1. MODELACIÓN ESTRUCTURAL Y
COMPORTAMIENTO ECONÓMICO
DE EDIFICIOS CON AISLAMIENTO
SÍSMICO EN LA BASE
Presenta: Ing. Raúl González Herrera

2. MODELACIÓN ESTRUCTURAL Y
COMPORTAMIENTO ECONÓMICO DE
EDIFICIOS CON AISLAMIENTO SÍSMICO
EN LA BASE
Presenta: Ing. Raúl González Herrera
Asesor: Ing. Luis E. Yamín L., MSc
Universidad de los Andes.
Magister en Ingeniería Civil
Bogotá, Junio de 2001

3. JUSTIFICACIÓN
• A pesar de haber probado su eficiencia en
sismos destructores como Northridge y
Kobe, los aisladores sísmicos no han tenido
una aceptación generalizada, gran parte de
la responsabilidad es el desconocimiento de
los mismos, así como también la falta de
reglamentación que hay en la materia, pero
por sobre todo no existe un estudio
económico definitivo que permita
comprender en plenitud las ventajas del
sistema propuesto.

4. OBJETIVOS
Modelar analíticamente el aislamiento
sísmico de edificios y determinar la
conveniencia económica de sistemas de
aislamiento en la base, sobre edificios fijos
en la base.
Analizar los resultados obtenidos
experimentalmente en el modelo aislado
con los analíticos y los que se obtuvieron
en el modelo fijo en la base.

5. DEFINICIÓN
 Aisladores de base. Basado en el concepto de la
reducción de la demanda sísmica en lugar de
incrementar la capacidad de resistencia de las
estructuras al sismo. Estos sistemas tienen como
finalidad aislar la cimentación de la superestructura. Al
colocarlos se alarga considerablemente el período
fundamental de vibración de la estructura llevándolo a
zonas en donde las aceleraciones espectrales son
reducidas y consecuentemente, las fuerzas que
producen resultan de menor cuantía. Se debe apuntar,
que el mayor beneficio se encuentra en estructuras con
períodos del orden de un segundo o un poco menor, o
edificios con ciertas características en donde se
acentúa la torsión

6. TIPOS DE SISTEMAS DE AISLAMIENTO
Sistemas basados en elastómeros
–Vigas de alto amortiguamiento
–Vigas con corazón de plomo
Sistemas basados en deslizamiento
–Sistemas de fricción silenciosa
–Sistemas de péndulos de fricción
–Sistemas tipo resorte
Sistemas neumáticos

7. COMPORTAMIENTO DE LOS AISLADORES
Los aisladores de base se colocan entre la cimentación y el edificio.
Modifican la frecuencia natural del sistema, y/o reducen la transmisibilidad de
fuerzas sísmicas de la cimentación a la estructura. Como resultado de un
terremoto, el suelo entre cada uno de los edificios comienza a moverse.
Cada edificio responde al movimiento con uno en sentido contrario al actual
del suelo debido a la inercia.
El edificio sin aislador cambia de forma de un rectángulo a un paralelogramo,
lo cual indica que el edificio se está deformando. Por el contrario, el edificio
aislado en la base mantiene su forma original, forma rectangular, siendo los
aisladores los que se deforman. El edificio con aislamiento en la base escapa
de la deformación y daño, lo cual implica que las fuerzas inerciales que
actúan sobre éste han sido reducidas.

8. DISEÑO DE AISLADORES DE BASE
Se diseñaron los aisladores de base conforme a la
metodología UBC-97
G 40000
Fb 20000
Mp
Fuerza Kg
Fpx Aislador exterior
Fp -20000
Aislador interior
z
H -40000
-40 -20 0 20 40
V
Desplazamiento (cm)
Tipo de Carga Rigidez Rigidez Fuerza de Rigidez Diámetro Altura
aislador (Ton) efectiva Inicial Fluencia vertical (cm) (cm)
(Ton/m) (Ton/m) (Ton) (Ton/m)
A 100 110 790 7.9 1100 60 27
B 200 190 1270 12.7 2800 60 27

9. DISEÑO DE AISLADORES DE BASE
Se diseñaron los aisladores de base conforme a la
metodología UBC-97
100 mm
25 mm
270 mm 2 mm
12 mm
590 mm
600 mm

10. ESTUDIO PARAMÉTRICO
Mediante el programa NONLIN-3 y con los sismos de México,
Loma prieta y Northridge, se obtuvieron las siguientes curvas:
z
SA (m*s-2)
16
20%
m, k M, K
12
kb 10%
8
Mb
Cb 5%
4
Vbasal/W
1.8 0 1 2 3 4 5
1.6 Aislado T (s)
1.4 2.0 Empotrado SD (mm)
1.2 1.5 600
20%
1.0
1.0
400
0.8 10%
0.6 5%
2.0 200
0.4
1.5
0.2 1.0 0 1 2 3 4 5
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 T T (s)

11. MODELO EXPERIMENTAL
Se desarrollo en las instalaciones del CITEC en la mesa
vibratoria el proceso experimental.
El pórtico se probó con amortiguamiento y sin amortiguamiento, excitado bajo
señales de amplitud constante (2 mm sin amortiguamiento y frecuencias de 1.0 a
6.0 Hz. y 5 mm con amortiguamiento y variando la frecuencia entre 1.0 y 6.0 Hz,
con incrementos de 0.5 Hz. en ambos casos).

