Sistema de aislamiento sísmico de estructuras industriales, Michael Rendel

Corporación de Desarrollo Tecnológico

Corporación de Desarrollo

Tecnológico

11 de abril de 2012

Desayuno Tecnológico

Protección Sísmica

Michael Rendel

www.cdt.cl

Sistema de aislamiento sísmico de estructuras

industriales

Innovative Solutions for Optimal Structure Performance

CDT

CORPORACIÓN DE DESARROLLO

TECNOLÓGICO

CICLO DE CHARLAS TÉCNICAS:

S

ISTEMAS

DE

A

ISLAMIENTO

S

ÍSMICO

SIRVE Seismic Protection

Technologies

Innovative Solutions for Optimal Structure Performance

QUIENES SOMOS

ingeniería

tecnología

Soluciones integrales

de Protección Sísmica

Misión

Desarrollar

tecnología

soluciones

innovadoras que mejorar sustantivamente el desempeño de las estructuras frente a solicitaciones extremas, mejorando

así la

calidad de vida

High-rise buildings Office buildings

Education

Infrastructure

Medical Centers

Precast Buildings Government Buildings

SOLUCIONES

INTEGRALES

Hospitals

Bridges Social Housing

Complex structures

EL

PROBLEMA

2011

Japón

2010

Chile

2010

Haití

2004

Indonesia

2011

Nueva Zelanda

INTERSISMICO

COSISMICO - POSTSISMICO

Mecanismo

TERREMOTO DEL

27-F (CHILE)

EL

DESASTRE

EL PUENTE DEL RÍO CLARO EN TALCA

COMPLEJO HABITACIONAL MAIPU RESCATE EN EL EDIFICIO ALTO RIO, CONCEPCION

CAIDA DE PASARELAS EN AEROPUETO ARTURO MERINO BENITEZ

NUEVA

FILOSOFÍA

FILOSOFIA

SISMICA

NIVEL

NIVEL

NIVEL

Resistan sin daños

movimientos sísmicos de intensidad moderada

Limiten los daños

en elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad

Aunque presenten daños,

eviten el

colapso

CONVENCIONAL

DE

DISEÑO

SÍSMICO

La filosofía tradicional de

diseño sísmico asume la

ocurrencia de daño, y

que las estructuras

puedan quedar

PROTECCIÓN

SÍSMICA

a la vida

Nueva

TÉCNICAS

Elastomérico

Friccional

Cinemático

Disipación

_Aislamiento

Sísmico

Metálica

Friccional

Viscosa

Semiactivas

EDIFICIO SIN

AISLACION BASAL

EDIFICIO CON

AISLAMIENTO

BASAL

La estructura vibra y la deformación produce daño

La vibración se reduce entre 6 y 8 veces

C

ONCEPT

Fue rz a de diseñ o (W /g) 3 0

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0.2 0.4 0.6 1

1.2 1.2

1 0.4 0 NCh 2745-03 NCh 433-96 0.8 0.2 R ≈ 6 R = 2b d Periodo (s) V_e V_i ESTRUCTURA CONVENCIONAL ESTRUCTURA AISLADA

C

ONCEPT

O

1.3

AISLADOR TIPO PENDULO FRICCIONAL

1.2

AISLADOR DE BASE DE FRICCION

1.1

AISLADOR DE BASE ELASTOMÉRICO

TIPOS DE AISLADORES

PROYECTOS

EXISTENTES

EJEMPLOS:

de reducción de las deformaciones y esfuerzos sísmicos de la estructura

80%

EJEMPLO

HOSPITAL MILITAR

PROYECTO: AISLAMIENTO SISMICO HOSPITAL MILITAR

Ubicación : Comuna La Reina, Santiago, Chile

Año de Ejecución: 2004-2007

Materialidad: Hormigón Armado Sistema Estructura: Marcos Rígidos Numero de Pisos: 5

Superficie Total 39.900 m² (bloque A)

Sistema Sísmico: 164 aisladores elastoméricos a nivel del cielo del subterráneo..

EJEMPLO

C

ONS

TRUCCION

Z

O

N

A

N

O

A

IS

LA

D

A

DESEMPEÑO

HOSPITAL MILITAR

de reducción de las deformaciones y esfuerzos sísmicos de la estructura

80%

EJEMPLO

MUELLE CORONEL

PROYECTO: AISLAMIENTO SISMICO MUELLE PUERTO CORONEL

Ubicación : Coronel, VIII Región, Chile

Año de Ejecución: 2007-2008

Materialidad: Pilotes de acero /losa de hormigón Armado

Dimensiones: 420m de largo y 37 de ancho

Uso: Grúas de 1200 ton y sobrecarga de uso de 2.5 ton/m2.

