la principal causa de daños en estructuras convencionales. 
  • Reducir significativamente la fuerza horizontal en la base y el momento de volcamiento en la estructura aislada, con respecto a la que experimentaría si se construyera de manera convencional, lo cual se traduce en una menor fuerza horizontal de diseño en la base. 
  • Reducir las aceleraciones en los pisos, que son la causa primordial del daño a los contenidos y a elementos electromecánicos que suplen funciones vitales en ciertas edificaciones. 

Las estructuras aisladas requieren algunos detalles en las conexiones de elementos estructurales y no estructurales, tales como: 

  • Las tuberías y cableados deben tener uniones flexibles entre la estructura protegida y lo que está debajo de los aisladores, de tal manera que asuman con holgura el desplazamiento en el plano de aislamiento durante un sismo. 
  • Las entradas, conexiones entre puentes, escaleras y ascensores deben tener holguras, para evitar que choquen durante el evento sísmico.

 

“Cualquier estructura que requiera continuidad operativa es candidata a usar sistemas de aislamiento sísmico. Por ejemplo, en estructuras industriales el costo de interrumpir la producción por daño tras un sismo es muy alto, lo que motiva el uso de esta tecnología”. 

Ingeniero Mario Lafontaine, René Lagos Engineers, Chile. 

 

¿Cómo son los aisladores sísmicos?

El desarrollo de los tipos de aisladores que hacen viable esta tecnología de oro ha evolucionado drásticamente desde su idea inicial. Hoy, se comprenden mucho mejor sus propiedades mecánicas, su aplicación práctica y sus características de desempeño real. Adicionalmente, los tamaños, capacidades de desplazamiento y disipación de energía de los aisladores han aumentado considerablemente. 

Los requisitos básicos que deben cumplir los aisladores son los siguientes:

  • Aislar la estructura del terreno.
  • Soportar el peso de la estructura. 
  • Amortiguar la respuesta sísmica de la estructura. 
  • Recuperar la posición original de la estructura después del sismo. 

Los sistemas de aislamiento sísmico demostraron su eficacia durante el sismo del 11 de marzo de 2011 en Tohoku-oki, con una magnitud 9.0 (Mw), considerado el quinto más grande registrado a nivel mundial y el de mayor duración registrado en la historia de Japón. 

Durante este evento, las edificaciones construidas con aislamiento sísmico tuvieron un excelente desempeño, como es el caso de un edificio de oficinas en concreto reforzado de nueve pisos ubicado en Sendai, construido en 1981 y rehabilitado en el 2009 mediante la implementación de aisladores sísmicos. 

Respecto a las aplicaciones del aislamiento sísmico en edificios, explica el ingeniero René Lagos, “cuando hablamos de suelos rígidos y suelos blandos, de edificios rígidos o edificios flexibles, son todos términos relativos, es decir, el aislamiento sísmico busca concentrar toda la deformación en los aisladores y aumentar el periodo de vibración de la estructura con respecto al que tendría si no estuviera aislada, de tal manera que no se encuentre en el rango donde se ubica la máxima respuesta sísmica del suelo”. 

Fuentes

  • José Ignacio Restrepo. Ph.D. en Ingeniería Sísmica, en la Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda. Profesor de la Universidad de California en San Diego y profesor de la Escuela de Reducción del Riesgo Sísmico (Rose School) en Pavía, Italia.
  • Mario Lafontaine. Ingeniero civil de la Universidad de Chile, vinculado desde 2008 en la empresa René Lagos Engineers.
  • René Lagos. Ingeniero civil de la Universidad de Chile, socio y gerente general – CEO de René Lagos Engineers.