12. MODELO EXPERIMENTAL
De la experimentación resultaron las siguientes gráficas:

13. MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS
Plantas de los edificios que se manejaron:
El primero de cinco niveles y período inicial de 0.84 s y el
segundo de dos niveles y período inicial de 0.32 s.
2 3
600
8.60 m
2
600
1
1
A 6.80 m B 6.80 m C 5.70 m D
570 630 C
A B

14. MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS
Se modelaron ambos edificios mediante SAP2000N
Aislador sísmico

15. MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS
Comparación de primer modo
0.386 -0.319
0.464 -0.187
0.464 0.319 0.385
0.187
0.269 0.595

16. MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS
Metodologías utilizadas FEMA y ATC
A T’=0.5seg
c
el T’=1seg
e Sa ξ=5%
r
a 0.60g
c ξ=10%
i T’=2seg
ó Factor del
n aislador
0.40g
E
ξ=20% Perfomance
s D point D’ T’=3seg
p
e C
c
0.20g
tr
B C’
a B’
A’ E’
l E
A
0” 4” 8” 12” 16” 20” 24” Sd
Desplazamiento espectral
M
1.0 C
B
D E
A
θ
Curva de Capacidad Pushover

17. MODELACIÓN DE ESTRUCTURAS
Curva de capacidades

18. COMPARACIÓN DE COSTOS
Resumen de costos
Elemento Edificio fijo Edificio Aislado
Zapatas y vigas de cimentación 24,770,300 29,300,460
Columnas 66,684,335 61,372,318
Vigas 81,669,790 73,461,257
Muros de concreto, placas y escaleras 79,222,640 79,222,640
Aisladores 98,182,400
Totales 252,347,065 341,539,075

19. COMPARACIÓN DE COSTOS
Resumen de costos

20. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A manera de conclusiones, se puede decir:
El aislamiento sísmico NO representa la solución única para disminuir los
efectos de los sismos en las edificaciones, NO es un sistema que pueda
considerarse de uso universal.
Desprenderse de actitudes conservadoras, pero sin dejar de ser realistas,
desarrollar investigación tendiente a actualizar los códigos y determinar hasta
donde podremos reducir las exigencias normativas en el diseño de las
estructuras aisladas en la base; éste paso debe de ser el inmediato para el
desarrollo de ésta tecnología.
En un edificio con aislamiento sísmico en la base, se debe cuidar hasta el
último detalle en los aspectos constructivos como la conexión entre el edificio,
el aislador y la cimentación, ya que debe existir un claro deslinde entre la
cimentación y la superestructura a fin de que funcione el método, debe de
considerarse que cada uno de éstos elementos tendrá desplazamientos
propios.

21. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El análisis económico muestra una reducción del 5.20% en el costo de la
estructura (sin considerar los aisladores) cuando se utiliza el sistema de
aislamiento, lo cual concuerda con los estudios realizados en Nueva Zelanda,
pero en el costo total de la misma habrá un incremento entre el 5 y el 10%. El
verdadero valor del aislamiento sísmico sólo se podrá observar después de la
ocurrencia de un sismo, ya que los costos de reparación que se ahorraran, la
reducción de los niveles de riesgo en la estructura y los costos de la prima de
seguros contra desastres que se contrate para la edificación, son casi
imposibles de evaluar, pero seguramente representan en su conjunto beneficios
por un monto superior a los sobrecostos que pueda presentar la edificación en
el momento de su construcción.
Para poder considerar la factibilidad económica que pueda presentar un
edificio aislado se debe partir de un análisis interdisciplinario que considere: la
geología local (fallas locales, estratos, condiciones de suelo, efecto doppler,
etc.), amenaza sísmica (sismos presentados, período, frecuencia, severidad,
nivel de aceleraciones, etc.), tipo de daño que se considera (menor o
reparable), propios de la estructura (forma estructural, regularidad vertical y
horizontal, materiales, uso de la estructura, características, etc.)

22. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los diseños convencionales proveen al edificio con la suficiente resistencia,
deformabilidad y capacidad de disipación para contrarrestar las fuerzas
generadas por un sismo, la respuesta de la aceleración pico de la estructura es
generalmente tan grande como la aceleración pico inducida por el suelo; en
contraparte el aislamiento sísmico limita los efectos del sismo mediante el
desacoplamiento de la estructura horizontalmente en la base, las aceleraciones
disminuyen considerablemente al igual que las fuerzas inducidas a la
estructura. Al incrementar el período se permite la resonancia en el aislador, ya
que la mayoría de los desplazamientos se producen en el sistema de
aislamiento, lo cual le hace presentar un comportamiento no lineal, disipando
energía histeréticamente.
El sistema de aislamiento es muy eficiente para ciertos casos, los países
latinoamericanos deben de intentar desarrollar sus propios aisladores y
continuar las investigaciones, ya que es el único medio que permitiría el
desarrollo del método en nuestros países.

23. AGRADECIMIENTOS
- Al Ing. Luis E. Yamín, MSc. mi asesor de la tesis.
- A los Ing. Diego Echeverry, PhD e Ing. Alberto Sarria, por su
colaboración en el proyecto y amistad.
- A Colombia por brindarme un hogar y a toda la maravillosa gente que
conocí y me dieron la oportunidad de ser su amigo, en especial a Berito
e Inesita.
- A Alejandra por hacer de cada uno de mis sueños la más hermosa
realidad.
- A mi madre y hermanos por forjar y acompañar cada uno de mis
sueños.
- Por sobretodo a Dios por la vida, por los sueños y oportunidades.