10 Dic 2023 Mageba presenta uso de dispositivos de protección sísmica a los socios de AICE
Con una explicación de las filosofías de diseño sismorresistente y los beneficios de los sistemas de protección sísmica, el ingeniero civil Hansel García expuso en charla almuerzo realizada en Chile.
El ingeniero Hansel García, magíster en Ingeniería Estructural y Geotécnica de la Pontificia Universidad Católica, quien también cuenta con un Posgrado de Investigación Científica y Licenciatura en Ingeniería Civil, ambos en la Universidad de San Carlos de Guatemala, conversó con los socios de AICE acerca de la filosofía de diseño sismorresistente y sus avances al día de hoy. Actualmente, el profesional se desempeña como jefe de Dispositivos Sísmicos y gerente de Gestión de Calidad de Mageba Latinoamérica.
De esta manera, se refirió a los conceptos de peligro sísmico y riesgo sísmico, y señaló que actualmente, se manejan tres metodologías principales para abordarlos en el diseño estructural. “Una es la resistencia sísmica que es la más utilizada desde hace alrededor de 50 años aproximadamente. Tenemos también lo que es el control de vibración o sistema disipación de energía, y también el sistema de aislamiento. Estas son las tres metodologías más utilizadas; sin embargo, sigue siendo lo más frecuente dotar a las edificaciones exclusivamente de resistencia a través de su estructura (sistema dúctil)”, especificó.
En primer lugar, la resistencia sísmica “no es más que la estructura que por sí misma debe disipar toda la energía producida por un sismo y esto se hace a través de diseñar ciertos elementos estructurales que tengan una capacidad dúctil”, explicó. Esto significa que van a tener cierta deformación en el rango no lineal y a través de esta deformación, logran disipar la energía. Sin embargo, a juicio de García, “esto produce ciertos inconvenientes, sabemos que esta deformación no lineal se traduce en daño estructural importante en muchas estructuras. Adicionalmente, al daño estructural, puede sumarse daño en el contenido, un daño de elementos no estructurales, falla en el servicio de cierto tipo de infraestructura, como hospitales, instalaciones de generación de energía, universidades o aeropuertos. Esto puede provocar un impacto muy alto en la operación y en la sociedad”.
Entonces, viendo los ejemplos de los sismos más importantes de la última década, por ejemplo, el terremoto de Chile en el 2010 y luego 2016, el terremoto de Guatemala en el 2012, el terremoto de México en 2017 y el último de este año, el de Turquía de 2023, el ingeniero se preguntó si estas estructuras deberían desempeñarse de esa manera, por lo que se debe introducir el concepto del “desempeño” en sí mismo, “que no es más que la capacidad de una estructura de poder mantener sus funciones de operación, de seguridad y capacidad de servicio”, indicó.
De esta manera, el profesional de Mageba Latinoamérica se refirió al concepto de desempeño en base a las normativas mexicana, americana y europea. Asimismo, analizó el tema del costo de inversión inicial de la estructura, considerando el ciclo de vida, que puede ser de unos 50 años, en los cuales, en el caso de Chile, tendrá al menos unos cinco sismos intensos. “Entonces, ese costo, esos eventos en ese periodo de tiempo, también hay que considerarlos, ya que puede haber alguna pequeña diferencia, yo puedo invertir un poco más en la inversión inicial, pero en el costo a largo plazo, se puede tener beneficios invertidos”, puntualizó.
Protección sísmica
¿Qué motiva el uso de los sistemas de protección? Se preguntó Hansel García, respondiendo lo siguiente: “afectaciones en bienes estructurales, deformaciones no lineales, daños en elementos no estructurales, daños en contenidos, pérdida de operación, desplazamiento de personas, entonces todo esto nos motiva al uso de sistemas de protección, de manera que nosotros podamos mejorar el desempeño de estas estructuras”.
“Si pensamos en un enfoque basado en energía, la estructura debe ser capaz de disipar la acción del sismo en su totalidad, incursionando muchas veces en un rango de comportamiento más allá del elástico. La energía que introduce el sismo se traduce en forma de energía cinética, energía de amortiguamiento, energía elástica, o una combinación de ellas. En la medida que se incorporan sistemas de aislación o de disipación de energía, la energía que debe ser absorbida por la estructura propiamente tal disminuye, mejorando significativamente su desempeño desde el punto de vista del control de deformaciones laterales, aceleraciones de piso y por lo tanto de los daños”, argumentó.
Por ello, lo que normalmente se hace en las normativas de diseño prescriptivo “es que le agregamos una componente adicional a este sistema basado en energía, que es la energía histerética y ¿dónde está esta energía?: en los elementos estructurales que nosotros diseñamos para que se deformen no linealmente”, complementó.
Así, “en esos elementos, yo concentro muy buena parte de la energía del sismo, de tal manera que puedo disipar esa energía a través de la deformación no lineal. Entonces, vemos cómo se distribuye la energía acumulada en el tiempo de la estructura y cómo ciertos elementos estructurales, por ejemplo, aquí podemos ver una rótula plástica en un elemento en flexión de concreto armado o también una curva de un arriostramiento concéntrico”, añadió.
¿Qué sucede con los sistemas de protección? “A esta fórmula le agrego nuevamente un término, que es adicional a la energía histerética que disipan los elementos estructurales, yo le agrego la energía del sistema de protección. Muevo nuevamente toda la distribución de energía que se da en la estructura y ahora ya no habrá mucha energía que se disipa a través de la energía histerética, sino que mucha de esa energía se va a disipar a través del sistema de protección”, explicó García.
De esa manera, se puede ver nuevamente cómo se distribuye en el tiempo la energía total acumulada, con este comportamiento no lineal de los elementos o sistemas de protección, que disipan la energía. “Lo que hacemos es transformar, mover cómo se distribuye la energía dentro del sistema”, sostuvo.
Como señala el jefe de Dispositivos Sísmicos de Mageba Latinoamérica, estos sistemas concentran la deformación y la disipación de energía del sismo o del viento y, de esta manera, reducen de forma significativa la demanda sobre el sistema estructural. Por lo tanto, el objetivo fundamental de estos sistemas es reducir la vulnerabilidad de las estructuras durante sismos de mediana a alta intensidad, a través del desempeño sísmico mejorado con la motivación del daño estructural, no estructural y de contenidos. Entonces, “pasamos de la escala baja de los niveles de desempeño sísmico de prevención de colapso y seguridad de vida, a niveles de desempeño ojalá operacionales o de ocupación inmediata”, afirmó.
Acto seguido, Hansel García se refirió a los sistemas activos y pasivos de protección. Especificó que los sistemas que más utilizan en sistemas de aislación son los aisladores tipo péndulo friccional, y los elastoméricos de alto y bajo amortiguamiento, y con núcleo de plomo. En general, “esos son de los más utilizados, hay otros, como los que se usan en Japón, con sistemas metálicos o algunos de plomo o aisladores tridimensionales”, señaló.
Para finalizar, el ingeniero especificó el control de calidad y ensayos de laboratorio de los dispositivos que comercializa Mageba. Además, detalló casos de uso de los dispositivos en distintos países y diferentes tipos de infraestructuras.
