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munoz

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II CONGRESO
INTERNACIONAL DE
ESTRUCTURAS EN
EDIFICACIONES
DISEÑO DE HOSPITALES CON LA NORMA
PERUANA DE AISLAMIENTO SÍSMICO E.031
Ing. Alejandro Muñoz Peláez
Profesor Principal PUCP
Gerente TECNCO PRISMA INGENIERIA
Presidente del Comité Peruano de Diseño Sismorresistente.NTE.030
Miembro de los comités de Aislamiento, Concreto Armado, Cargas
Lima - 2018
Comité Técnico de Normalización “Aislamiento Sísmico”
El Diseño Sin Aislamiento acepta daño y
la pérdida de funcionalidad
Usando la Norma Peruana E.030 :
P
V
U = 1.5
R=6
V diseño= (ZUSC/R) P = (U/R) V elástico
V diseño= 0.20 P
V elástico= 0.80 P
entonces Daño !!! (aún considerando
sobrerresistencia)
Entonces, ¿ la E.030 , está errada ?,
¿hay normas que no tengan este
“problema”
La E.030 , y todas las normas de países
con fuerte sismicidad aceptan daño
frente a sismos severos.
Lo hacen porque sería imposible dotar
a las edificaciones del nivel de
resistencia que demandan los sismos
severos y aún si esto fuera posible, no
hay manera de cuidar el contenido.
Aspiraciones y normas de ingeniería.
1990: Comité Visión 2000 del SEAOC
Diseño Orientado al Desempeño !!!
…
en todas sus formas….
…
2018: NTE.030 y todas las Normas de
Diseño SR no pueden lograr
aún las aspiraciones de los
90´para edificios de base fija.
Desempeño para Edificios Aislados y de Base Fija
Sismo
“
Sin Daño
Estructural
”
Sin daño
en el
Contenido
Leve
Moderado
ó
ó
ó ó
Severo
x
x
x
“Deseos para nuestros edificios …”
“Deseos e Ingeniería…”
Funcionalidad
Contínua
Traducir Deseos
en Objetivos de
Desempeño
Materializar Objetivos
en Procesos y
Restricciones (Derivas,
aceleraciones, etc.)
Nueva norma E.031
REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES
NORMA E.031
AISLAMIENTO SÍSMICO
LIMA – PERÚ
2018
La norma E.031 contiene …
Requisitos mínimos
Metodología de análisis
y diseño
Protocolos de ensayo
CAPITULOS
I
DISPOSICIONES GENERALES
II
REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO
III DEFINICIÓN DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO
IV SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE ANALISIS
V
PROCEDIMIENTO DE FUERZAS ESTATICAS EQUIVALENTES
VI
PROCEDIMIENTOS DE ANALISIS DINÁMICO
VII REVISIÓN DEL DISEÑO
VIII ENSAYOS
CAPÍTULO I :
DISPOSICIONES GENERALES
Objeto, Definiciones, Ambito de
Aplicación, Nomenclatura
Definiciones
CAPÍTULO 2:
REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO
Desarrollo y Presentación del Proyecto
Diseño Independiente de
fabricantes y proveedores
Planos con la información
adecuada
Múltiples Proveedores:
P1:
P2 :
P3 :
P4 :
….
….
…
…
 Desplazamientos
 Rigidez y
amortiguamiento
 Carga axial última
 Factores de Seguridad
 Factores modificadores
20
Diseño que permita un rango amplio de productos
P4
P1
P2
P3
Rango Basado en Desempeño y no en preferencias de
proveedores!
CAPÍTULO II: REQUISITOS
GENERALES DE DISEÑO
Estructura Aislada es Irregular sólo cuando la
superestructura tiene:
Piso blando
o
Piso Debil
o Torsión
o Discontinuidad
Extrema en
elementos
Sismorresistentes
23
Solo se prohíben las irregularidades extremas
TABLA N°1
CATEGORIA Y REGULARIDAD DE EDIFICACIONES AISLADAS
CATEGORÍA DE LA
ZONA
RESTRICCIONES
EDIFICACIÓN
No se permiten irregularidades
4y3
AyB
extremas
2y1
Sin restricciones
No se permiten irregularidades
4
C
extremas
3, 2 y 1
Sin restricciones
Entonces se podría tener un edificio aislado con
piso blando, torsión y discontinuidad simple en su
superestructura
Fuerza de restitución lateral (fr).
