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El aislamiento sísmico de base , también conocido como aislamiento de base , [3] o sistema de aislamiento de base , [4] es uno de los medios más populares para proteger una estructura contra las fuerzas sísmicas . [5] Es una colección de elementos estructurales que deben desacoplar sustancialmente una superestructura de su subestructura que a su vez descansa sobre el suelo tembloroso, protegiendo así la integridad de una estructura edificada o no edificada . [6]
El aislamiento de la base es una de las herramientas más poderosas de la ingeniería sísmica en lo que respecta a las tecnologías de control pasivo de vibraciones estructurales . El aislamiento se puede obtener mediante el uso de diversas técnicas, como cojinetes de goma, cojinetes de fricción, cojinetes de bolas, sistemas de resortes y otros medios. Su objetivo es permitir que una estructura, ya sea un edificio o no, sobreviva a un impacto sísmico potencialmente devastador mediante un diseño inicial adecuado o modificaciones posteriores. En algunos casos, la aplicación del aislamiento de la base puede aumentar considerablemente tanto el rendimiento sísmico de una estructura como su sostenibilidad sísmica . Contrariamente a la creencia popular, el aislamiento de la base no hace que un edificio sea a prueba de terremotos.
El sistema de aislamiento base consta de unidades de aislamiento con o sin componentes de aislamiento , donde:
Las unidades de aislamiento pueden consistir en unidades de corte o de deslizamiento. [7] [ ¿fuente no confiable? ] [8] [ ¿ fuente no confiable? ]
Esta tecnología se puede utilizar tanto para nuevos diseños estructurales [9] como para reacondicionamiento sísmico . En el proceso de reacondicionamiento sísmico , algunos de los monumentos más destacados de EE. UU., por ejemplo , el Ayuntamiento de Pasadena , el Ayuntamiento de San Francisco , el Salt Lake City and County Building o el Ayuntamiento de Los Ángeles se montaron sobre sistemas de aislamiento de base . Requirió crear diafragmas de rigidez y fosos alrededor de los edificios, así como tomar previsiones contra vuelcos y el efecto P-Delta .
El aislamiento de base también se utiliza a menor escala, a veces en una sola habitación de un edificio. Los sistemas de suelo elevado aislados se utilizan para proteger el equipo esencial contra los terremotos. La técnica se ha incorporado para proteger estatuas y otras obras de arte; véase, por ejemplo, Las puertas del infierno de Rodin en el Museo Nacional de Arte Occidental en el parque Ueno de Tokio . [10]
Las unidades de aislamiento de base consisten en cojinetes de movimiento lineal , que permiten que el edificio se mueva, amortiguadores de aceite que absorben las fuerzas generadas por el movimiento del edificio y cojinetes de caucho laminado que permiten que el edificio regrese a su posición original cuando el sismo ha terminado. [11]
Los cojinetes aisladores de base fueron pioneros en Nueva Zelanda por el Dr. Bill Robinson durante la década de 1970. [12] El cojinete, que consta de capas de caucho y acero con un núcleo de plomo, fue inventado por el Dr. Robinson en 1974. Más tarde, en 2018, la tecnología fue comercializada por Kamalakannan Ganesan y posteriormente se hizo libre de patente, lo que permitió un acceso y una aplicación más amplios de esta tecnología resistente a los terremotos. [13] Los primeros usos de los sistemas de aislamiento de base se remontan al 550 a. C. en la construcción de la Tumba de Ciro el Grande en Pasargadae , Irán. [14] Más del 90% del territorio de Irán, incluido este sitio histórico, se encuentra en el cinturón alpino-Himalaya, que es una de las zonas sísmicas más activas de la Tierra. Los historiadores descubrieron que esta estructura, compuesta predominantemente de piedra caliza, fue diseñada para tener dos cimientos. La primera y más baja cimentación, compuesta de piedras unidas entre sí con un mortero de cal y arena, conocido como mortero Saroj, fue diseñada para moverse en caso de terremoto. La capa superior