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LOS CODIGOS DE CONSTRUCCION

TRADICIONALES ESTAN ESTRUCTURADOS PARA PROTEGER VIDAS

Cuando se trata del equipamiento dentro de

los edificios, la responsabilidad de proporcionar las salvaguardias necesarias durante una actividad sísmica recae en el

ingeniero

En una mañana de Enero de 1994, el área de Northridge, en California del Sur, fue sacudida por un terremoto de 6.6 grados en la escala de Richter que tubo una duración de aproximadamente 30 segundos. Las repercusiones todavía se están sintiendo en la comunidad de ingenieros. Después de billones de dólares en daños en edificios y equipamiento, y de una extensa investigación en que se midieron las fallas y éxitos estructurales de montajes de máquinas y equipamiento eléctrico, las conclusiones están bien claras. La amortiguación y la limitación sísmica son los factores claves y la falta de estos puede causar que las aceleraciones causadas por un terremoto se amplifiquen entre 30 y 50 veces. Los códigos de construcción simplemente no tomaron en cuenta la absorción de energía requerida cuando los equipos no están montados rígidamente y apropiadamente arriostrados, y el estudio de Northridge sustentó esta afirmación. Los datos para el estudio fueron acumulados por nuestros ingenieros estructurales y mecánicos con la ayuda de fotógrafos profesionales para documentar el daño en el terreno. Los sistemas que fueron documentados están específicamente cubiertos en estas páginas. Examinaremos sistemas mecánicos y eléctricos montados sobre el piso y suspendidos aislados y no aislados de las vibraciones. Los datos proporcionan excelentes visiones de cuales sistemas sobrevivieron y cuales fracasaron, y sus causas. En la mayoría de los casos, las lecturas de fuerzas sísmicas verticales y horizontales fueron realizadas a nivel de terreno, dependiendo de las ubicaciones de la instrumentación sísmica. Debido a que el daño fue tan extenso, es evidente la amplificación de las resonancias de estas fuerzas por los componentes estructurales. Hemos descrito los montajes Mason en las fotografías cuando se a usado Mason. Por cortesía para nuestra competencia, no hemos nombrado los productos o sistemas que no funcionaron bien. Puede parecer que omitimos los sistemas Mason que fallaron, pero no es este el caso. Si sólo uno de nuestros montajes ha fallado, nosotros hubiéramos examinado la falla en detalle. Sin embargo, no hemos encontrado ningún ejemplo.

El mapa que se muestra arriba indica los sitios estructurales escogidos y demuestra la variedad de localidades que se percibió el terremoto. La mayor parte de los equipos mecánicos estaban ubicados en pisos superiores donde la estructura amplificó las aceleraciones.

Debido a que nuestros montajes sísmicos están diseñados utilizando encierros de acero o hierro fundido dúctil, en vez de hierro fundido gris, no somos la propuesta más económica para todas las instalaciones. Para la mayoría de los casos determinamos la resistencia de nuestros productos mediante ensayos y los fabricamos con los factores de seguridad necesarios para resistir amplificaciones no determinadas. Todas estas precauciones incrementan los costos. Pero, como ustedes verán, estas medidas adicionales pueden pagar dividendos a mediano o largo plazo.

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Rieles independientes girados en su eje longitudinal, rompiendo los pernos de anclaje y doblando la base de la torre de enfriamiento. El problema pudo haberse prevenido usando una base estructural de una sola pieza y limitadores sísmicos de doble acción.

Los pernos de los limitadores verticales no previnieron la rotación de los rieles. El perno de anclaje se arrancó de la placa base y los resortes de soporte se cayeron.

CALENTADORES DE AGUA

Los calentadores de agua tiene centros de gravedad altos y tienden a volcarse fácilmente. Las fuerzas sobre esta instalación en especial fue de 0.15gV y 0.2gH, los calentadores deben ser apernados al piso y amarrados al muro o pilar más cercano.

TORRES DE ENFRIAMIENTO

Un montaje apropiado para torres de enfriamiento debe ser soportado por un armazón estructural de acero, preferentemente con soportes ahorradores de altura para bajar el centro de gravedad. Los montajes de resorte autosoportantes no necesitan ser apernados, ya que los limitadores sísmicos cercanos a cada resorte, limitando el movimiento de los resortes. Los limitadores son de doble acción y seleccionados para fuerzas máximas calculadas. Los resortes no deben ser soldados al soporte par evitar el quiebre de la soldadura. Las distancias desde los extremos al los pernos de los limitadores son extremadamente importantes (Base Mason WF, Montajes de resorte Mason SLF, limitadores sísmicos Mason Z-1225)

CAÑERIAS MONTADAS EN EL PISO

Un arriostramiento inadecuado de las cañerías pueden causar daños a la estructura. A diferencia de los ductos las cañerías tiene masa y rigidez. Las líneas eléctricas pueden ser dañadas cuando las cañerías se corren. También pueden afectar a los pilares y comprometer la integridad de los muros estructurales. Este daño fue causado por fuerzas relativamente menores de 0.15gV y 0.2gH.

