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ESTUDIO · AISLAMIENTO SÍSMICO

Aisladores elastoméricos en Colombia.

KA-LRB-1800-HS · componente conceptual para la torre K60 — Resilient Vertical Tower

DIÁMETRO
1,800 mm
ALTURA
1,504 mm
PIEZAS
81
ENFOQUE
Análisis y diseño estructural

Este estudio de KAMON & CO. explica qué es un aislador sísmico elastomérico con núcleo de plomo (Lead Rubber Bearing, LRB), qué exige el reglamento colombiano NSR-10 para el aislamiento sísmico de base y cómo abordamos el análisis y el diseño estructural de un edificio aislado. El caso de estudio es el KA-LRB-1800-HS, un aislador conceptual de 1,800 mm de diámetro y 1,504 mm de altura para las mega-columnas de la torre K60, que puede recorrerse pieza por pieza en el visor 3D de esta página.

EL CONTEXTO

Un país sísmico, una norma que remite afuera.

Buena parte de las principales ciudades de Colombia está en zonas de amenaza sísmica intermedia o alta. El aislamiento de base cambia la estrategia frente a esa amenaza: en lugar de que la estructura resista el sismo con su propia rigidez, se interpone entre el edificio y la cimentación un sistema flexible que filtra buena parte del movimiento del suelo.

El reglamento NSR-10 lo permite en su numeral A.3.8, pero no tiene una norma propia: exige cumplir por completo un documento estadounidense, FEMA 450 o ASCE/SEI 7-05, y supervisión técnica permanente durante la construcción. Por eso los pocos edificios aislados del país se han diseñado con normas extranjeras, con incoherencias frente a los espectros colombianos que la academia ya ha documentado.

Ese vacío convierte cada edificio aislado en un ejercicio de ingeniería a la medida: llevar la norma extranjera a las condiciones del sitio, diseñar el sistema de aislamiento junto con la estructura completa y documentarlo para que el fabricante y la supervisión técnica trabajen sobre la misma información. En ese trabajo concentra KAMON & CO. su desarrollo en ingeniería estructural.

Sección conceptual de la cimentación de la torre K60: losa de cimentación sobre aisladores sísmicos elastoméricos con núcleo de plomo entre pedestales, losa inferior, muros estructurales y pilotes de gran diámetro, por KAMON & CO.
Torre K60, sección conceptual: cada aislador queda entre dos pedestales, bajo la losa de cimentación y sobre una losa inferior apoyada en pilotes de gran diámetro.

COLOMBIA EN TRES DATOS

  1. A.3.8Numeral de la NSR-10 que permite el aislamiento sísmico de base, con FEMA 450 o ASCE/SEI 7-05.
  2. ≈ 30Edificaciones aisladas diseñadas y construidas en el país, según la cifra citada en 2018.
  3. 0Normas colombianas propias de aislamiento sísmico: la propuesta académica aún no es reglamento.

CÓMO FUNCIONA UN LRB

Desacoplar el edificio del movimiento del suelo.

  1. 01

    Capas de caucho

    Muy flexibles en dirección horizontal: alargan el período de vibración del edificio y lo alejan de las frecuencias en las que el sismo concentra su energía.

  2. 02

    Láminas de acero

    Intercaladas y vulcanizadas con el caucho, impiden que se expanda hacia los lados bajo la carga del edificio. El aislador es rígido en vertical y flexible en horizontal.

  3. 03

    Núcleo de plomo

    Atraviesa todo el paquete. Fluye con el desplazamiento y convierte en calor parte de la energía del sismo; al recristalizar, recupera sus propiedades después del evento.

  4. 04

    Placas y pernos

    Transmiten la carga de la mega-columna al aislador y del aislador al pedestal. Permiten inspeccionar y, si hace falta, reemplazar la unidad.

LISTA DE PARTES DEL MODELO

PiezaCant.MaterialMasa unitaria
NC-01 Pernos de anclaje28Acero aleado ASTM A3254.09 kg
NC-02 Placa de anclaje2Acero al carbono ASTM A5723,023.13 kg
NC-03 Placa de confinamiento2Acero al carbono1,604.93 kg
NC-04 Capa de caucho24Caucho natural85.15 kg
NC-05 Lámina de acero (shim)23Acero dulce143.74 kg
NC-06 Núcleo de plomo1Plomo1,702.78 kg
NC-07 Recubrimiento de caucho1Caucho natural171.66 kg
Total8116,594.70 kg

Masas calculadas por Autodesk Inventor según el material asignado a cada pieza.

EL PROCESO

Del análisis al aislador construible.

Cómo abordamos un sistema de aislamiento sísmico

  1. 01

    Análisis del edificio y del sitio

    Cargas por columna, espectro del sitio y estudio geotécnico definen lo que el sistema aislado debe resolver. En el K60, una especificación preliminar fijó la geometría, los materiales y la lista de datos que faltan para un diseño real.

  2. 02

    Diseño del sistema de aislamiento

    Diámetro, número y espesor de capas, núcleo de plomo y placas se dimensionan junto con la superestructura y la cimentación, con FEMA 450 o ASCE/SEI 7-05, como exige la NSR-10.

