Aislamiento sísmico de base

El aislamiento sísmico de base , también conocido como aislamiento de base , ^{[ 3 ]} o sistema de aislamiento de base , ^{[ 4 ]} es uno de los medios más populares para proteger una estructura contra las fuerzas sísmicas . ^{[ 5 ]} Es un conjunto de elementos estructurales que deben desacoplar sustancialmente una superestructura de su subestructura , la cual a su vez descansa sobre el terreno tembloroso, protegiendo así la integridad de un edificio o estructura no edificable . ^{[ 6 ]}

El aislamiento sísmico es una de las herramientas más eficaces de la ingeniería sísmica en lo que respecta a las tecnologías de control pasivo de vibraciones estructurales . Este aislamiento se puede lograr mediante diversas técnicas, como apoyos de caucho, apoyos de fricción, rodamientos de bolas, sistemas de resortes y otros medios. Su objetivo es permitir que un edificio o estructura resista un impacto sísmico potencialmente devastador mediante un diseño inicial adecuado o modificaciones posteriores. En algunos casos, la aplicación del aislamiento sísmico puede mejorar considerablemente tanto el comportamiento sísmico como la resistencia sísmica de una estructura . Contrariamente a la creencia popular, el aislamiento sísmico 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:

1. Las unidades de aislamiento son los elementos básicos de un sistema de aislamiento sísmico de base , cuyo objetivo es proporcionar el efecto de desacoplamiento mencionado anteriormente a un edificio o a una estructura que no sea un edificio.
2. Los componentes de aislamiento son las conexiones entre las unidades de aislamiento y sus partes, que no tienen ningún efecto de desacoplamiento por sí mismas.

Los dispositivos de aislamiento de base podrían consistir en dispositivos elastométricos o deslizantes. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

Esta tecnología puede utilizarse tanto para el diseño de nuevas estructuras ^{[ 10 ]} como para el refuerzo sísmico . En el proceso de refuerzo sísmico , algunos de los monumentos más destacados de EE. UU., como el Ayuntamiento de Pasadena , el Ayuntamiento de San Francisco , el edificio del condado de Salt Lake o el Ayuntamiento de Los Ángeles, se instalaron sobre sistemas de aislamiento sísmico . Esto requirió la creación de diafragmas de rigidez y fosos alrededor de los edificios, así como la implementación de medidas contra el vuelco y el efecto P-delta .

El aislamiento sísmico también se utiliza a menor escala, a veces incluso en una sola habitación de un edificio. Los sistemas de suelo elevado con aislamiento sísmico se emplean para proteger equipos esenciales contra terremotos. Esta 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 del Parque Ueno de Tokio . ^{[ 11 ]}

Las unidades de aislamiento sísmico constan de apoyos de movimiento lineal que permiten el movimiento del edificio, amortiguadores de aceite que absorben las fuerzas generadas por el movimiento del edificio y apoyos de caucho laminado que permiten que el edificio regrese a su posición original una vez finalizado el terremoto. ^{[ 12 ]}

Los apoyos de aislamiento de base fueron desarrollados por primera vez en Nueva Zelanda por el Dr. Bill Robinson durante la década de 1970. ^{[ 13 ]} El apoyo, que consiste en capas de caucho y acero con un núcleo de plomo, fue inventado por el Dr. Robinson en 1974. Posteriormente, en 2018, la tecnología fue comercializada por Kamalakannan Ganesan y posteriormente se liberó de la patente, lo que permitió un acceso y aplicación más amplios de esta tecnología resistente a los terremotos. ^{[ 14 ]} Los primeros usos de sistemas de aislamiento de base se remontan al año 550 a. C. en la construcción de la Tumba de Ciro el Grande en Pasargadae , Irán. ^{[ 15 ]} Más del 90 % del territorio de Irán, incluido este sitio histórico, se encuentra en el cinturón alpino-himaláyico, 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 y más baja cimentación, 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 la cimentación, que formaba una gran losa independiente de la base de la estructura, estaba compuesta de piedras pulidas. La razón por la que esta segunda cimentación no estaba anclada a la base era que, en caso de terremoto, esta capa en forma de losa podría deslizarse libremente sobre la primera cimentación. Como descubrieron los historiadores miles de años después, este sistema funcionó exactamente como lo habían previsto sus diseñadores, y como resultado, la Tumba de Ciro el Grande aún se mantiene en pie. El desarrollo de la idea del aislamiento sísmico se puede dividir en dos épocas. En la antigüedad, el aislamiento se realizaba mediante la construcción de varias capas de piedras talladas (o colocando arena o grava bajo la cimentación), 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 la cimentación. ^{[ 16 ]}

