New design considerations for seismic isolated buildings in Colombia

Abstract

An important percentage of Colombian population is located in medium-to-high seismicity zones (NSR-10, 2010). Therefore, it is important to protect the buildings, principally the highly crowded ones, and those that are considered as indispensables for community attention after an earthquake event. One most successful techniques for structural protection is base (seismic) isolation; despite their obvious advantages, in Latin America (and, more specifically, in Colombia), its use is still only limited, whit a low number of isolated buildings. This situation can be due to several reasons: insufficient awareness of this technology, poor knowledge of the involved professionals (i.e. engineers) in design and construction of isolated structures, and lack of local design codes; this last circumstance, forces employing foreign regulations (ASCE 7 in the Colombian case) that do not account for the local characteristics and frequently lead to relevant cost increases. The objective of this Thesis is to promote base isolation in Colombia and other close countries; with this aim, the following tasks are performed: (i) to study and compare the requirements of different major seismic isolation regulations (Japan, China, Russia, Italy, USA, Chile, México), (ii) inside each code, to contrast the results (in terms of forces and displacements) obtained from approximated analysis methods (lateral equivalent method) and more sophisticated procedures (time-history analysis), (iii) to propose (for Colombia) damping modification factors for design spectra, and (iv) to formulate new considerations for design of isolated structures in Colombia (to be converted into a national design code).

La mayoría de la población colombiana se encuentra ubicada en zonas de amenaza sísmica alta e intermedia (NSR-10, 2010) por lo cual es de suma importancia la protección de las edificaciones, con una especial atención en las que albergan un considerable número de personas y aquellas que son consideradas como indispensables para la atención de la comunidad después de un evento sísmico. Dentro de las más recientes y exitosas medidas de protección de estructuras a nivel mundial, se encuentra el denominado aislamiento de base; a pesar de sus notorias ventajas, en Latinoamérica y más específicamente en Colombia, su uso es aún limitado. Lo anterior puede deberse, entre otras, a las siguientes razones: escasa divulgación en la zona de esta técnica y de las ventajas de su uso, falta del conocimiento necesario (por parte de los profesionales de la construcción) para llevar a cabo los procesos requeridos de diseño y construcción, y a la ausencia de una normativa nacional específica; esta última circunstancia es relevante, dado que la normativa internacional que se aplica en su lugar (ASCE 7 en el caso colombiano) no recoge las particulares locales y puede generar sobrecostos importantes. El objetivo final de esta investigación es consolidar el aislamiento sísmico en Colombia y en otros países próximos; para alcanzar este propósito, en esta investigación se llevan a cabo las siguientes actividades: (i) se estudian y comparan los requisitos estipulados en diferentes normativas de aislamiento sísmico desarrolladas a nivel mundial (Japón, China, Rusia, Italia, USA, Chile, México), (ii) en cada uno de estos códigos, se contrastan los resultados de fuerzas y desplazamientos obtenidos mediante métodos aproximados de análisis (Fuerza horizontal equivalente) y los resultados obtenidos mediante métodos más sofisticados (análisis dinámico cronológico), (iii) se proponen, para Colombia, factores modificadores del espectro de diseño en función del amortiguamiento, y (iv) se formulan nuevas consideraciones para el diseño de estructuras aisladas en Colombia (embrión de una normativa propia)