Estudio de factibilidad para la implementación de fundaciones periódicas en edificaciones chilenas

Abstract

El presente trabajo de título tiene por objetivo principal estudiar la factibilidad del uso de fundaciones periódicas en estructuras en Chile. Este tipo de fundaciones, además de ofrecer la capacidad de soporte de las cargas de la edificación llevadas al suelo, brindan un gran potencial en el futuro como aplicación de tecnología de aislación sísmica. Conformadas por capas de hormigón y materiales sintéticos de propiedades únicas, metamateriales como el caucho, generan una o más bandas de frecuencias, band gaps, para las cuales, si el contenido de frecuencias del sismo cae en dichos intervalos, la respuesta sísmica es atenuada reduciendo las aceleraciones y desplazamientos de la estructura. Investigaciones teóricas y experimentales han demostrado que la inclusión de fundaciones periódicas a una estructura reduce significativamente su respuesta sísmica en comparación a una sin aislación hasta en un 90% del máximo valor de la aceleración en su base. La banda de frecuencia de la fundación periódica para atenuar la respuesta sísmica de una estructura en términos de demanda de desplazamiento se define en base al principal contenido de frecuencia de un grupo de registros sísmicos ocurridos en Chile hasta los 30 Hz, y para edificaciones habitacionales rígidas de baja a mediana altura hasta 10 pisos que trabajan esencialmente a corte, y con períodos fundamentales entre 0,3 y 0,8 s. Mediante espectros de respuesta, se calcula la demanda de desplazamiento de la estructura modelada como una capa equivalente por sobre la fundación periódica a través de la ecuación de propagación de ondas en una dimensión; y como un sistema estructura-fundación de varios grados de libertad utilizando análisis modal para espectros de aceleración de diseño. Los resultados muestran una reducción de la demanda de desplazamiento de la estructura entre un 60% y 90% utilizando una fundación periódica frente a la misma sin un sistema de aislación, o fundación rígida. Al comparar esta tecnología con un sistema tradicional de aislador sísmico, el análisis mediante ecuación de onda entrega demandas de un 30% superior, indicando una captura de mayor información acerca de la propagación de la onda sísmica a través de la estructura. Como forma de comparar estos resultados de forma empírica, se propone la realización de un ensayo a escala de una estructura de 10 pisos sobre una fundación periódica de 25 cm de caucho y 100 cm de hormigón, describiendo los pasos constructivos, instrumentación y resultados esperados de su demanda de desplazamiento.