Proteger sus edificaciones de los movimientos telúricos es indispensable y lo logrará con aisladores sísmicos, ¡Conozca de este sistema en la siguiente nota!
En el campo de la ingeniería estructural, el diseño y construcción de obras civiles resistentes a terremotos han sido una prioridad constante, pues cuando nos enfrentamos a desastres naturales de estas proporciones se pone en riesgo tanto la vida de las personas como la integridad de las edificaciones como el patrimonio de las personas de la nación. Ante este desafío, dispositivos como los aisladores sísmicos han demostrado ser una solución eficaz para reducir al mínimo los daños causados por los movimientos telúricos, permitiendo que las edificaciones resistan con mayor solidez estos eventos, asegurando un futuro más seguro y resiliente para la sociedad.
Ahora bien, considerando que los aisladores sísmicos son elementos imprescindibles en las edificaciones que necesiten ser protegidas integralmente contra los terremotos, en la siguiente nota de Escobar y Martínez le contaremos los detalles de estos dispositivos y los beneficios que podrían generar al incorporarse dentro de un proyecto de construcción. ¡Quédese y entérese de todo al respecto para escoger un producto de calidad!
Funcionamiento de los aisladores sísmicos
Los aisladores sísmicos disminuyen los efectos provocados por un terremoto a través de la reducción de todas las fuerzas que se ejercen horizontal y verticalmente sobre una estructura mientras sucede el sismo. Esta disminución se produce por tres factores importantes:
- El aumento de la flexibilidad que se logra a través de la implementación de los aisladores sísmicos entre la cimentación y la estructura de la edificación o puente. Esta flexibilidad permite aumentar el periodo de la estructura, logrando así reducir las ordenadas del espectro de aceleraciones y disminuyendo las fuerzas sísmicas sobre la edificación.
- La disipación de la energía en forma de calor (conocida como histéresis), que se logra a través del aislador, permitiendo una reducción adicional de la fuerza sísmica.
- El amortiguamiento, el cual depende del material con el que se fabrique el aislador. Los que se construyen con goma, como el HDRB (High Damping Rubber Bearing), consiguen un amortiguamiento que está entre el 4 % y el 10 %, pero los que tienen núcleo de plomo (LRB - Lead Core Rubber Bearing), logran un amortiguamiento que oscila entre el 11 % y el 28 %.
¿Qué tipos de aisladores sísmicos existen?
En el mercado se encuentran diferentes tipos de aisladores sísmicos elastoméricos cuyas características varían con el fin de adaptarse mejor a las diferentes estructuras y dependiendo del nivel de protección que se desee. A continuación, le mencionamos las variedades que encuentra en el mercado para poder elegir el que mejor se adecue a su proyecto.
1. Aisladores de alto amortiguamiento
Estos aisladores están compuestos por materiales elastoméricos —con características elásticas—, en donde se utilizan refuerzos de acero y entre ellos se ubica el elastómero, de esta manera se logra flexibilidad y amortiguamiento durante un terremoto. Estos aisladores tienen ambas placas de acero, superior e inferior, unidas a la superestructura por medio de tornillos Bristol y no llevan núcleo de plomo.
Para que el aislador cumpla su función a cabalidad, se debe tener en cuenta el tipo, espesor y cantidad de láminas de acero, el módulo de cortante del caucho que permita tener la rigidez y amortiguamiento requeridos entre otras características.
Las propiedades del elastómero proporcionan un adecuado nivel de amortiguamiento (4-10 %) para estructuras de moderadas solicitaciones y pueden aceptar desplazamientos de más del 50% de la altura de caucho.
2. Aisladores de plomo
Su estructura es similar a la de los aisladores de alto amortiguamiento, ya que se compone por capas de elastómero y platinas de acero de refuerzo, además de contar con un núcleo de plomo que permite tener una mayor disipación de energía que sucede cuando el plomo al aumentar su temperatura en los seguidos ciclos de carga sísmica la transfiere a las platinas de acero . De esta manera se tiene mayor amortiguamiento en este tipo de aisladores (11 % - 28 %).
Esta categoría tiene una gran ventaja y es que permite cambiar el nivel de amortiguamiento según la necesidad al variar el diámetro del núcleo de plomo y las propiedades del elastómero.
