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El aislamiento sísmico de la base , también conocido como aislamiento de la base , [3] o sistema de aislamiento de la 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 deberían desacoplar sustancialmente una superestructura de su subestructura que a su vez descansa sobre el suelo tembloroso, protegiendo así la integridad de una estructura edificable o no edificable . [6]
El aislamiento de la base es una de las herramientas más poderosas de la ingeniería sísmica relacionada con 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 resorte y otros medios. Su objetivo es permitir que una estructura, edificada o no, sobreviva a un impacto sísmico potencialmente devastador mediante un diseño inicial adecuado o modificaciones posteriores. En algunos casos, la aplicación de aislamiento de base puede aumentar considerablemente tanto el desempeño 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 correderas. [7] [ ¿ fuente poco confiable? ] [8] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Esta tecnología se puede utilizar tanto para nuevos diseños estructurales [9] como para modernizaciones sísmicas . En el marco de la modernización sísmica , algunos de los monumentos más destacados de EE. UU., como por ejemplo el Ayuntamiento de Pasadena , el Ayuntamiento de San Francisco , el edificio Salt Lake City and County o el Ayuntamiento de Los Ángeles, se montaron sobre sistemas de aislamiento base . Requirió crear diafragmas de rigidez y fosos alrededor de los edificios, así como tomar medidas contra vuelcos y efecto P-Delta .
El aislamiento de la base también se utiliza a menor escala, a veces hasta una sola habitación de un edificio. Los sistemas de piso elevado aislados se utilizan para proteger equipos esenciales contra 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 constan de 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 terremoto ha terminado. . [11]
Los rodamientos 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. [13] Los primeros usos de los sistemas de aislamiento de base se remontan al año 550 a.C., en la construcción del Tumba de Ciro el Grande en Pasargadae , Irán. [14] Más del 90% del territorio de Irán, incluido este sitio histórico, está ubicado 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 base, la inferior, compuesta de piedras unidas con un mortero de cal y arena, conocido como mortero Saroj, fue diseñada para moverse en caso de terremoto. La capa superior de cimentación, que formaba una gran losa 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 base no estaba atada a la base fue que, en caso de un terremoto, esta capa en forma de placa podría deslizarse libremente sobre la primera base de la estructura. Como descubrieron los historiadores miles de años después, este sistema funcionó exactamente como sus diseñadores habían predicho y, como resultado, la Tumba de Ciro el Grande sigue en pie hoy en día. El desarrollo de la idea del aislamiento de bases se puede dividir en dos épocas. En la antigüedad, el aislamiento se realizaba mediante la construcción de piedras cortadas en varias capas (o colocando arena o grava debajo de los cimientos), 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 los cimientos. . [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 ; Universidad de California, Berkeley ; 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, extracción de datos, creación de redes y colaboración para comprender la compleja interrelación entre los factores que controlan el rendimiento general de un sistema estructural aislado. Este proyecto incluye pruebas híbridas y de mesa vibratoria contra terremotos en las instalaciones experimentales de NEES en la Universidad de California, Berkeley y la Universidad de Buffalo, con el objetivo de comprender los límites finales de rendimiento para examinar la propagación de fallas de aislamiento locales (por ejemplo, choques contra topes, rodamientos). fallas, elevación) a la respuesta a nivel del sistema. Estas pruebas incluirán una prueba tridimensional a gran escala de un edificio de acero aislado de cinco pisos en la mesa vibratoria de E-Defense en Miki, Hyogo, Japón. [17] La investigación sobre el aislamiento sísmico a mediados y finales de la década de 1970 se basó en gran medida en la observación de que la mayoría de los registros de movimientos fuertes registrados hasta ese momento tenían valores de aceleración espectral muy bajos (2 segundos) en el rango de período largo. Los registros obtenidos de los lechos de los lagos durante el terremoto de la Ciudad de México de 1985 plantearon preocupaciones sobre la posibilidad de resonancia, pero tales ejemplos se consideraron excepcionales y predecibles. Uno de los primeros ejemplos de la estrategia de diseño sísmico es el dado por el Dr. JA Calantariens en 1909. Se propuso que el edificio se pudiera construir sobre una capa de arena fina, mica o talco que permitiera que el edificio se deslizara en un terremoto, reduciendo así las fuerzas transmitidas al edificio. Una revisión detallada de la literatura sobre sistemas de control semiactivos Michael D. Symans et al. (1999) proporciona referencias a investigaciones tanto teóricas como experimentales, pero se concentra en describir los resultados del trabajo experimental. Específicamente, la revisión se centra en descripciones del comportamiento dinámico y características distintivas de varios sistemas que han sido probados experimentalmente tanto a nivel de componentes como dentro de modelos estructurales a pequeña escala.
Un sistema de aislamiento de base adaptable incluye un aislador sintonizable que puede ajustar sus propiedades en función de la entrada para minimizar la vibración transferida. Se han sugerido como aisladores de base adaptativos amortiguadores de fluido magnetorreológico [18] y aisladores con elastómero magnetorreológico [19] .
