noviembre 2012 proyecto de aislamiento sísmico · aisladores tipo fps • estructura de bajo peso...
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Noviembre 2012
Por Michael Rendel, 20/08/2015
Proyecto de Aislamiento Sísmico
Edificio de Proceso DTP de SQM
I. INTRODUCCIÓN
1. Edificio de procesos de estructura metálica
• Altura: 36 m
• Planta: 11m x 20m
• Peso total (super.): 1.400 Tonf
2. Equipamiento:
• Estanques
• Sistemas de piping para fluidos a altas temperaturas (600°C)
• Intercambiadores de calor
3. Objetivos del SPS:
• Reducir aceleraciones en equipamiento
• Reducir deformaciones de la estructura que induzcan daño en el
equipamiento
Descripción de la estructura
I. INTRODUCCIÓN
Participantes del Proyecto Estructural
1. Mandante y gerenciamiento: SQM
2. Diseño del sistema de aislamiento sísmico: SIRVE
3. Diseño de obras civiles (fundaciones y losa aislada): SIRVE
4. Diseño del edificio de estructura metálica: TIPIEL(Colombia)
5. Revisión de ingeniería: SQM
II. DISEÑO
1. Aceleraciones máximas a nivel de losa aislada: 0.20g
2. Aceleraciones máximas a nivel de techo: 0.80g
3. Drift elástico de entre piso máximo: 0.20%
Objetivos de desempeño del sistema
Descripción del sistema propuesto
1. Losa de aislamiento de HA
2. Aisladores tipo FPS
• Estructura de bajo peso para el número
requerido de aisladores
• Importante excentricidad de masa en planta
3. Fundación tipo Losa
• Muros perimetrales de contención
• Pedestales para soporte de aisladores
II. DISEÑO
Diseño de los dispositivos – NCh2745.Of2013
1. Dispositivos tipo FPS
• Análisis TH no lineal
• Constitutiva depende de la velocidad
• Constitutiva depende de fuerza vertical
2. Modelación permite el eventual levantamiento de
los dispositivos
3. Diferentes posiciones del centro de masa según
estado de llenado de estanques y piping
4. Tres tríos de registros (X,Y,Z), incluyendo
componente vertical
5. Diseño mediante la envolvente de resultados de
registros
II. DISEÑO
Solicitación Sísmica
1. Parámetros generales
• Zona Sísmica: 3
• Tipo de Suelo: B (suelo II s/NCh2745)
2. Registros compatibles con espectro NCh2745 (H y V)
0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5
0
0.5
a (
g)
0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5
0
0.5
a (
g)
0 10 20 30 40 50 60 70 80-0.5
0
0.5
t (s)
a (
g)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
T (s)
Sa (
g)
Espectro de aceleraciones NCh2745 Suelo 2, Zona 3
NCh2745
Llo Lleo E-O
Melipilla N-S
San Isidro N-S
II. DISEÑO
Dispositivos tipo FPS
𝑘𝑒 =𝜇𝑊
𝑥𝑦
𝑘𝑝 =𝑊
R
𝐹(𝑥) = 𝜇𝑊 +𝑊
𝑅𝑥
𝑇𝑒𝑓 = 2𝜋𝑊
𝐾𝑒𝑓 ∙ 𝑔= 2𝜋
𝑅 ∙ 𝑥
𝑔 𝑥 + 𝜇𝑅
II. DISEÑO
xy
x
Rigidez Inicial:
Rigidez post “fluencia”:
Relación fuerza def.:(supuesto: xy ≈ 0)
Rigidez efectiva:(secante)
Período efectivo:
𝐾𝑒𝑓 =𝐹(𝑥)
𝑥=𝜇𝑊
𝑥+𝑊
𝑅
Para el caso de péndulos dobles, de igual radio: 𝑅 = 2𝑅𝐷
Modelo Estructural
1. Software: SAP2000
2. Estructura metálica: frames
3. Losa de Aislamiento: shells y frames
4. Aisladores: link / friction isolator
5. Peso Sísmico: 1400 Tonf
6. Período fundamental:
• Tx: 2.88 seg.