2000
1500
fr
Fuerza Lateral
1000
500
0
-500
Dmáximo / 2
-1000
-1500
D máximo
-2000
-20
-15
-10
-5
0
5
Desplazamiento
10
15
20
fr > 2.5% Peso
Características del sistema de aislamiento
Estable EN LAS
CONDICIONES
EXTREMAS del SMC.
Características del sistema de aislamiento
Diafragma rígido
Monitoreo Inspección y remplazo
Programa de
monitoreo,
inspección y
mantenimiento
del sistema de
aislamiento
Edificio ---
Mínimo :
1.5 m
Inspección cada dos años y luego de un sismo con
Intensidad Mercalli > 6
Inspección de
aisladores
Junta de separación
> Desplazamiento
total esperado para
el SMC
Combinación de cargas verticales
CSH CM, CV
CSV
Casos de carga vertical:
CM,CV: Carga Muerta
y Viva
CSH: Sismo Horizontal
CSV: Sismo Vertical
Combinaciones:
Carga Vertical (P) =
Promedio:
1.0 CM + 0.5 CV
Máxima:
1.25 (CM + CV) + 1.0 (CSH + CSV) + 0.2 CN
Mínima:
0.9 CM – 1.0 (CSH + CSV)
Instrumentación de edificaciones públicas
Nivel superior
Nivel aislamiento
Nivel del terreno
Propiedades nominales de dispositivos.
En base a ensayos de dispositivos prototipo.
Ensayo de dispositivo
Propiedades nominales elásticas
FPT15636/20-16/14-8
Average Triple Pendulum Properties at Quality Control Test Load
0.1
Keff
beff
0.08
0.06
Lateral/Vertical
0.04
0.02
0
-300
-200
-100
0
100
200
300
-0.02
-0.04
DM
-0.06
-0.08
-0.1
HORIZONTAL DISPLACEMENT (mm)
Properties
Upper Bound DBE
Lower Bound MCE
EPS Proposed Nominal
f1
0.02
0.005
0.01
f2
0.04
0.025
0.03
f3
0.07
0.055
0.06
L1 (mm.) L2 (mm.) L3 (mm.) D (mm.)
610
4115
7620
159
610
4115
7620
257
610
4115
7620
166
Shear(W)
0.073
0.071
0.064
Teff (sec.)
2.96
3.82
3.23
Damping
0.331
0.255
0.284
Keff(kn/mm/kn)
0.000460
0.000276
0.000385
EDC(W)
0.948
1.151
0.747
Propiedades nominales elásticas en el desplazamiento
máximo
3000
FM+
3000
2000
2000
1000
0
-1000
DM
FM-
-20
-15
-10
-5 Desplazamiento
0
5
10
Rigidez efectiva:
kM
15
20
Fuerza Lateral
Fuerza Lateral
1000
EM
0
-1000
-2000
-2000
-3000
-3000
-20
-15
-10
-5 Desplazamiento
0
5
10
15
20
Amortiguamiento efectivo:
F



M
  FM
2 DM
bM 
E
M
2k M DM2
Propiedades del modelo no lineal
Kd
dy , Fy (ó Q )
zeff
Las propiedades se modifican por …
Envejecimiento y
condiciones ambientales
Ensayos, velocidad de
carga, calentamiento,,
scragging
Proceso de
fabricación
36
Variación de propiedades de los dispositivos
Rango de diseño
Keff, min.
Keff, Nominal
X
l min
X
Keff, máx.
l máx
INFORMACIÓN DEL
PROVEEDOR
con límites definidos
Los modificadores λ
λ máx = (1+ (0.75*( λ (ae, máx) -1) )) *𝝀(𝒕𝒗𝒔,𝒎í𝒏) * 𝝀 (fab, max) ≥ 1.8
λ min = (1- (0.75*(1- 𝝀 (ae, min)) )) * 𝝀(𝒕𝒗𝒔,𝒎í𝒏) * 𝝀 (fab, min) ≤ 0.60
3000
Fuerza Lateral
2000
1000
Valor máximo = λmáx * (Valor nominal)
0
Valor mínimo = λmin * (Valor nominal)
-1000
Valor nominal
Valor Mínimo
-2000
Valor Máximo
-3000
-20
-15
-10
-5Desplazamiento
0
5
10
15
20
- Análisis por separado para los extremos del rango
3000
Límite superior
2000
Fuerza Lateral
Límite inferior
1000
0
-1000
Valor nominal
Valor Mínimo
-2000
Valor Máximo
-3000
-20
-15
-10
Desplazamiento
-5
0
5
10
15
20
- Para el diseño se usan los valores máximos de
desplazamientos, fuerzas y aceleraciones
CAPÍTULO III: DEFINICIÓN DEL
MOVIMIENTO DEL TERRENO
Espectro de Diseño (SMC)
• Corresponde a un evento de 2500 años de periodo
de retorno
• Se debe obtener mediante un estudio de sitio o
empleando las indicaciones de la NTE.030 previa
verificación del periodo de vibración del suelo
Si se usan los perfiles de suelo de la NTE E.030
se debe verificar (ensayos de Microtrepidación)
que el periodo del suelo , Ts, corresponda a lo
indicado en la tabla.
