INTRODUCCION

Numerosos estudios han demostrado el beneficie del aislamiento basal para la mitigación o eliminación del daño en sistemas estructurales y componentes no estructurales durante un fuerte movimiento sísmico. En los varios tipos de aisladores sísmicos, el de núcleo de plomo ha sido extensamente usado para construcciones nuevas o como reforzamiento de edificios y puentes con o sin la ayuda de otros dispositivos (dispositivos de amortiguamiento u otro tipo de aislador sísmico).

El aislador de nucleo de plomo fue inventado en 1975 por W.H. Robinson en Nueva Zelanda (Skinner et. Al. 1993). El cual consiste en elastómero reforzado con laminas de acero con nucleo de plomo 8(Figura 1-1) muestra la composición interna del aislador con nucleo de plomo. Note que tanto la parte superior como inferior están conectadas a placas de acero. Este tipo de construcción provee confinamiento al nucleo de plomo. El nucleo es típicamente de mayor longitud que el elastómero y es comprimida con las placas de acero de arriba y abajo. El nucleo de plomo se expande lateralmente y calza dentro de las laminas de de acero y elastómero. Bajo estas condiciones de confinamiento, el nucleo de plomo provee una excelente capacidad de disipación de energía (con una magnitud que depende del diamentro del nucleo de plomo). Una detallada descripción del comportamiento del nucleo de plomo puede ser encontrada en el paper de Constantinou et al. 2007.

FIGURE 1-1 Internal Construction of a Lead-Rubber Bearing (Courtesy of DIS)

Los aisladores con nucleo de plomo son también construidos usando multiples nucleos de plomo. Existen pocas aplicaciones de aisladores elastoméricos con multiples nucleos de plomo en Japon y una en California, todas en puente. Figura 1-2 muestra un esquema de un aislador con multiples nucleos de plomo usado por puentes en Japon. La figura también muestra restricción lateral que fue empleadas en Japon para aislar un puente, donde el puente solo fue aislado en la dirección longitudinal de este. Esta practica no es usada en los Estados Unidos (Constantinou et al, 2007).

FIGURE 1-2 Multiple-Core Lead-Rubber Bearing Used in Japan (Constantinou etal., 2007b)

Los aisladores elastoméricos con nucleo de plomo son supuestos a tener un comportamiento idealizado mostrado en la Figura 1-3. Los parámetros críticos son el esfuerzo característico Qd y la rigidez post-elastica Kd. Estos dos parámetros están relacionados a la geomteia y las propiedades de los materiales del aislador como se muestra:

Donde fl es una paraetros que cuenta el efecto del nucleo de plomo en la rigidez post-elastica (se espera cerca de la unidad), G es el modulo de corte del elastómero, Oyl es el esfuerzo de fluencia del plomo, T es el espesor total del elastómero, Ar es el área de servicio del elastómero, y Al es el área del nucleo de plomo. Ecuacion 1-1 no toma en cuenta la contribución del elastómeros en las características de esfuerzo en el aislador. Esta contribución es pequeña bajo condiciones normales y es típicamente contada indirectamente por el valor del esfuerzo de fluencia efectiva del plomo. Sin embargo, esta contribución se vuelve importante en condición de bajas temperaturas y es necesario ser separado con el fin de poder predecir con mas precisión el comportamiento del aislador. Este es el tema principal de este trabajp.

FIGURE 1-3 Idealized Force-Displacement Loop of a Lead-Rubber Bearing

Los esfuerzos caracteristicos del nucleo de plomo es responsable de la capacidad del aislador para disipar energía. Este esfuerzo es dependiente, aparte del ya mencionado confinamiento del nucleo de plomo, en la razón de esfuerzo de corte deformación del nucleo de plomo y la historia de cargas en términos de (a) el movimiento lento acumulado de una carga terminca, y (b) el numero, amplitud y frecuencia de altas velocidades la que produce efectos de calentamiento.

Datos experimentales mostrados en el paper de Constantinou et. Al. (2007) en aisladores de nucleo de plomo muestran un incremento substancial en el esfuerzo característico a bajas velocidades de 1.6 km en la amplitud mas baja del movimiento cíclico. Sin embargo, el origen de un fenómeno pudo no ser identificado,