Ascensores y Terremotos: EN 81-77

Una revisión de las medidas de protección del requisito en ascensores

Resumen

Dos grandes terremotos ocurrieron en Türkiye el 6 de febrero de 2023. Los niveles de los terremotos fueron de 7.8 Mw y 7.5 Mw, y fueron muy destructivos. Más de 40,000 personas murieron y ciudades, pueblos y aldeas quedaron completamente destruidos. 

Visité la zona del terremoto justo después de los terremotos y vi que la mayoría de los edificios estaban completamente derrumbados. Pero ¿qué pasó con los ascensores de los edificios que estaban en pie? En la mayoría de las situaciones, los marcos de contrapeso separados de los rieles guía, los cables de suspensión separados de las poleas y los cables de traslación resultaron dañados. 

El contenido de este trabajo detalla las medidas de protección del requisito EN 81-77 en ascensores. ¿Qué es la aceleración de diseño (una_d), ¿y cómo se calcula? Revisaremos la información de EN 1998-1 que se requiere para el cálculo de una_d. Cómo se definen las zonas sísmicas en base a una_d será visto. Se revisarán medidas de protección para ascensores en cada zona sísmica. 

1. Introducción

Los terremotos son un grave desastre natural para muchos países y ciudades de todo el mundo, como la costa oeste de EE. UU. y Canadá, Italia, Islandia, los Balcanes, Türkiye, la costa este del Mar Mediterráneo, Irán, Pakistán, Asia Central, el Sudeste. Asia, toda Centroamérica y la costa oeste de Sudamérica. Aproximadamente 1.6 millones de personas en todo el mundo viven en zonas con alto riesgo de sufrir terremotos.

Durante cientos de años, la humanidad ha desarrollado medidas para construir estructuras resistentes a los terremotos. La industria del transporte vertical (VT) también ha desarrollado medidas para mantener seguros los ascensores y escaleras mecánicas en caso de un terremoto. Principalmente, los códigos europeos, norteamericanos y japoneses están liderando el esfuerzo para mejorar la seguridad de los ascensores durante un terremoto.

EN 81-77 es el código europeo y describe las reglas y requisitos de seguridad para que los ascensores de pasajeros y mercancías resistan condiciones sísmicas de acuerdo con EN 1998-1. La EN 81-77 tiene como objetivo evitar pérdidas de vidas, reducir lesiones, evitar atrapamientos en el automóvil, prevenir daños y problemas ambientales y reducir el número de ascensores que dejan de funcionar después de un terremoto.

2. Aceleración del diseño

Aceleración de diseño (a_d) es la aceleración horizontal derivada de eventos sísmicos y se utiliza para calcular las fuerzas que actúan sobre los sistemas de ascensores. Es función de la aceleración del suelo, el comportamiento del suelo, la importancia de los elementos no estructurales y algunos otros parámetros. Los ascensores son elementos no estructurales, según EN 1998-1. EN 1998-1 es el Eurocódigo 8 y se refiere al diseño de estructuras resistentes a terremotos. La fórmula de un_d Esta abajo:

S_a en la fórmula está el coeficiente sísmico aplicable a elementos no estructurales y es un número adimensional. 

g_a es factor de importancia. Este factor es 1 para ascensores en edificios residenciales y de oficinas. Si los ascensores están en hospitales o se van a utilizar por motivos especiales como servicios de urgencia, en este caso el valor se incrementará según EN 1998-1. gramo_a es adimensional. El factor de importancia puede ser definido por las autoridades nacionales, así como en función del comportamiento sísmico del país.

q_a es el factor de comportamiento del elemento. Es adimensional y debe ser igual a 2 para ascensores. 

S_a debe calcularse como se explica a continuación:

a es adimensional y es la relación de la aceleración de diseño del suelo (a_g) en terreno Tipo A a la gravedad (g). 

α=a_g/g

a_g= gl.a_gR

ag: Aceleración del terreno de diseño

g1: Factor de importancia

a_gR: Aceleración máxima del suelo de referencia en terreno tipo A

g1 El factor de importancia se define en función de las clases de importancia de los edificios y está entre 0.8 y 1.4. Las clases de importancia de los edificios están relacionadas con los tipos de edificios como se define a continuación:

Clase – I (g1=0.8): Los edificios tienen menor importancia para la seguridad pública como los edificios agrícolas, etc.  