TABLA N° 2
SUELO TIPO
Ts (s)
S0
Roca dura
< 0,15
S1
Roca o suelos muy rígidos
< 0,30
S2
Suelos intermedios
< 0,40
S3
Suelos blandos
< 0,60
!!!
Sa (g)2.0
1.8
1.6
E.031
1.4
S aM  1,5 ZCS g
1.2
1.0
(U=1)
0.8
X 1.5
0.6
0.4
E.030
0.2
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
T seg.
Espectro para Zona 4 y Suelo S1
4.0
Registros de aceleración del suelo
• Siete registros mínimo (siete pares de acelerogramas)
representativos del SMC y las condiciones locales
• Se permite escalar registros por factores únicos o usar
escalamiento en frecuencias para lograr señales
espectro compatibles
• También se permite usar señales sintéticas
E.031 permite tres tipos de registros sísmicos:
 Reales: obtenidos de
terremotos
representativos
Aceleración del suelo (g)
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
0
20
40
60
80
-0.20
-0.30
-0.40
Tiempo (seg.)
 Artificiales :
Generados en base a
las características del
sitio y del SMC
Seudo aceleración (g)
 Espectro-compatibles:
ajustados al espectro
de diseño
1.4
1.2
1970 Huaraz EW
1.0
Espectro objetivo
Z4S1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
Periodo (seg.)
4.0
Tratamiento del juego de registros
0.40
0.40
0.30
0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
0
20
40
60
80
-0.20
Aceleración del suelo (g)
Aceleración del suelo (g)
(1) Seleccionar siete registros representativos del lugar.
Registro : señal NS + señal EW + señal UV
-0.30
0.20
0.10
0.00
-0.10
0
20
40
60
80
-0.20
-0.30
-0.40
-0.40
Tiempo (seg.)
Tiempo (seg.)
(2) Determinar los Espectro de respuesta de las componente NS, EW
1.4
1.2
1970 Huaraz NS
1.2
1970 Huaraz EW
1.0
Espectro objetivo
Z4S1
1.0
Espectro objetivo
Z4S1
0.8
Seudo aceleración (g)
Seudo aceleración (g)
1.4
0.6
0.4
0.2
0.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
Periodo (seg.)
4.0
0.0
1.0
2.0
3.0
Periodo (seg.)
4.0
(3) Determinar el Espectro SRSS para cada registro
(raíz cuadrada de la suma de cuadrados )
1.6
Seudo aceleración (g)
1.4
1966 Lima
1.2
1970 Huaraz
1.0
1974 Lima
0.8
Espectro objetivo
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
Periodo (seg.)
(4) Escalar señales para que el promedio de los SRSS no sea menor al espectro
objetivo en el rango establecido para señales naturales o espectrocompatibles:
0.80
Seudo aceleración (g)
0.70
0.60
Para señales Naturales:
0.75TM-1.25TM
Para señales espectro compatibles:
0.2TM-1.25TM
Espectro objetivo
0.50
Espectro promedio
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
1.0
1.5
2.0
2.5 (seg.)
Periodo
3.0
3.5
4.0
Para señales espectro compatibles, el acelerograma en la
dirección de análisis deberá tener un espectro que no sea
menor al 90 % del espectro de diseño.
PG
A(
g)
0.
5
0.
3
0.
1
-0
.1
R
.3
-0
.5
T
ie
m
p
o
eg
is
tr
o
sí
sm
ic
o:
(s
eg
.)
R
ro
ist
g
e
o:
ic
m
sís
5
0.
3
0.
