Repotenciación sísmica con aislamiento de cubierta como amortiguador de masa sintonizado para edificios académicos

• Marulanda, Johanio ^[1] ; Thomson, Peter ^[1] ; Tocoche, Julio Cesar ^[1]
  1. [1] Universidad del Valle (Colombia)

     Universidad del Valle (Colombia)

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería y competitividad: revista científica y tecnológica, ISSN 0123-3033, Vol. 25, Nº. 1, 2023 (Ejemplar dedicado a: Ingeniería y Competitividad.)
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Seismic retrofitting of academic buildings using roof isolation as a tuned mass damper
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• Resumen
  • español

    En Colombia, un gran porcentaje de edificaciones no satisfacen características sismo resistentes adecuadas, como en el caso de la ciudad de Cali donde el 70% de las estructuras son vulnerables ante eventos sísmicos. Un ejemplo de esto es la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, donde con más de 40 años de construcción, sus edificaciones requieren ser evaluadas y repotenciadas según el Reglamento NSR-10. Sin embargo, las técnicas de reforzamiento convencionales para edificios son muy invasivas, suspenden el servicio y pueden resultar muy costosas. Como alternativa, en este artículo se analiza una técnica de repotenciación empleando el sistema de aislamiento de cubierta. En este sistema, la losa de cubierta se desacopla de la estructura y se apoya sobre aisladores sísmicos elastoméricos, funcionando como un amortiguador de masa sintonizado (TMD), configuración que se facilita debido a la tipología estructural de los edificios de la Facultad. Para verificar la efectividad del sistema propuesto, se clasificaron los edificios en cuatro tipologías de acuerdo con sus características geométricas y la distribución de piso, y se diseñó tanto el reforzamiento convencional como el TMD. Se realizó la caracterización dinámica por medio de pruebas de vibración ambiental con cuatro acelerómetros sísmicos ubicados en la parte superior de las edificaciones, para identificar las frecuencias predominantes y razones de amortiguamiento asociadas a cada modo de vibración. La determinación de los parámetros se realizó con tres técnicas de identificación y con estos datos se ajustaron modelos en elementos finitos de los edificios. El sistema de aislamiento de cubierta logra disminuir la respuesta dinámica y, además, permite que la resistencia de los elementos estructurales soporte las solicitaciones del sismo, mostrando que el diseño del TMD es satisfactorio. El costo de la alternativa del aislamiento de cubierta disminuye entre 68 y 86% respecto a la propuesta convencional. Esta forma de repotenciación sísmica se presenta como una opción conveniente para ser implementada en edificaciones existentes de todo tipo de uso.

  • English

    A large percentage of buildings in Colombia do not have proper earthquake resistance features, as in the case of the city of Cali, where 70% of structures are vulnerable to seismic events. An example of this is the Faculty of Engineering of the del Valle Del Valle University, where the buildings, which were built more than 40 years ago, need to be evaluated and retrofitted according to Regulation NSR-10. However, conventional reinforcement techniques for buildings are highly invasive, disrupt building operations and can be very costly. As an alternative, this article analyzes a retrofitting technique that uses the roof isolation system. In this system, the roof slab is disconnected from the structure and is supported by elastomeric seismic isolators, functioning as a tuned mass damper (TMD), which is an easy configuration due to the type of structure of the Faculty’s buildings. To verify the effectiveness of the proposed system, the buildings were classified into four types according to their geometric characteristics and floor layout, and both the conventional reinforcement and the TMD were designed. A dynamic characterization was obtained through ambient vibration tests, with four seismic accelerometers placed on top of the buildings to identify the predominant frequencies and damping ratios of each vibration mode. The parameters were determined using three identification techniques, and these data were used to fit finite element models of the buildings. The roof isolation system reduces the dynamic response and allows the structural elements to withstand the stress of earthquakes, which shows that the design of the TMD is acceptable. The cost of the roof isolation alternative is between 68 and 86% less than the conventional proposal. This form of seismic retrofitting represents a convenient option for existing buildings of all types of use.