Clase – II (g1=1.0): Edificios ordinarios, no pertenecientes a las demás categorías.

Clase – III (g1=1.2): Edificios cuya resistencia sísmica es importante en vista de las consecuencias asociadas a un colapso, por ejemplo, escuelas, salones de actos, instituciones culturales, etc.

Clase – IV (g1=1.4): Edificios cuya integridad durante los terremotos es de vital importancia para la protección civil, por ejemplo, hospitales, estaciones de bomberos, plantas de energía, etc.

a_gR, es la aceleración máxima del suelo de referencia en terrenos tipo A, a_gR, para uso en un país o partes del país, puede derivarse de mapas de zonificación que se pueden encontrar en los anexos nacionales relacionados.

S en la fórmula es el factor del suelo según EN 1998-1 y no es dimensional. S es 1.0 para tierra tipo A, 1.2 para tipo B, 1.15 para tipo C, 1.35 para tipo D y 1.4 para tipo E. Recomendamos que siempre obtenga el tipo de tierra del proyecto del diseñador estático del proyecto. 

T_a es el período de vibración fundamental de un elemento no estructural y está en segundos. Si el ascensor no afecta la vibración fundamental del edificio, T_a es 0.

T₁ es el período de vibración fundamental y está en segundos.

z es la altura de la parte más alta del ascensor sobre la cimentación o sótano rígido. Está en metros.

H es la altura del edificio sobre el nivel del suelo y está en metros.

3. Categorías de elevación sísmica

La categoría sísmica de un ascensor se determina según un_d. 

Si 1 < a_d  ≤ 2.5, la categoría sísmica del ascensor es 1;

2.5 < un_d  ≤ 4, la categoría sísmica del ascensor es 2;

a_d4, la categoría sísmica del ascensor es 3>. 

4. Requisitos para la Categoría 1

Los cables de suspensión, los cables del limitador de velocidad, los cables de desplazamiento, los cables de compensación y las cadenas pueden oscilar durante un terremoto en el hueco del ascensor y se enredan con los equipos fijos y los puntos de enganche. Estos puntos de enganche se crearán mediante soportes, umbrales y dispositivos fijados en el hueco del ascensor. Los puntos de enganche deben protegerse si la altura del pozo es superior a 20 m.  

Se deben tomar las siguientes medidas de protección cuando la altura de desplazamiento esté entre 20 y 60 m:

• Si algún punto de enganche en el eje, como soportes, umbrales, etc., está a menos de 900 mm del bucle del cable móvil, se requiere protección con un cable entre los puntos de enganche. 

• Se requiere protección de cables entre soportes y enganches similares durante toda la altura del recorrido para cables de compensación, cadenas y cables del limitador de velocidad CWT si los puntos de enganche están a menos de 750 mm del equipo relacionado. Esto es necesario durante toda la altura de recorrido si el cable del limitador de velocidad está a menos de 500 mm y el cable de suspensión está más cerca que cualquier punto de enganche en el eje. 

Si la altura de recorrido del ascensor es superior a 60 m, se deben tomar las medidas de protección contra enganches mencionadas anteriormente para toda la altura de recorrido. 

Si el edificio está dividido en unidades independientes mediante juntas de dilatación, el espacio de máquinas del ascensor deberá estar en la misma unidad independiente del edificio. 

El contrapeso debe tener un dispositivo de retención como se muestra en la Figura 2 en la parte superior e inferior del marco y lo más cerca posible de las zapatas guía. d₁, D₂ yd₃ Las dimensiones en la figura deben ser como máximo 5 mm. El dispositivo de retención no debe provocar la activación accidental del paracaídas del lado del contrapeso. El dispositivo de retención debería diseñarse y fijarse de forma que z₃ en la Figura 2 debe ser mínimo de 5 mm.

Se requiere contar con retenedores para tracción y poleas desviadoras para cables de tracción y compensación. Los retenedores deben estar a 15° de la entrada y salida de cuerdas y en cada 90° de enrollado de cuerdas. Los retenedores deberían ser lo suficientemente efectivos en comparación con los diámetros de las cuerdas. También se requieren retenedores para la cadena y las ruedas dentadas. 

Los medios de compensación deben guiarse en el foso para evitar que se balanceen y se enganchen en posibles puntos de enganche. 

En el caso de los ascensores hidráulicos, los ascensores deben contar con válvulas de ruptura para evitar derrames de petróleo cuando ocurre un terremoto. 