1
0.
g)
A(
G
P
-0
em
Ti
.1
-0
.3
-0
.5
-0
po
.)
eg
(s
Comentarios al Capítulo III
Acelerogramas, Costa Pacífico Sur …
Lima, Perú 1974
PGA= 0.18g
Talca, Chile 2010
PGA= 0.49 g
Otros sitios…
Northridge, USA 1994
Máx = 0.6 g
DF, México 1985
Máx = 0.17 g
Nuestros Sismos: Alta frecuencia, bajos
desplazamientos
Chile, Talca 2010
Perú, Lima 1974
1.2
f=3.3
1
Amplitud de Fourier
Amplitud de Fourier
1.2
0.8
0.6
0.4
f=3.0
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.2
0
0
0
3
6
9
12
15
0
3
Frecuencia (Hz)
ALTAS FRECUENCIAS
1.2
 BAJOS DESPLAZAMIENTOS
1
Amplitud de Fourier
Amplitud de Fourier
f=1.3
1
9
12
15
Frecuencia (Hz)
USA, Nortdrige 1994 
1.2
6
0.8
0.6
0.4
0.2
México, DF 1985
f=0.5
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
3
6
9
Frecuencia (Hz)
12
15
0
0
3
6
9
Frecuencia (Hz)
12
15
Espectros de aceleraciones E.031
Sa (g)
1.75
≈ 1.5 g
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
0
1
2
3
T seg.
4
Espectros de desplazamiento
NO !!!
≈ 42 cm
Los Sismos Peruanos tienen bajas demandas de
desplazamientos… ENTONCES…
ENTONCES…
…NO NECESITAMOS ACOMODAR
𝑫 𝑻𝑴
GRANDES DESPLAZAMIENTOS!!!... Y POR
TANTO…
…Y POR TANTO…
… Podemos emplear TODOS los tipos de dispositivos
del mercado, para aislar NUESTROS EDIFICIOS.
Cuando los estudios de Microtrepidación muestren perfiles de
suelo distintos a los de la NTE.030 hay que desarrollar estudios
de sitio
Concepción, CHILE 2010
DF, MÉXICO 1985
Estudio de Sitio
imprescindible
!!!
CAPÍTULO IV: SELECCIÓN DEL
PROCEDIMIENTO DE ANALISIS
PARA ESTRUCTURAS AISLADAS
3 métodos de análisis :
 Fuerzas estáticas equivalentes
(FEE)
2.0 SA (g)
 Dinámico espectral
(DE)
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
T seg.
 Dinámico tiempo-historia
(DTH)
Aceleración (g)
0.50
0.25
0.00
0
10
20
-0.25
-0.50
tiempo (seg.)
30
Requisitos para el uso de los Análisis de FEE y DE
 Zona y Suelo.
 Sistemas regulares
de máximo cuatro
niveles ó 20 m de
altura
 Amortiguamiento
efectivo menor o
igual a 30%.
 ...
 ...
 Condición para los Periodos de la Estructura Aislada, TM y
estructura de base fija, T
TM < 5.0 seg para ámbos métodos
TM > 3 T sólo para el análisis de FEE
TM
T
Restricciones al uso del Análisis DTH
 Ninguna
 Para el diseño de la estructura, los resultados no serán menores a los
obtenidos por el análisis DE
CAPITULO V
PROCEDIMIENTO DE FUERZAS
ESTATICAS EQUIVALENTES
El desplazamiento traslacional (máximo) y total
se calculan para el SMC y se reduce por el amortiguamiento efectivo del
sistema.
DM
Desplazamiento traslacional
D TM
Desplazamiento total
El desplazamiento traslacional
• Periodo de Vibración
TM  2
SdM (cm)
50
P
45
kM g
40
reducción por
amortiguamiento
(BM)
35
30
• Desplazamiento
Traslacional:
TM
25
20
15
S dM S aM TM2
DM 

BM 4 2 BM
Z4S1
10
5
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Periodo del sistema de
aislamiento TM
3.0
3.5TM
4.0
T seg.
• Factor de reducción por amortiguamiento (BM)
Tabla N° 3 Factor de amortiguamiento BM
Amortiguamiento Efectivo (%),
Factor BM
≤2
5
10
20
30
≥ 40
0,8
1,0
1,2
1,5
1,7
1,9
El desplazamiento total máximo se calcula
considerando la excentricidad
Xi
Desplazamiento
Total:
DTM
Yi
  y   12e 
 DM 1   2   2 2 
  T   b  d  
CM +
N aisladores
 x
N
1
T 
ra
i 1
2
i
 yi2

N
Razón entre periodo
traslacional y rotacional
Fuerzas del análisis para el SMC
Vst
Vb
Vb: Fuerza cortante en la interface de aislamiento
Vst: Fuerza cortante en la superestructura
La fuerza Vb se obtiene con la rigidez y el desplazamiento
traslacional del sistema de aislamiento.