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Es inaceptable considerar que la rigidez vertical y horizontal de un resorte resista fuerzas sísmicas. Sin limitadores sísmicos que limiten el movimiento los resortes entran en resonancia y doblan o quiebran su fijación. Los pernos de anclaje pueden doblarse o cortarse cuando los resortes no fallan o se caen. La fijación de limitadores sísmicos apropiados a las bases de acero podrían haber evitado este desastre.

Otro ejemplo que muestra que los resortes autosoportantes no pueden ser utilizados sin limitadores sísmicos. Los pernos de anclaje bajo estos resortes están muy cerca a los extremos, y quebraron la sobrelosa. Las fuerzas fueron relativamente bajas a 0.2gV y 0.25gH, pero más que suficientes para crear estragos sobre este sistema.

Este sistema de bomba está montado sobre un armazón de acero para minimizar la carga del piso. Los resortes están dentro de un encierro sísmico de acero con golillas elastoméricas multidireccionales para prevenir el impacto metal con metal. La distancia entre los pernos de anclaje es más que adecuada y el sistema no muestra signos de falla. (Base Mason MSL, Resortes Mason SLRA con placas base extendidas).

BOMBAS

Esta es una excelente instalación utilizando limitadores sísmicos multidireccionales para prevenir que las bases de concreto entren en resonancia, lo que sucedería con los resortes puestos sin limitadores. No hay razón para apernar los resortes al piso ya que los limitadores restringen el movimiento y los resortes no se mueven sobre su taco de fricción. Los limitadores siempre deben ser anclados con pernos de anclaje apropiados. (Bases Mason BMK, Resortes Mason SLF, Limitadores Mason Z.1225)

Los encierros de resortes de hierro fundido inevitablemente estallaron. Las esquirlas pueden volaron en áreas que podían haber estado ocupadas por personal de planta. Los únicos encierros aceptables son los de hierro fundido dúctil o acero.

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El montaje de las bombas directamente sobre aisladores sin una base suplementaria de acero o concreto es una mala practica debido a problemas de alineamiento cuando los torques giran las bases. El encierro del montaje probó ser inadecuado ya que fallaron los pernos de arriostramiento vertical. Los ángulos de arriostramiento se torcieron y los pernos de anclaje fueron mal dimensionados, del tipo erróneo y mal instalado ya que el anclaje se quebró y la bomba se salió de su posición. Las fuerzas sísmicas fueron bajas de 0.2gV y 0.25gH.

SOBRELOSAS

Las fallas en las sobrelosas fueron comunes, debido a la inapropiada fijación de la losa estructural, y un inadecuado o inexistente refuerzo de la sobrelosa. Las mostradas en estas fotografías, tienen ambos problemas. Una inadecuada fijación permite que la sobrelosa se levante, vibre y se desplace. Un pobre refuerzo permite que las sobrelosas se quiebren. Cuando las sobrelosas fallan, el sistema fallará ya que nada se mantendrá en su lugar.

Los encierros de hierro fundido dúctil resistente a explosiones son la elección correcta en áreas sísmicas. Las fuerzas fueron muy altas, de aproximadamente 1.5gV y 1.4gH. El sistema no falló debido a que las cargas fueron adecuadamente diseñadas. Note que los pernos de anclaje están bien separados y las distancias a los bordes son bien conservadoras. Tanto la base de concreto flotante y la sobrelosa fue apropiadamente reforzada y firmemente fijada a la estructura. (Base Mason BMK y Resortes SSLFH)

Los pernos de anclaje están muy cerca del borde de la sobrelosa para que el concreto ofrezca una adecuada resistencia a las fuerzas horizontales de los pernos de anclaje. Los bordes se quebraron y los pernos de anclaje se soltaron. Esta falla total del sistema de limitación sísmica ocurrió a sólo 0.15gV y 0.15gH. También los montajes muestran una considerable distorsión.

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Los rieles giraron virtualmente en cada aplicación. En la fotografía superior la rotación se inició porque el limitador horizontal empujó a la viga. En ambas fotografías los resortes fueron asegurados mediante soldadura. El soldar estos elementos es siempre una mala práctica ya que el intenso calor endurece los resortes por lo que estos tienden a estallar. Todo el sistema falló con el rompimiento de las cañerías sumado a otros problemas.

Otro ejemplo de una falla de un montaje de hierro. Los fragmentos mostrados en el extremo inferior izquierdo y derecho pueden ser peligrosos para el personal del edificio y para los equipos. No sólo quedó fuera de servicio el compresor, sino que además hay un potencial de riesgo a las personas y daño a otros equipos.

