TECNOLOGÍA SÍSMICA APLICADA AL AIFA

Tecnología Sísmica Aplicada al

Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles

El Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles (AIFA) en una magna obra en todos aspectos, forma parte de un proyecto integral que permite la operación del actual Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México y la actual Base Militar de Santa Lucía. La interacción entre los aeropuertos ha detonado nuevas vías de comunicación y mejoras en las existentes en beneficio de la viabilidad en la zona del valle de México.

En un proyecto tan extenso, la terminal de pasajeros se ha convertido en la portada emblemática del macro proyecto. Esta terminal tiene una característica especial, es la estructura aislada sísmicamente más grande de Latinoamérica y unas de las más grandes del mundo, ya que sus más de 220,000 m2 fueron protegidos por 1,316 aisladores sísmicos suministrados por mageba.

Supervisión de instalación de los aisladores sísmicos instalados en el proyecto. Reducción de aceleraciones por cambio de período.

El resultado de la aplicación de esta técnica es una estructura más segura, ya que los usuarios del edificio y sus contenidos tampoco estarán sujetos a los efectos directos del sismo, previniendo daños en la reparación de elementos estructurales (como columnas y trabes) y de los no estructurales (acabados, plafones, fachadas) lo que permite la ocupación inmediata de la estructura. Esto es particularmente importante en el nuevo Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles, ya que formará parte de un sistema integral de comunicaciones vital para el país.

El Aislamiento sísmico es una tecnología estudiada y aplicada desde hace más de 30 años en diferentes países, teniendo su foco principal en Japón donde se encuentra la mayor cantidad de estructuras utilizando este y otros tipos de dispositivos sísmicos, pero se han utilizado con éxito en diferentes partes del mundo. A pesar de que Latinoamérica tiene una importante actividad sísmica y nuestras ciudades han sufrido grandes pérdidas debido a la actividad sísmica, este tipo de tecnologías antisísmicas no se ha implementado de manera generalizada todavía.

Los dispositivos de aislamiento sísmicos que se utilizaron en la terminal de AIFA pueden ser utilizados en cualquier tipo de estructura, desde edificios de oficinas o departamentos, puentes carreteros, plantas de energía nuclear o en casas particulares.

El principio fundamental del aislamiento sísmico es desconectar la estructura del suelo a través de unos dispositivos llamados simplemente aisladores sísmicos. Estos aisladores soportan el peso de la estructura para apoyarse en el suelo, pero tienen la capacidad de que, al presentarse un sismo, el movimiento no se transmita a la estructura y solo se mueva el suelo.

Desde un punto de vista técnico los aisladores alejan el período natural de la estructura del período del suelo logrando disminuir las aceleraciones provocadas por el sismo, como se muestra en la figura 1.

La experiencia para los usuarios de una estructura aislada es de gran relevancia, particularmente en estructuras altas o con períodos de vibración cortos. Ya que en lugar de llegar a tener desplazamientos muy grandes que pueden estar en el orden de 1 metro, en una estructura aislada pudieran ser de tan solo un par de centímetros. La implementación de sistemas de aislamiento sísmico permite un nivel de confort y seguridad mas alto que el que hoy tenemos en la gran mayoría de las estructuras construidas en Latinoamérica. Si bien los métodos tradicionales de refuerzo estructural han probado ser una forma eficaz para proteger a las estructuras, por su misma naturaleza llegan a permitir daños estructurales o no estructurales a pesar de no llegar al colapso. Las tecnologías de aislamiento sísmicos buscan elevar el nivel de seguridad y confort de las estructuras para no solo impedir que la estructura no colapse, si no que ni los usuarios ni sus contenidos se dañen y esto impida la operación de la estructura. Los sistemas de aislamiento sísmico son una excelente alternativa para el refuerzo de las estructuras y permite tener estructuras más esbeltas y económicas (1).

Un sistema de aislamiento eficaz debe proporcionar, por lo tanto las siguientes cuatro funciones: • Tener un comportamiento adecuado bajo cualquier carga de servicio, tan eficaz como para los apoyos estructurales convencionales. • Proporcionar la suficiente flexibilidad horizontal que se

requiere para alcanzar el período natural establecido para el aislamiento de la estructura. • Tener capacidad de re-centrado aún después de un fuerte sismo. Esto permite evitar la ocurrencia de movimientos residuales que podrían interrumpir el funcionamiento de la estructura. • Proporcionar un nivel adecuado de disipación de energía, con el objetivo de controlar los movimientos que de otra manera podrían dañar otros elementos estructurales.