En Escobar y Martínez encuentra dos variedades de aisladores sísmicos con núcleo de plomo, estos son:
- Aislador con núcleo de plomo LRB - tipo 1: es un aislador compuesto núcleo de plomo y con láminas de acero de refuerzo cuya superestructura se une mediante tornillos Bristol a una placa vulcanizada que se encuentra dentro del bloque de Neopreno. La lámina inferior también se encuentra vulcanizada y asegurada con tornillos Bristol.
- Aislador con núcleo de plomo LRB - tipo 2: es un aislador compuesto núcleo de plomo y con láminas de acero de refuerzo; sin embargo, cuando se tienen menores solicitaciones en la estructura es posible optimizar el uso de las placas embebidas dentro del bloque de elastómero.
Ventajas de los aisladores sísmicos
- Reducción de la demanda sísmica en la estructura al aumentar el periodo natural y al amortiguamiento que ofrecen los dispositivos.
- Es posible salvaguardar la vida de los ocupantes, evitar y el colapso de la estructura y garantizar que la misma pueda permanecer en servicio y funcional después de un terremoto.
- La modelación de los dispositivos sísmicos se puede realizar de manera sencilla debido al modelo bilineal de comportamientos histerético (fuerza-desplazamiento)
- Al tener contribuciones de los modos superiores despreciables se reducen en gran medida los efectos de la torsión.
- Con la implementación de los aisladores elastoméricos en las estructuras se promueve el comportamiento elástico, conduciendo a una protección sísmica efectiva al evitar deformaciones plásticas. Este efecto también ayuda en gran medida a reducir los daños en los materiales de la estructura.
- El uso de aislamiento sísmico permite tener un mayor desistimiento en la estructura debido a que amortigua los efectos vibracionales originados por el tráfico, fuerzas de viento o frenado de vehículos
- Después de un sismo, los aisladores están diseñados para tener la capacidad de recentrar la estructura y posicionarla en su ubicación inicial, evitando deformaciones residuales y de esta manera garantizando la continuidad funcional del puente o edificio.
- Los aisladores sísmicos proporcionan facilidad en la inspección y mantenimiento, por lo que a largo plazo representan una protección efectiva con costos mínimos de funcionamiento.
¿De qué se componen los aisladores sísmicos?
Los aisladores sísmicos están compuestos principalmente por materiales con alta capacidad de amortiguamiento y resistencia, diseñados para disipar la energía generada durante un terremoto. Los materiales más comunes utilizados en la fabricación de aisladores sísmicos incluyen:
- Elastómeros: son materiales de caucho sintético o natural con propiedades de alta elasticidad y flexibilidad. Los elastómeros tienen la capacidad de deformarse y recuperar su forma original después de soportar cargas, lo que los convierte en elementos ideales para absorber y amortiguar las vibraciones sísmicas.
- Plásticos reforzados con fibras: estos materiales consisten en polímeros reforzados con fibras de carbono, vidrio u otros materiales compuestos. Los plásticos reforzados con fibras son conocidos por su alta resistencia y rigidez, lo que les permite soportar grandes cargas sísmicas sin deformarse excesivamente.
- Acero: es usado para reforzar al elastómero y brindarle mayor capacidad de carga de compresión, pues controla las deformaciones en el caucho, además que tiene un aporte importante en la rigidez vertical del dispositivo.
- Acero inoxidable: se utiliza en algunos tipos de aisladores sísmicos debido a su resistencia a la corrosión y su capacidad para soportar cargas extremadamente altas.
- Bronce: es otro material usado en algunos aisladores sísmicos debido a sus propiedades de resistencia y baja fricción, lo que permite un desplazamiento más suave durante un terremoto.
¿Dónde se colocan los aisladores sísmicos?
Estos aisladores sísmicos deben estar ubicados entre la subestructura y la superestructura de puentes o edificios; esto ayudará que la respuesta sísmica aumente sus períodos y otorgue amortiguamiento y absorción de energía adicional, por lo que las deformaciones son muy reducidas.
Con esa ubicación, cumplirá su función más específica, disipar sísmicamente para así lograr proteger la estructura.
Para una mejor explicación, le mostraremos un video que muestra cómo se vería una estructura con y sin aisladores sísmicos:
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Nuestros productos cuentan con los mejores materiales de calidad que además de soportar movimientos telúricos, también podrán soportar variaciones climáticas como la temperatura y humedad, estamos hablando de nuestras juntas de dilatación para puentes, que le darán seguridad de control al presentarse movimientos relativos de la estructura, complementando y consolidando un sistema completo de protección sísmica.
Artículo tomado en EYM Productos
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