PLANTA MUELLE

ORIGIN

AL

MO

DIFICAD

A

EJEMPLO

MUELLE CORONEL

100 pilotes inclinados

SECCION TIPO

SOL

UCION

C

ON

AISL

AMIENT

O

SISMI

C

O

EJEMPLO

MUELLE CORONEL

CONSTRUCCION

06

WHARF CORONEL

1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0.

06

WHARF CORONEL

1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0.

06

WHARF CORONEL

1.0. 2.0. 3.0. 4.0. 5.0.

DESEMPEÑO

MUELLE CORONEL

Z

O

N

A

N

O

A

IS

LA

D

NUEVOS

PROYECTOS

Edificio

MARIN

A

PAI

-HUE

Edificio MANCHESTER

AISLAMIENTO SÍSMICO

EDIFICIOS RESIDENCIALES

VULCO

ANA

CL

ET

O

ANGELINI

(CIT)

AISLAMIENTO SÍSMICO

EDIFICIOS CORPORATIVOS

Hospital de La Florida

Edificio de 5 pisos y 2 subterráneos con aislamiento sísmico

Superficie: 74.180 m2

Protección Sísmica: Aislamiento elastomérico

-

Edificio principal, de 6 pisos y 2 subterráneos con aislamiento sísmico

Edificio Norte, de 4 pisos con aislamiento sísmico

Superficie: 76.756 m2

Protección Sísmica: Aislamiento elastomérico Estado: en construcción

Descripción:

4 edificios en total, 2 con aislamiento sísmico (Unidad de Pacientes Críticos y Torre de Hospitalización)

Superficie: 113.744 m2

Protección Sísmica: Aislamiento elastomérico

Estado: en etapa de licitación

Hospital Exequiel González Cortés (CARS)

-

3 bloques de edificios de 8 pisos con aislamiento sísmico

Superficie: 200.000 m2

Protección Sísmica: Aislamiento elastomérico

Sistema de

Aislamiento Sísmico

Edificio Horno F

Planta de Cristalerías Chile

-

 Estructura de hormigón armado de 75x55m

 Sistema de aislamiento sísmico compuesto por

Modelación Estructura Horno F

Cristalerías Chile S.A., Planta Llay llay

• Modelo tridimensional

Para analizar el comportamiento del sistema de aislamiento fue necesario modelar el sistema completo, que incluyó:

• Superestructura de hormigón

• Torres de los silos • El horno y su soporte • El regenerador

• Las plataformas y estructura de techo. • Losa de Aislamiento

Modelación Estructura Horno F

Modelación Estructura Horno F

Modelación Estructura Horno F

Modelación Estructura Horno F

0 10 20 30 40 50 60 70 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Tiempo [s] A c e le ra c io n [ g ] (v e c e s l a a c e le ra c io n d e g ra v e d a d )

Aceleraciones en Horno

base fija aislado

TIPO ACELERACION

(g)

AISLADO 0.16

FIJO 0.69

Comparación Base fija – Estructura Aislada

Aceleración en Horno

TIPO ACELERACION (g)

AISLADO 0.27

FIJO 2.13

0 10 20 30 40 50 60 70

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Tiempo [s] A c e le ra c io n [ g ] (v e c e s l a a c e le ra c io n d e g ra v e d a d )

Aceleraciones en torre de silos

base fija aislado

Comparación Base fija – Estructura Aislada

Aceleración en Torre de Silos

TIPO DESPLAZAMIENTO (cm)

AISLADO 2.83

FIJO 14.71

0 10 20 30 40 50 60 70 -15 -10 -5 0 5 10 15 Tiempo [s] D e s p la z a m ie n to [ c m ]

Desplazamientos en nivel de techo

base fija aislado

Comparación Base fija – Estructura Aislada

Desplazamiento de Techo

TIPO CORTE BASAL (Ton)

AISLADO 2343

FIJO 14126

Comparación Base fija – Estructura Aislada

Corte Basal

0 10 20 30 40 50 60 70 -1.5

-1 -0.5 0 0.5

1x 10

4 Tiempo [s] C o rt e [ To n ] Corte basal base fija aislado

0 5 10 15 Techo De s pl a za m iento (cm ) Aislado Base fija 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Horno Silo Techo

A ce le ra ción (g) Aislado Base fija 0 5000 10000 15000 Base Co rte (T o n ) Aislado Base fija