Dados con aisladores sísmicos preparados para recibir las columnas de la estructura metálica. Aislador instalado sosteniendo la superestructura de la terminal de pasajeros.

En el mercado actualmente existen varios tipos de aisladores sísmicos, donde los más importantes son: • Aislador Elastoméricos con Núcleo de Plomo (LRB por sus siglas en inglés) • Apoyos Elastoméricos de Alto Amortiguamiento • Aislador Sísmico de Péndulo

La selección de los dispositivos adecuados para cada proyecto debe ser siempre basados en análisis técnicos para encontrar su solución óptima, sin embargo, no solo es suficiente considerar el punto de vista técnico, sino también logístico y su relación de costo-beneficio. Mageba trabajó con los ingenieros estructurales del proyecto del AIFA para asesorar tanto en cuestiones técnicas de los dispositivos como en la viabilidad de fabricación, ya que era indispensable considerar la alta velocidad de construcción a la que se ejecuta este proyecto, las cargas en la estructura y el desplazamiento calculados como consecuencia del sismo. La solución consistió en una combinación de dos tipos de aisladores tipo péndulo con diferentes tamaños para soportar cada una de las columnas que sostienen la terminal. Los de tipo 1 para soportar 660 toneladas y los de tipo 2 para recibir 450 toneladas.

Este trabajo de asesoría y diseño permite encontrar la solución óptima de los dispositivos a implementar, considerando en cada caso las cargas en la estructura, desplazamientos y una serie de parámetros técnicos que permitan corroborar que el comportamiento de la estructura será como el que espera el ingeniero estructurista del proyecto. Esto implica que todos los dispositivos son diseñados y fabricados específicamente para cada proyecto, lo que generó un reto importante para Mageba ya que el tiempo era muy limitado, además existían varías limitaciones en transporte derivadas de las restricciones de la pandemia por COVID-19 y la excepcional cantidad de aisladores.

AISLADOR SÍSMICO DE PÉNDULO EN AIFA

Los aisladores deslizantes de doble péndulo incluyen dos superficies curvas principales.

Aislador deslizante de doble péndulo.

Este aislador deslizante se basa en el principio de funcionamiento de un péndulo. Este dispositivo permite los desplazamientos horizontales de la estructura, proporcionando el cambio necesario en el período natural de la misma. Al activarse debido a un terremoto, el aislador permite la disociación de la estructura soportada respecto a los movimientos del terreno. Tras el evento sísmico, la

fuerza gravitatoria restaura la posición inicial del dispositivo. El comportamiento del apoyo depende principalmente de su radio de curvatura y coeficiente de fricción. Los aisladores deslizantes de péndulo desarrollan eficazmente las siguientes funciones: • En condiciones de servicio, los dispositivos están diseñados para transmitir cargas verticales y permitir desplazamientos horizontales. • En caso de sismo, se obtiene flexibilidad lateral debido al deslizamiento de un elemento sobre la superficie curva principal. • Se produce disipación de energía debido a la fricción dinámica entre la superficie deslizante de acero inoxidable y el material deslizante de alto rendimiento. • Finalmente, la función de recentrado se consigue mediante la combinación de la gravedad y las características geométricas del dispositivo.

Principio del funcionamiento de los aisladores de péndulo.

BENEFICIOS DE LOS AISLADORES DESLIZANTES DE PÉNDULO

Dentro de los beneficios de estos dispositivos, se pueden indicar los siguientes: • Reducción del impacto dinámico en los elementos estructurales, favoreciendo estructuras más ligeras y económicas. • Aumento significativo de la seguridad sísmica de la estructura y de sus usuarios. • Alta capacidad portante y geometría compacta. • Capacidad de re-centrado permitiendo a la estructura retornar a su posición inicial tras desplazamientos excesivos. • Simplicidad en el diseño y capacidad de adaptación a cualquier tipo de estructura. • Aplicable tanto a estructuras nuevas como existentes. • Larga vida útil de los dispositivos debido a los altos estándares de calidad de todos los componentes. • Virtualmente libres de mantenimiento debido a la alta durabilidad de la protección anticorrosión y a las altas

prestaciones del material deslizante. • Tecnología antisísmica probada durante años en estructuras de todo el mundo.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

La implementación del sistema de protección en el AIFA es capaz de garantizar ante todo la seguridad de la población, incluso bajo condiciones sísmicas severas. En el caso de este proyecto, se calculó para que soporte el máximo sismo creíble pensando que se puede presentar en cualquier momento de la vida útil de la estructura.

