Metodología alternativa para diseño de sistemas de aislación sísmica basado en optimización de desempeño sísmico

Abstract

El diseño de sistemas de aislación sísmica en Chile y el mundo se basa en una combinación de métodos prescriptivos definidos en las normativas vigentes, como NCh2745 en Chile y ASCE/SEI 7 en EEUU; procedimientos teóricos y conocimiento empírico, basado en la extensa serie de ensayos efectuados en los últimos 40 años sobre aisladores sísmicos de distinto tipo. Sin embargo, los procedimientos actuales, si bien conservadores, pueden resultar en diseños con comportamientos subóptimos o inesperados. Dichos métodos de diseño se basan en el uso de parámetros de rigidez efectiva (Keff) y amortiguamiento viscoso equivalente (βeff), dependientes de las propiedades de los materiales, geometría de los aisladores y del nivel de deformación esperado del sistema. La experiencia observada durante eventos sísmicos de gran magnitud ocurridos a nivel mundial en los últimos 10 años muestra que las deformaciones de los sistemas de aislación, así como las aceleraciones registradas en las estructuras, difieren en muchos casos sustancialmente de los valores anticipados por las normativas vigentes y procedimientos de análisis actualmente considerados. Por esta razón, se propone una metodología que considera nuevos parámetros para el diseño de sistemas de aislación sísmica. El proceso utiliza espectros no lineales de aceleración absoluta y deformación del sistema de aislación (ADRS), los cuales se derivan de los parámetros fundamentales genéricos del sistema de aislación, dados por la resistencia característica (Qd) y la rigidez post-fluencia (Kp). Ambos parámetros pueden ser seleccionados directamente por el diseñador, dado que son independientes de la respuesta de desplazamientos, motivo por el cual son preferibles sobre los actualmente utilizados. Las demandas sísmicas consideradas para la selección del sistema de aislación son estimadas mediante análisis no lineal de respuesta en el tiempo de sistemas de 1 GDL utilizando registros sísmicos reales no escalados y escalados a los espectros de demanda de las normativas de referencia, considerando distintas técnicas de escalamiento. La metodología ha sido anteriormente investigada para la evaluación de diseños de aisladores sísmicos desarrollados en países como Nueva Zelanda, Estados Unidos, Canadá y Turquía. El presente estudio demuestra la eficiencia de la metodología propuesta como un proceso complementario al diseño normativo de estructuras con sistemas de aislación sísmica, a fin de mejorar la predicción de la respuesta sísmica y desempeño de las estructuras con aislación sísmica de base.