Comparación Base fija – Estructura Aislada

Capacidad del Sistema de Aislamiento para

Edificio Cristalerías

El gráfico muestra la demanda de deformación impuesta por el terremoto del 27

de febrero de 2010 a distintas estructuras aisladas existentes (color azul). La

línea segmentada representa la deformación máxima que es capaz de resistir el edificio de Cristalerías Chile.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

ACHS Viña VULCO Clínica San Carlos de Apoquindo Hospital militar Muelle Coronel Edificio San Agustin Edificio Cristalerías

AISLAMIENTO

SÍSMICO ESTANQUE

GNL

–

MEJILLONES

•

Estructura de hormigón pretensado

y acero

•

160.000 toneladas de peso (lleno),

h=50m y D=90m

•

Con capacidad para almacenar

175.000 m

_{de GNL a -164C°}

GENERAL

PRINCIPALES

SÍSMICOS

AISLADORES

•

Sistema: 501 aisladores

elastoméricos de d=75cm

•

208 aisladores con núcleo de

plomo

•

Losa de aislación de 94 metros de

diámetro (70 - 120cm de espesor)

•

Generación del modelo Cad 3D

•

Importación en Ansys

Workbench

•

Asignación de secciones y

espesores

•

Exportación a Ansys Classic

•

Generación elementos:

• Elementos del estanque

• Elementos volumétricos del

Fluido

• Elementos no lineales para el

sistema de aislamiento sísmico

• Elementos para modelación del

suelo (SSI)

•

Análisis Tiempo Historia

•

Rutinas de Post-proceso

ESTRUCTURAL

MODELO

•

Modelo Geométrico

Inner Tank Outer Tank

Bottom Slab

Roof frame _{Hanger Rod}

Suspended Deck

Secondary Raft

Isolators

CAD 3D

•

ELEMENTOS Y MALLAS

E.FINITOS

0 2 4 6 8 10 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 T (s) Sa ( g ) OBE Spec LLo Lleo Melipilla San Felipe

0 2 4 6 8 10 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 T (s) Sa ( g ) OBE Spec LLo Lleo Melipilla San Felipe

0 10 20 30 40 50 60

-1 -0.5 0 0.5 1 Time (s) H o ri z o n ta l A c c e le ra ti o n ( g

) Activation for Horizontal Accel.

Activation for total Accel. Activation Value

0 10 20 30 40 50 60

-1 -0.5 0 0.5 1 Time (s) V e rt ic a l A c c e le ra ti o n ( g )

0 10 20 30 40 50 60

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Time (s) T o ta l A c c e le ra ti o n M a g n it u d e ( g )

SÍSMICO

REGISTRO

HORIZONTAL

VERTICAL

•

Compatibilización de Sismos

• Modos del Sistema (Convectivos, Impulsivos)

• Altura de ola del GNL (1.32m)

HISTORIA

HISTORIA

Tensiones Verticales (Sz)

Tensiones Tangenciales (St)

Tensiones de Corte (Stz)

• Esfuerzos en la Pared Interior

HISTORIA

Presión Estática

• Presiones sobre el Fondo (Validación)

HISTORIA

TIEMPO

–

Presión Sismo Max.

• Fuerzas y Desplazamientos Aisladores

HISTORIA

TERRENO

TERRENO

TERRENO

TERRENO

TERRENO

TERRENO

TERRENO

TERRENO

Los sistemas de protección sísmica permiten

reducir

considerablemente la

respuesta

de la estructura y su

desempeño

depende de la

tecnología

que se

Sistemas de Protección Sísmicas - Estructuras en Chile

El

excelente comportamiento

edificios protegidos sísmicamente ha sido reconocida

por el mercado

incrementado

exponencialmente la demanda.

2001

1

2003

2

2005

3

2007

6

2009

13

2011

45

Edificios protegidos sísmicamente

JAPON

Se repite el efecto producido en

Japón tras el terremoto de Kobe

(1995)

GRACIAS POR SU

ATENCIÓN

Desempeño

Reducción

Drift:

70% – 90% Desplaz. techo:

70% – 90% Acel. techo:

70% – 90%

Man

tenc

ió

n No requiere

Co

st

os 20-40 USD/m2

(no incluye reducción de costo en la estructura)

R

ee

mpl

az

o _{No requiere}

Mo

n

taje

Construcción in-situ

Sistemas de Protección Sísmicas - Estructuras en Chile

CARACTERISTICAS

DEL

AISLAMIENTO SISMICO

VENTAJAS

• Control de deformaciones, alta reducción de esfuerzos y aceleraciones en el edificio

• Genera libertad arquitectónica

• Se puede utilizar en edificios construidos (gubernamentales, patrimoniales, etc.)