Los rieles guía, las juntas de rieles y los soportes deben resistir las fuerzas que se crearán mediante la aceleración de diseño calculada (una_d). Si hay un dispositivo de retención, el dispositivo se puede utilizar como soporte para el marco. La deflexión producida por un_d no puede provocar un funcionamiento inseguro de los ascensores. Los dispositivos de bloqueo de las puertas deben permanecer activos, los paracaídas deben funcionar correctamente y las piezas móviles no deben chocar entre sí. En el caso de tener un dispositivo de retención, como máximo, la desviación no debe provocar un solapamiento inferior a 5 mm del dispositivo de retención y la hoja del carril guía.

Las máquinas, los medios de suspensión, los limitadores de velocidad, los medios de compensación y sus accesorios deberían diseñarse y fijarse de tal manera que las fuerzas creadas por un_d no debe provocar vuelcos ni desplazamientos. En el caso de disponer de tubos rígidos para ascensores hidráulicos, cada tubo rígido deberá terminar con un tubo flexible. 

Todos los equipos e interruptores eléctricos en el hueco del ascensor deben resistir las fuerzas creadas por una_d.

5. Requisitos para la Categoría 2

Los requisitos para los ascensores de Categoría 2 son una combinación de los requisitos de Categoría 1 y las siguientes medidas de protección. 

Es necesario tener un dispositivo de retención en la parte superior e inferior del bastidor del automóvil. También se deben mantener las distancias definidas para la Categoría 1 para los dispositivos de retención de automóviles. 

Los ascensores de las categorías 2 y 3 deberían disponer de dispositivos de bloqueo de las puertas de las cabinas. Un dispositivo de bloqueo de puertas es un componente de seguridad y debe probarse y certificarse según EN 81-50.

En caso de corte de energía, el ascensor debería poder moverse al siguiente piso de rellano hacia arriba o hacia abajo, y debería evitarse que queden personas atrapadas en la cabina. El ascensor debe abrir su puerta y permanecer abierta cuando llegue al rellano. Si el ascensor tiene una puerta semiautomática, la puerta debe desbloquearse cuando el ascensor se detenga en el rellano. Si se produce un corte de energía cuando el ascensor está en el rellano, las puertas deben estar abiertas para rescatar a posibles pasajeros atrapados.

6. Requisitos para la Categoría 3

Los requisitos para los ascensores de Categoría 3 son una combinación de los requisitos de Categoría 1 y 2 y las siguientes medidas de protección. 

Si el ascensor tiene un contrapeso o un peso de equilibrio, entonces el ascensor debe estar equipado con un sistema de detección sísmica. El sistema de detección debe estar en el nivel más bajo del foso de los ascensores del edificio o en un lugar más bajo que los huecos de los ascensores. Debería ser posible detectar la aceleración en tres ejes. Cualquier aceleración igual o inferior a 1 m/s² debería activar el sistema sísmico. El tiempo de respuesta debe ser de un máximo de 3 s. Se debe revisar el sistema de detección sísmica al menos cada 24 h, y si no funciona se debe poner el ascensor fuera de servicio. El sistema de detección sísmica debe tener un respaldo de suministro eléctrico de al menos 24 h y solo debe ser posible restablecer el sistema de detección manualmente. 

Cuando el sistema de detección sísmica se activa, el ascensor debe cancelar todas las llamadas de pasillos y cabinas y desplazarse al rellano más cercano a una velocidad máxima de 0.3 m/s. Los automóviles no deben pasar el contrapeso o el peso de equilibrio mientras se dirigen al nivel de aterrizaje más cercano. Si un sistema de detección sísmica está activo cuando un ascensor está en el rellano, las puertas cerradas deben estar abiertas y el ascensor debe salir de servicio. Si las puertas son semiautomáticas, deberán estar desbloqueadas. El modo sísmico no anulará ningún dispositivo de seguridad, operación de inspección, operación eléctrica de emergencia o fase 2 del modo bombero según EN 81-72.

7. Conclusión

Intentamos explicar el cálculo de un_d y requisitos en los ascensores si están en categorías sísmicas según un_d. Nuestra principal guía para este artículo fueron las normas EN 81-77 y EN 1998-1. Recomendamos encarecidamente calcular un_d en cualquier proyecto y tomando las medidas necesarias para el levantamiento en base a la categoría sísmica calculada.