ENFRIADORES

Algunos enfriadores pueden ser montados directamente sobre los aisladores de vibración, pero no como se muestra en las fotografías superiores. Las fuerzas sísmicas fueron razonablemente fuertes a 0.3gV y 0.6gH. En las fotografías no se han mostrado todas las partes, pero tanto los pernos de limitación entre los encierros superior e inferior y los pernos de anclaje fallaron. Las placas superiores se liberaron del resto del encierro y permanecieron fijados al enfriador. Las placas base fueron débiles y mostraron distorsión. Los montajes ensayados con pre-aprobación OSHPD habrían sido mucho más seguros. Los enfriadores bajaron cerca de 14 pulgadas además de desplazarse.

Esta inusual fotografía muestra enfriadores idénticos uno al lado de otro. Uno fue montado sobre rieles con topes limitadores contra los rieles. El otro está montado sobre una base de estructura única que rodea completamente el enfriador soportada por aisladores de resorte con limitadores sísmicos incorporados en un encierro al resorte. Las placas base fueron alargadas para asegurar un apropiado espaciamiento entre los pernos de anclaje. La instalación con los rieles falló completamente, pero no hubo daño en el sistema con la base. (Base Mason WF con soportes aisladores de altura y montajes de resorte SSLR).

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Este es otro ejemplo de piezas de hierro fundido que se hicieron pedazos. Al hierro fundido no debería estar aprobado para trabajo sísmico independiente de los niveles de fuerza. Este sistema estuvo sujeto a fuerzas bajas de 0.2gV y 0.25gH.

Esta fotografía es un acercamiento de la instalación de resorte y del limitador sísmico multidiraccional mostrada abajo. Los pernos de anclaje y las separaciones de los bordes de la sobrelosa fueron cuidadosamente estudiados. (Base Mason WF, Resortes Mason SLF, Limitadores Mason Z-1011)

Los sistemas de enfriamiento necesitan no fallar. La estructura de base del enfriador fue soportada sobre montajes de resorte bajo sistemas ahorradores de altura. Los resortes no fueron apernados a la sobrelosa ya que todos los limitadores sísmicos multidireccionales evitan los movimientos excesivos y fallas en los resortes. Las fuerzas máximas fueron de 0.3gV y 0.4gH.

Esta es una excelente instalación usando una base de estructura de acero con ahorradores de altura y montajes de resorte con su propia protección sísmica. Estos montajes son de hierro fundido dúctil, que evita que explote. El enfriador posee patas de planchas de acero delgado que no colapsaron debido a que la base de acero mantuvo amarradas a las cuatro patas. Esta unidad estaba cerca del epicentro del terremoto y las fuerzas sísmicas fueron de 1.0gV y 1.4gH. Estas fueron de las fuerzas más altas registradas por algún instrumento en el mundo, pero la instalación sobrevivió intacta. (Base Mason WF, Resortes Mason SSLFH).

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Este colgador de abrazadera en el centro de la fotografía se cayó y el colgador trasero se desplazó lo suficiente para torcer el perno de cielo. Hay marcas de golpeteos sobre la cañería en la abrazadera frontal, indicando que el sistema entró en resonancia incluso cuando las aceleraciones fueron de sólo 0.15gV y 0.2gH. Un sistema apropiado de amarres inclinados, arriostramiento axial y topes superiores podrían haber prevenido este daño.

Las cañerías amarradas con cables inclinados sobrevivieron al terremoto sin daño y sin distorsión. Las fuerzas en esta área fueron altas de 0.9gV y 1.2gH.

Una inusual fotografía mostrando amarres de cable y sólidos. Ambos sistemas usan uniones giratorias específicamente diseñadas para el propósito de simplificar la instalación y proporcionar fijaciones aprobadas por OSHPD. Los contratistas a menudos prefieren cables a los amarres sólidos incluso en cañerías no aisladas, debido a que los cables pueden ser instalados más rápidamente. (Sistema para cables Mason tipo SCB, y sistema para perfiles Mason SSB).

CAÑERIAS SUSPENDIDAS

Las cañerías sin amarres inclinados cambian de posición y de altura. Un colgador se liberó completamente y una cañería se desplazó en aproximadamente 30 cm de su posición original. En otros lugares, los sistemas de cañerías se cayeron. Las amarras inclinadas y el arriostramiento axial son esenciales con topes limitadores verticales a lo largo de sus lugares de anclaje. Los pernos de las abrazaderas también deben estar afirmados.

Un ejemplo típico que muestra el uso de un sistema de amarre con cables inclinados con uniones giratorias. Las uniones son ajustables con lo que se simplifica la instalación. (Mason tipo SCB).