  3. 03

    Modelo paramétrico y planos

    En el K60, siete piezas tipo (NC-01 a NC-07) en Autodesk Inventor, controladas por parámetros, forman un ensamble de 81 piezas con planos de sección y despiece a escala 1/10.

  4. 04

    Integración en el modelo estructural

    El aislador como familia paramétrica de Revit, ubicado entre superestructura y subestructura y coordinado con pedestales, losa de cimentación y pilotes.

  5. 05

    Fabricación y obra

    Especificación para el fabricante certificado y sus ensayos de prototipo, e información ordenada para la supervisión técnica permanente que exige la NSR-10.

Ensamble de Inventor: 81 piezas modeladas en sólido.

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@kamonandco
KA-LRB-1800-HS EN 3DEnsamble de Inventor: 81 piezas modeladas en sólido.
Sección A-A y vista superior con el patrón de pernos, escala 1/10.
Despiece y lista de partes.
Isometría y corte en cuarto.

EL RESULTADO

Un componente que se revisa pieza por pieza.

El KA-LRB-1800-HS no es una imagen: es un ensamble sólido con medidas, materiales y masas. Cada capa, lámina, placa y perno existe en el modelo, y la relación entre ellas se puede comprobar: 24 capas de caucho de 40 mm y 23 láminas de 8 mm forman un paquete de 1,144 mm; con las placas de confinamiento llega a 1,324 mm, y con las placas de anclaje, a 1,504 mm.

81 piezas modeladas en sólido

  • 28 pernos de anclaje M64
  • 24 capas de caucho natural
  • 23 láminas de acero
  • 4 placas de acero
  • 1 núcleo de plomo
  • 1 recubrimiento de caucho

LO QUE FALTA PARA FABRICARLO

El KA-LRB-1800-HS es un predimensionamiento conceptual, no un diseño apto para fabricación. Antes de pasar a diseño ejecutivo se necesitan las cargas de la torre, el espectro sísmico del sitio, el estudio geotécnico, un análisis dinámico no lineal del edificio aislado y, sobre todo, un fabricante certificado que ensaye prototipos según normas como ISO 22762 o la guía AASHTO de aislamiento sísmico. Ese recorrido, del análisis al diseño ejecutivo y la coordinación con el fabricante, es el que KAMON & CO. propone desarrollar con cada proyecto.

Preguntas frecuentes sobre aisladores sísmicos

¿Qué es un aislador sísmico elastomérico?

Es un apoyo formado por capas de caucho y láminas de acero vulcanizadas entre sí, que se instala entre la estructura y su cimentación. Es rígido ante las cargas verticales y flexible ante el movimiento horizontal, de modo que el edificio se mueve más lento y con menos aceleración que el suelo durante un sismo.

¿Qué función cumple el núcleo de plomo?

El plomo fluye con baja resistencia cuando el aislador se desplaza y disipa energía en cada ciclo, lo que aporta amortiguamiento y limita el desplazamiento. Además le da al aislador rigidez inicial frente a cargas pequeñas, como el viento.

¿La NSR-10 permite el aislamiento sísmico en Colombia?

Sí. El numeral A.3.8 de la NSR-10 permite estructuras aisladas en la base siempre que cumplan por completo FEMA 450 o ASCE/SEI 7-05, y la construcción exige supervisión técnica permanente. Colombia no tiene todavía una norma propia de aislamiento sísmico.

¿Cuántos edificios con aisladores sísmicos hay en Colombia?

El estudio de Piscal-Arévalo y López-Almansa (2018) cita aproximadamente 30 edificaciones aisladas diseñadas y construidas en el país, con base en Mason (2015), y menciona como ejemplo la Clínica Amiga de Comfandi, en Cali. Es una cifra de hace algunos años.

¿El KA-LRB-1800-HS es un producto fabricado?

No. Es un componente conceptual que KAMON & CO. desarrolló para la torre K60, un proyecto de investigación y portafolio. Sus valores son de predimensionamiento: el diseño final de un aislador corresponde a un fabricante certificado y al ingeniero estructural del proyecto, con ensayos de prototipo.

¿Qué se necesita para evaluar el aislamiento sísmico de un proyecto?

Los planos arquitectónicos y estructurales disponibles, la ubicación, el estudio geotécnico y el uso previsto del edificio. Con esa información se evalúa si el aislamiento de base conviene frente a una solución convencional y qué estudios faltan para diseñarlo.

REFERENCIAS

  1. Piscal-Arévalo, C. M. y López-Almansa, F. (2018). Propuesta para la futura norma de aislamiento sísmico de edificaciones en Colombia. DYNA, 85(207), 306-315. doi.org
  2. Decreto 92 de 2011, que modifica el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10. normas.cra.gov.co
  3. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, Título A. www.scg.org.co

¿Su proyecto evalúa aislamiento sísmico de base?

Acompañamos a quien quiera diseñar e implementar un sistema de aislamiento: análisis, diseño estructural, modelo BIM y documentación para el fabricante y la supervisión técnica.

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