Repotenciación sísmica con aislamiento de cubierta como amortiguador de masa sintonizado para edificios académicos
Barra lateral del artículo
Contenido principal del artículo
En Colombia, un gran porcentaje de edificaciones no satisfacen características sismo resistentes adecuadas, como en el caso de la ciudad de Cali donde el 70% de las estructuras son vulnerables ante eventos sísmicos. Un ejemplo de esto es la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, donde con más de 40 años de construcción, sus edificaciones requieren ser evaluadas y repotenciadas según el Reglamento NSR-10. Sin embargo, las técnicas de reforzamiento convencionales para edificios son muy invasivas, suspenden el servicio y pueden resultar muy costosas. Como alternativa, en este artículo se analiza una técnica de repotenciación empleando el sistema de aislamiento de cubierta. En este sistema, la losa de cubierta se desacopla de la estructura y se apoya sobre aisladores sísmicos elastoméricos, funcionando como un amortiguador de masa sintonizado (TMD), configuración que se facilita debido a la tipología estructural de los edificios de la Facultad. Para verificar la efectividad del sistema propuesto, se clasificaron los edificios en cuatro tipologías de acuerdo con sus características geométricas y la distribución de piso, y se diseñó tanto el reforzamiento convencional como el TMD. Se realizó la caracterización dinámica por medio de pruebas de vibración ambiental con cuatro acelerómetros sísmicos ubicados en la parte superior de las edificaciones, para identificar las frecuencias predominantes y razones de amortiguamiento asociadas a cada modo de vibración. La determinación de los parámetros se realizó con tres técnicas de identificación y con estos datos se ajustaron modelos en elementos finitos de los edificios. El sistema de aislamiento de cubierta logra disminuir la respuesta dinámica y, además, permite que la resistencia de los elementos estructurales soporte las solicitaciones del sismo, mostrando que el diseño del TMD es satisfactorio. El costo de la alternativa del aislamiento de cubierta disminuye entre 68 y 86% respecto a la propuesta convencional. Esta forma de repotenciación sísmica se presenta como una opción conveniente para ser implementada en edificaciones existentes de todo tipo de uso.
“¿Es hora de pensar en un metro para Cali?” https://www.elpais.com.co/cali/es-hora-de-pensar-en-un-metro-para.html (accessed Aug. 29, 2019).
O. Cardona, G. Wilches, X. García, E. Mansilla, F. Ramírez, and M. Marulanda, “Estudio sobre desastres ocurridos en Colombia: Estimación de pérdidas y cuantificación de costos.” Consultores en Riesgos y Desastres, Oct. 2004.
E. Ochoa, “Comportamiento inelástico de edificios con sistema reticular celulado y alternativas de reforzamiento,” Tesis de grado desarrollada para optar al título de Magíster en Ingeniería Civil, Universidad de los Andes, Bogotá D.C., 2005.
L. S. Vellar, S. P. Ontiveros-Pérez, L. F. F. Miguel, and L. F. Fadel Miguel, “Robust Optimum Design of Multiple Tuned Mass Dampers for Vibration Control in Buildings Subjected to Seismic Excitation,” Shock and Vibration, vol. 2019, 2019.
S. Bhowmick and S. K. Mishra, “Shape Memory Alloy-Tuned Mass Damper (SMA-TMD) for Seismic Vibration Control,” in Advances in Structural Engineering, Springer, New Delhi, 2015, pp. 1405–1418.
L. Breschi and A. Castillo, Use of TMD in structural engineering: Building Parque Araucano in Santiago de Chile. Víctor Compán Cardiel [etc.], 2015.
M. Gutierrez Soto and H. Adeli, “Tuned Mass Dampers,” Arch. Comput. Methods Eng., vol. 20, no. 4, pp. 419–431, Dec. 2013, doi: 10.1007/s11831-013-9091-7.
R. Villaverde, “Aseismic Roof Isolation System: Feasibility Study with 13-Story Building,” J. Struct. Eng., vol. 128, no. 2, pp. 188–196, Feb. 2002, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:2(188).
M. Melkumyan, “New Application of Roof Isolation System in the form of Isolated Upper Slab for Seismic Protection of an Existing 12-story Office Building,” Civ. Eng. Urban Plan. Int. J., vol. 1, no. 1, pp. 35–48, Jun. 2014.
M. Montanaro, “Sistemas de control de vibraciones en estructuras de gran altura,” Inf. Constr., vol. 53, no. 477, pp. 31–39, Feb. 2002.
A. A. Farghaly and M. Salem Ahmed, “Optimum Design of TMD System for Tall Buildings,” International Scholarly Research Notices, 2012. https://www.hindawi.com/journals/isrn/2012/716469/ (accessed Jul. 12, 2018).
G. B. Warburton, “Optimum absorber parameters for various combinations of response and excitation parameters,” Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 10, no. 3, pp. 381–401, 1982, doi: 10.1002/eqe.4290100304.
