Aislantes Sísmicos y Disipadores Sísmicos

Durante su vida útil, las estructuras son sometidas a diversas solicitaciones de servicio, como las provenientes de las cargas propias del uso del edificio y de fenómenos naturales.
Entre estos últimos, las mayores demandas o solicitaciones sobre una estructura son causadas, generalmente, por eventos sísmicos. Durante un sismo, la energía liberada en la fuente se propaga a través del suelo en forma de ondas. Esta energía, que es transmitida luego a las estructuras y sus contenidos, y que se manifiesta fundamentalmente como movimiento, aceleración y deformación de los componentes y sistemas estructurales y no estructurales, se disipa a través de daño de dichos componentes.

En el caso de edificios, la disipación de energía se produce típicamente en la interacción
entre el suelo y las fundaciones, en el daño de elementos estructurales tales como muros, vigas, losas, columnas, encuentros viga-columna, conexiones, y en la interacción entre el sistema estructural y sistemas no estructurales, principalmente tabiques.

Según la normativa nacional vigente, NCh433.Of96.Mod2009 y Decreto Supremo DS61 de 2011, las estructuras convencionales son diseñadas para que: i) resistan sin daños movimientos sísmicos de intensidad moderada; ii) limiten los daños en elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad; y iii) aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad excepcionalmente severa1, salvaguardando la vida de sus ocupantes.

En el caso de estructuras críticas, esenciales, estratégicas, y/o con contenidos de gran valor, tales como hospitales, colegios, edificios públicos e industriales, museos, datacenters, puertos, puentes y aeropuertos, entre otros, el objetivo de desempeño de la norma de prevenir el colapso estructural no es suficiente, ya que se requiere proteger los contenidos y/o que la estructura continúe operando durante o inmediatamente después de ocurrido un sismo severo. En algunos casos, puede ser un requerimiento del propietario o inversionista alcanzar objetivos de desempeño superiores al de la normativa, tales como protección de la inversión y/o protección de la operación. Estos objetivos superiores pueden alcanzarse implementando sistemas de protección sísmica en las estructuras, tales como aislación sísmica y disipación de energía. Si bien los sistemas de protección sísmica no son esenciales para que las estructuras resistan movimientos sísmicos, proveen una mejora considerable al comportamiento dinámico de las estructuras.

En términos generales, los sistemas de aislación sísmica limitan la energía que el sismo trasfiere a la superestructura, reduciendo considerablemente los esfuerzos y deformaciones de la estructura aislada, previniendo el daño estructural y no estructural. Por su parte, los sistemas de disipación de energía, si bien no evitan el ingreso de energía a la estructura, permiten que la disipación de energía se concentre en dispositivos especialmente diseñados para esos fines, reduciendo sustancialmente la porción de la energía que debe ser disipada por la estructura. El uso de disipadores de energía reduce la respuesta estructural, disminuyendo el daño de componentes estructurales y no estructurales.

Los sistemas pasivos son los dispositivos de protección sísmica más comúnmente utilizados en la actualidad. A esta categoría corresponden los sistemas de aislación sísmica de base y los disipadores de energía. Los sistemas pasivos permiten reducir la respuesta dinámica de las estructuras a través de sistemas mecánicos especialmente diseñados para disipar energía por medio de calor.

DISIPADORES SÍSMICOS

Los disipadores de energía, a diferencia de los aisladores sísmicos, no evitan que las fuerzas y movimientos sísmicos se transfieran desde el suelo a la estructura. Estos dispositivos son diseñados para disipar la energía entregada por sismos, fenómenos de viento fuerte u otras solicitaciones de origen dinámico, protegiendo y reduciendo los daños en elementos estructurales y no estructurales.
Estos dispositivos permiten aumentar el nivel de amortiguamiento de la estructura. Un caso particular de dispositivo de disipación de energía, que ha comenzado recientemente a ser utilizado en Chile para la protección sísmica de estructuras, corresponde a los amortiguadores de masa sintonizada. Estos dispositivos, ubicados en puntos estratégicos de las estructuras, permiten reducir la respuesta estructural.

AISLACIÓN SÍSMICA

El diseño de estructuras con aislación sísmica se fundamenta en el principio de separar la superestructura (componentes del edificio ubicados por sobre la interfaz de aislación) de los movimientos del suelo o de la subestructura, a través de elementos flexibles en la dirección
horizontal, generalmente ubicados entre la estructura y su fundación o a nivel del cielo del subterráneo (subestructura). Sin embargo, existen casos donde se han colocado aisladores en pisos superiores. La incorporación de aisladores sísmicos permite reducir la rigidez del sistema
estructural logrando que el período de vibración de la estructura aislada sea, aproximadamente, tres veces mayor al período de la estructura sin sistema de aislación.

El aislamiento sísmico es utilizado para la protección sísmica de diversos tipos de estructuras, tanto nuevas como estructuras existentes que requieren de refuerzo o rehabilitación. A diferencia de las técnicas convencionales de reforzamiento de estructuras, el aislamiento sísmico busca reducir los esfuerzos a niveles que puedan ser resistidos por la estructura existente. Debido a esto último,
la aislación sísmica de base es especialmente útil para la protección y refuerzo de edificios históricos y patrimoniales.