de la cimentación, que formaba una gran placa que no estaba unida de ninguna manera a la base de la estructura, estaba compuesta de piedras pulidas. La razón por la que esta segunda cimentación no estaba unida a la base era que, en caso de terremoto, esta capa en forma de placa podría deslizarse libremente sobre la primera cimentación de la estructura. Como los historiadores descubrieron miles de años después, este sistema funcionó exactamente como sus diseñadores habían predicho y, como resultado, la Tumba de Ciro el Grande todavía se mantiene en pie hoy en día. El desarrollo de la idea del aislamiento de la base se puede dividir en dos eras. En la antigüedad, el aislamiento se realizaba mediante la construcción de piedras cortadas de varias capas (o colocando arena o grava debajo de la cimentación), mientras que en la historia reciente, además de capas de grava o arena como interfaz de aislamiento, se utilizan troncos de madera entre el suelo y la cimentación. [15]
A través de la Red George E. Brown, Jr. para Simulación de Ingeniería Sísmica ( NEES ), los investigadores están estudiando el rendimiento de los sistemas de aislamiento de base. [16] El proyecto, una colaboración entre investigadores de la Universidad de Nevada, Reno ; la Universidad de California, Berkeley ; la Universidad de Wisconsin, Green Bay ; y la Universidad de Buffalo está llevando a cabo una evaluación estratégica de las barreras económicas, técnicas y de procedimiento para la adopción generalizada del aislamiento sísmico en los Estados Unidos. Los recursos de NEES se han utilizado para simulación experimental y numérica, minería de datos, redes y colaboración para comprender la compleja interrelación entre los factores que controlan el rendimiento general de un sistema estructural aislado. Este proyecto implica una mesa vibratoria sísmica y pruebas híbridas en las instalaciones experimentales de NEES en la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de Buffalo, destinadas a comprender los límites de rendimiento máximos para examinar la propagación de fallas de aislamiento locales (por ejemplo, golpes contra topes, fallas de cojinetes, elevación) a la respuesta a nivel del sistema. Estas pruebas incluirán una prueba tridimensional a escala real de un edificio de acero aislado de 5 pisos en la mesa vibratoria E-Defense en Miki, Hyōgo, Japón. [17] La investigación sobre aislamiento sísmico a mediados y fines de la década de 1970 se basó en gran medida en la observación de que la mayoría de los registros de movimiento fuerte registrados hasta ese momento tenían valores de aceleración espectral muy bajos (2 s) en el rango de período largo. Los registros obtenidos de los sitios del lecho del lago en el terremoto de la Ciudad de México de 1985 plantearon inquietudes sobre la posibilidad de resonancia, pero tales ejemplos se consideraron excepcionales y predecibles. Uno de los primeros ejemplos de la estrategia de diseño de terremotos es el dado por el Dr. JA Calantariens en 1909. Se propuso que el edificio se puede construir sobre una capa de arena fina, mica o talco que permitiría que el edificio se deslizara en un terremoto, reduciendo así las fuerzas transmitidas al edificio. Una revisión bibliográfica detallada de los sistemas de control semiactivo Michael D. Symans et al. (1999) proporciona referencias a investigaciones tanto teóricas como experimentales, pero se concentra en la descripción de los resultados del trabajo experimental. En concreto, la revisión se centra en las descripciones del comportamiento dinámico y las características distintivas de varios sistemas que se han probado experimentalmente tanto a nivel de componentes como en modelos estructurales de pequeña escala.
Un sistema de aislamiento de base adaptable incluye un aislador ajustable que puede ajustar sus propiedades en función de la entrada para minimizar la vibración transferida. Se han sugerido amortiguadores de fluido magnetorreológicos [18] y aisladores con elastómero magnetorreológico [19] como aisladores de base adaptables.