T. A. Morgan, “Code-Based Design: Seismic Isolation of Buildings,” in Encyclopedia of Earthquake Engineering, Springer, Berlin, Heidelberg, 2021, pp. 1–25.
P. Thomson and J. Marulanda, “Desarrollo Tecnológico de un Aislador Sísmico de Bajo Costo Para Edificaciones de Baja Altura.” Informe de proyecto para la convocatoria interna para la conformación del banco de proyectos de investigación 2015, 2015.
N. Tello, “Impacto económico de la implementación de aisladores sísmicos elastoméricos desarrollados en Colombia en un edificio residencial de cinco pisos de concreto reforzado,” Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia, 2017.
A. Muñoz, “Caracterización mecánica del elasltómero empleado en un aislador sísmico desarrollado en Colombia,” Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, Santiago de Cali, Colombia, 2017.
I. Madera, “Desarrollo tecnológico de un aislador sísmico de bajo costo para edificaciones bajas,” Tesis doctoral, Universidad del Valle, 2018.
I. E. Madera Sierra, D. Losanno, S. Strano, J. Marulanda, and P. Thomson, “Development and experimental behavior of HDR seismic isolators for low-rise residential buildings,” Eng. Struct., vol. 183, pp. 894–906, Mar. 2019, doi: 10.1016/j.engstruct.2019.01.037.
S. Castellanos-Toro, M. Marmolejo, J. Marulanda, A. Cruz, and P. Thomson, “Frequencies and damping ratios of bridges through Operational Modal Analysis using smartphones,” Constr. Build. Mater., vol. 188, pp. 490–504, Nov. 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.089.
H. Alzate and E. Medina, “Estudio de vulnerabilidad estructural del laboratorio de máquinas y herramientas (edificio 345 Universidad del Valle),” Tesis de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, 2003.
D. Bermúdez and C. Guzmán, “Estudio de vulnerabilidad sísmica del edificio Administración Central y propuesta de reforzamiento con disipadores de energía,” Tesis de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, 2005.
A. Gómez and O. Rausch, “Estudio de vulnerabilidad sísmica del edificio 355 de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad del Valle,” Tesis para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, 2003.
M. Ortega, M. Rueda, and H. Tischer, “Estudio de vulnerabilidad de las edificaciones de la Universidad del Valle,” Tesis de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universida del Valle, 2004.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. AIS, Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente. NSR-10. Bogotá, 2010.
S. Valencia, A. Cruz-Escobar, and P. Thomson, “Ajuste en línea de modelos en elementos finitos: caso edificio 350 de la Universidad del Valle,” Trabajo de grado para optar por el título de ingeniera civil, Universidad del Valle, 2014.
NEHRP and NIST, Soil-Structure Interaction for Building Structures, National Institute of Standards and Technology. 2012.
G. Villarreal, Interacción Suelo - Estructura en Edificios Altos. Lima - Perú, 2009.
G. Villarreal, Interacción Sísmica Suelo - Estructura en Edificaciones con Zapatas Aisladas. 2009.
M. Pastor, M. Binda, and T. Harčarik, “Modal Assurance Criterion,” Procedia Eng., vol. 48, pp. 543–548, Jan. 2012, doi: 10.1016/j.proeng.2012.09.551.
K. Rodríguez, “Automatización del diseño de aisladores sísmicos para edificios,” Tesis de grado para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad del Valle, 2018.
L. A. Jiménez-Roa, J. Marulanda-Casas, and A. Cruz-Escobar, “Real-time structural monitoring of Building 350 at Del Valle University,” Struct. Control Health Monit., p. n/a-n/a, Jan. 2016, doi: 10.1002/stc.1959.
- Martha Elena Delgado Osorio, Albert Ortiz, Jhon Jairo Barona, Johannio Marulanda Casas, Peter Thomson, Simulación de la capa límite atmosférica en el túnel de viento de la Universidad del Valle , Ingeniería y Competitividad: Vol. 26 Núm. 2 (2024): Ingeniería y Competitividad
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Los autores que publican en esta revista están de acuerdo con los siguientes términos:
- Los autores conservan los derechos de autor y garantizan a la revista el derecho de ser la primera publicación del trabajo al igual que licenciado bajo una Creative Commons Attribution License que permite a otros compartir el trabajo con un reconocimiento de la autoría del trabajo y la publicación inicial en esta revista. A partir del volumen 22 número 1 (2020), la revista adopta la licencia CC BY-NC-SA 4.0.
- Los autores pueden establecer por separado acuerdos adicionales para la distribución no exclusiva de la versión de la obra publicada en la revista (por ejemplo, situarlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro), con un reconocimiento de su publicación inicial en esta revista.
- Se permite y se anima a los autores a difundir sus trabajos electrónicamente (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su propio sitio web) antes y durante el proceso de envío, ya que puede dar lugar a intercambios productivos, así como a una citación más temprana y mayor de los trabajos publicados.