A través de la Red George E. Brown, Jr. para la Simulación de Ingeniería Sísmica ( NEES ), los investigadores están estudiando el desempeño de los sistemas de aislamiento de base. ^{[ 17 ]} El proyecto, una colaboración entre investigadores de la Universidad de Nevada, Reno ; la Universidad de California, Berkeley ; la 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, minería de datos, redes y colaboración para comprender la compleja interrelación entre los factores que controlan el desempeño general de un sistema estructural aislado. Este proyecto incluye pruebas híbridas y en mesa vibratoria sísmica en las instalaciones experimentales de NEES en la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de Buffalo, con el objetivo de comprender los límites de desempeño últimos para examinar la propagación de fallas de aislamiento local (por ejemplo, choque contra topes, fallas de apoyo, levantamiento) a la respuesta a nivel de sistema. Estas pruebas incluirán una prueba tridimensional a escala real de un edificio de acero aislado de 5 pisos en la mesa vibratoria E-Defense en Miki, Hyōgo, Japón. ^{[ 18 ]} La investigación sobre 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 s) en el rango de período largo. Los registros obtenidos de sitios de lecho de lago en 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 puede construir sobre una capa de arena fina, mica o talco que permitiría que el edificio se deslizara en un terremoto, reduciendo así las fuerzas transmitidas al edificio. Una revisión detallada de la literatura de sistemas de control semiactivos Michael D. Symans et al. (1999) proporciona referencias tanto a investigaciones teóricas como experimentales, pero se centra en describir los resultados del trabajo experimental. Específicamente, la revisión se enfoca en las descripciones del comportamiento dinámico y las características distintivas de varios sistemas que han sido probados experimentalmente tanto a nivel de componentes como en modelos estructurales a pequeña escala.

Un sistema de aislamiento sísmico adaptativo incluye un aislador ajustable que puede modificar sus propiedades en función de la entrada para minimizar la vibración transmitida. Se han propuesto amortiguadores de fluido magnetorreológico ^{[ 19 ]} y aisladores con elastómero magnetorreológico ^{[ 20 ] como aisladores sísmicos adaptativos.}

• Tumba de Ciro
• Ayuntamiento de Los Ángeles
• Ayuntamiento de Oakland
• Ayuntamiento de Pasadena
• Ayuntamiento de San Francisco
• Palacio de la Legión de Honor de California en San Francisco
• Museo Memorial MH de Young en San Francisco
• Museo de Arte Asiático en San Francisco
• Edificio del Tribunal de Apelaciones de los Estados Unidos James R. Browning en San Francisco
• La terminal internacional del Aeropuerto Internacional de San Francisco , una de las estructuras con aislamiento sísmico más grandes del mundo ^{[ 21 ] [ 22 ]}
• Edificio de la ciudad y el condado de Salt Lake
• Başakşehir Çam y Sakura City Hospital en Estambul
• La terminal principal del Aeropuerto Internacional Sabiha Gökçen , actualmente la estructura con aislamiento sísmico más grande del mundo.
• Edificios del Parlamento de Nueva Zelanda en Wellington
• Museo de Nueva Zelanda Te Papa Tongarewa en Wellington
• Templo de Salt Lake de la Iglesia de Jesucristo de los Santos de los Últimos Días en Salt Lake City (en proceso de renovación sísmica 2019–2026) ^{[ 23 ]}
• BAPS Shri Swaminarayan Mandir Chino Hills , ^{[ 24 ] [ 25 ]} el primer templo hindú a prueba de terremotos del mundo ^{[ 26 ]}
• Apple Park ^{[ 27 ]}

• Estructuras resistentes a los terremotos
• Aislamiento sísmico geotécnico
• Ingeniería geotécnica
• Refuerzo sísmico
• Amortiguador
• Soporte amortiguador
• Aislamiento de vibraciones