Los desplazamientos calculados en la estructura son de 30cm y a través de estos sistemas, el edificio terminal no transmitirá grandes movimientos a su interior lo que protegerá las instalaciones, sistemas y acabados. Esto permitirá no tener que impedir operaciones después de la presencia de un sismo.

En el caso del Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles la implementación de los aisladores permitió un ahorro en la estructura de acero de 600 millones de pesos aproximadamente (2), esto debido a que lograron eliminar los elementos de contraventeo que eran necesarios antes de considerar el uso de los dispositivos. Este tipo de ahorros en la estructura no siempre se presentan en esta proporción, y depende mucho del tipo de estructura y su localización, sin embargo, el impacto que tuvo en este proyecto fue muy notable.

Renders del proyecto original (sin aisladores, con contraventeo) Fuente: [Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles, ¿Cómo será? | AIFA | Gobierno | gob.mx (www.gob.mx)]. (2019, Nov 7). [URL] https://www.gob.mx/aifa/galerias/ aeropuerto-internacional-general-felipe-angeles?idiom=es

Renders del proyecto nuevo (con aisladores, sin contraventeo) Fuente: AIFA [Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles #AIFAMX]. (2020, Feb 13). “Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles, ¿Cómo será?” [Archivo de video] https:// youtu.be/8ds_n4bMsag

CERTIFICACIÓN INDEPENDIENTE Y ENSAYOS

Un aspecto muy importante en el que Mageba hace hincapié es que los dispositivos sísmicos deben estar diseñados y producidos de conformidad con las normas vigentes en cada país, por ejemplo, normas europeas EN 15129 AASHTO, normas japonesas, etc. Los apoyos generalmente deben ser certificados por las autoridades competentes y deben ser organismos independientes que certifiquen que dichos dispositivos cumplen con todos los requisitos de estas normas, sin excepción. Todo esto debe ser corroborado mediante la elaboración de ensayos de laboratorio con estrictos programas de ensayos y una seria evaluación independiente dependiendo de cada proyecto, y si la normatividad local lo permite, los dispositivos sísmicos también pueden ser diseñados, fabricados y ensayados de conformidad a especificaciones internacionales, tales como la Guía de Especificaciones para Aislamiento Sísmico de AASHTO o especificaciones ISO.

Estos ensayos realizados por un laboratorio independiente a Mageba, permitieron corroborar que los diseños y fabricación de los aisladores para el proyecto del AIFA en efecto han funcionado correctamente. Las pruebas consisten en probar dispositivos con las cargas y desplazamientos reales que se van a presentar en la terminal de pasajeros, esto ofrece gran tranquilidad a diseñadores, dueños, proveedores y usuarios de que el sistema va a desempeñarse como se espera ante la presencia de un sismo.

El proyecto de la terminal de pasajeros del Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles (AIFA) es un referente mundial en el uso de las tecnologías sísmicas, es un orgullo para la ingeniería mexicana que ha logrado optimizar la estructura para; no solamente garantizar la integridad de la estructura durante un sismo, si no que ha ido más allá, protegiendo a los usuarios y sus contenidos con el uso de tecnología aplicada al diseño y construcción. La implementación de estas técnicas pone de manifiesto nuevamente la alta capacidad y visión de la Secretaría de la Defensa Nacional para incorporar todas las herramientas que le permitan cumplir la misión de terminar el proyecto de acuerdo con lo planeado y dar el máximo beneficio a la población.

Prueba de laboratorio en escala real para Aislador. Aislador instalado con protección antipolvo marcado para montaje.

Supervición de Instalación de los aisladores sísmicos.

Referencias Bibliográficas/mediáticas:

(1) Mendez Galindo, C, Spuler, T, Moor,

G, & Stirnimann, F. (2012). Design, full-scale testing and CEcertification of anti-seismic devices according to the new European norm EN 15129:

Elastomeric Isolators. Proc. 15th World Conference on Earthquake Engineering. Lisbon, Portugal. (2) Jorge Garralda entrevista al Gral. Vallejo [A Quien

Corresponda] (2021, Feb 18). “El Aeropuerto internacional incluye la mejor tecnología en aisladores sísmicos” [Archivo de video] https://youtu.be/yoeHrnR7QCY?t=181.