• Ty: 2.88 seg.
7. Coeficientes de roce:
II. DISEÑO
𝜇 = 0.04 / 0.05 (slow/fast)
Diseño de los dispositivos
1. FPS 280/350
• 11 unidades
• Carga máxima: 270 Tonf
• Deformación máxima (DTM): 32cm
• Rigidez secante: 0.49 Tonf/cm
2. FPS 125/350
• 10 unidades
• Carga máxima: 116 Tonf
• Deformación máxima (DTM): 32cm
• Rigidez secante: 0.21 Tonf/cm
II. DISEÑO
III. RESULTADOS
Desempeño en la estructura – Sismo de diseño
X Y
0.14 0.17
0.57 1.26
198 196
140 140
0.10 0.10
0.91 0.90Demanda de ductilidad real
INDICADORDIRECICIÓN
Aceleración nivel sobre dispositivos (g's)
Drift elástico máximo superestructura (0/00)
Corte Elástico superestructura (tonf)
Corte de diseño superestructura (tonf)
Vdis/Wsup
Límite 0.20 g (OK)
Límite 2.00 ‰ (OK)
Mínimo NCh2369
Coeficiente de reducción de respuesta para diseño superestructura: R = 1.41
Desempeño en la estructura – Base fija / aislada
X Y X Y X Y
0.41 0.47 2.88 2.88 - -
2.42 6.48 0.57 1.26 76% 81%
0.5 0.5 0.5 0.5 - -
0.5 0.5 0.14 0.17 72% 66%
2.12 2.85 0.46 0.56 78% 80%
446.26 467.23 90.23 77.21 80% 83%
REDUCCIÓN
Aceleración Suelo
Aceleración absoluta nivel aislameinto (g)
Aceleración Absoluta nivel techo (g)
Corte Elástico base columnas primer nivel (tonf)
AISLADOINDICADOR
BASE FIJA
Periodo
Drift elástico máximo superestructura (0/00)
III. RESULTADOS
1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE
2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)
3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros
de respuesta obtenidos sobre la estructura
Diseño equipamientos y anclajes
III. RESULTADOS
1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE
2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)
3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros
de respuesta obtenidos sobre la estructura
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
T (s)
Sa (
m/s
2)
Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)
Diseño equipamientos y anclajes
III. RESULTADOS
Losa
1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE
2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)
3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros
de respuesta obtenidos sobre la estructura
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
T (s)
Sa (
m/s
2)
Registro de LLAY en dirección Y (TECHO)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
T (s)
Sa (
m/s
2)
Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)
Diseño equipamientos y anclajes
III. RESULTADOS
TechoLosa
1. Diseños realizados por terceros, solicitaciones aportadas por SIRVE
2. Equipos mayores fueron incluidos en el modelo (entrega de reacciones)
3. Para equipos menores no incluidos en modelo se entregaron espectros
de respuesta obtenidos sobre la estructura
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
T (s)
Sa (
m/s
2)
Registro de LLAY en dirección Y (TECHO)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
T (s)
S a (m/s2 )
Registro de LLAY en dirección Y (LOSA)
Diseño equipamientos y anclajes
III. RESULTADOS
TechoLosa
IV. FASE DE OBRA
1. Ensayo de 4 aisladores en laboratorio
2. Los ensayos son altamente complejos, habiendo escasos laboratorios con esta
capacidad en el mundo (control horizontal y vertical a carga constante)
Ensayos de Dispositivos
IV. FASE DE OBRA
Ensayos de Dispositivos
Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del
sistema de aislamiento:
SLOW
IV. FASE DE OBRA
Ensayos de Dispositivos
Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del
sistema de aislamiento:
FAST
SLOW
IV. FASE DE OBRA
Ensayos de Dispositivos
Curvas de ensayos generaron un cambio en las propiedades del
sistema de aislamiento:
FAST
SLOW
1. Leve aumento en el corte basal elástico
2. Corte de diseño siguió controlado por el mínimo normativo
3. Leve aumento en aceleraciones y deformaciones