Vb =KM . DM
DM
…
La fuerza cortante en la superestructura, Vst, se obtiene como:
 Ps 
Vst  Vb  
P
(1  2.5 b M )
Ps: Peso de la
superestructura
P: Peso total
Fuerzas de diseño
Vs = Vst / Ra
Vb
Vb : Fuerza cortante de diseño para el sistema de
aislamiento y la subestructura
Vs : Fuerza cortante de diseño en la superestructura
Ra = (3/8) Ro  2
La deriva máxima permitida para
fuerzas sin reducir
Deriva máxima = 0.0035
…
La fuerza de diseño Vs, debe ser mayor que:
 La fuerza sísmica, según E.030, de un
edificio con Peso Ps y periodo TM
 La carga de viento factorada
Peso Ps
Periodo TM
Vs > V E.030
Vs > Vviento
…
 La fuerza Vst, calculada a partir de Vb necesario para activar el sistema de
aislamiento:
(a) Fluencia del sistema de aislamiento
para propiedades máximas
(b) La fuerza para cero desplazamiento
3000
3000
2000
2000
fy
fy
-20
0
-1000
-15
-10
-5 Desplazamiento
0
5
10
15
20
1000
Fuerza Lateral
Fuerza Lateral
1000
0
-1000
-2000
-2000
-3000
-3000
-20
-15
-10
-5 Desplazamiento
0
5
10
15
20
CAPÍTULO 6: PROCEDIMIENTOS
DE ANALISIS DINAMICO
El modelo estructural …
• Debe considerar la distribución espacial del sistema de aislamiento,
las acciones bidireccionales y la velocidad de carga.
• Se puede suponer elásticos los elemento sobre el nivel de aislamiento.
El análisis espectral del sistema estructural …
•
El amortiguamiento modal para el modo fundamental no será mayor al
amortiguamiento efectivo o al 30% del amortiguamiento crítico.
•
En cada dirección, el análisis debe efectuarse empleando el espectro al
100% en la dirección de análisis más el 30% en la dirección
perpendicular.
2.0 SA (g)
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
T seg.
Espectro SMC
30% SMC
100% SMC
• En el análisis espectral y tiempo historia los desplazamiento del
sistema de aislamieto se obtienen como la suma vectorial de las
direcciones X e Y
0.15
Desplazamiento Y (m)
0.10
0.05
0.00
-0.05
Desp. X
Desp. y
-0.10
-0.15
-0.15
Desplazamiento
Total
-0.10 Desplazamiento
-0.05 0.00 0.05
X (m) 0.10
• Las fuerzas internas de diseño deben ser escalados para
garantizar valores mínimos de cortante basal
0.15
Deriva máxima de entrepiso
∆máx
h
Deriva máxima de entrepiso (0/00)
Espectral
3.5
Tiempo-historia
5.0
Daño en el Contenido por aceleraciones
CAPÍTULO VII: REVISIÓN DEL DISEÑO
Revisión del diseño …
por ingenieros civiles colegiados y habilitados
independientes del diseñador y del proveedor de
dispositivos, con experiencia.
CAPÍTULO VIII: ENSAYOS
Los ensayos podrán ser efectuados en los Laboratorios
del fabricante o en Laboratorios Independientes, con
certificación de acuerdo a la Norma ASTM E04 o similar.
Ensayos
Aisladores prototipos
Aisladores a instalarse
en obra
Ensayos de prototipos
Estos ensayos serán hechos preferentemente previo a la fabricación de
aisladores de obra. La carga vertical será el promedio grupal del 100%
de la carga muerta y el 50% de la carga viva.
100% CM + 50%CV
1.5
1.00 DM
Amplitud (DM)
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0.25 DM
0.50 DM
0.63 DM
ENSAYOS DE PRODUCCIÓN
100% DE
DISPOSITIVOS
VERIFICACIÓN DE
PROP. EFECTIVAS
Para el Diseño de Hospitales es necesario
limitar la aceleración de respuesta a un
valor del orden de 0.2 g
Que aceleración ?
La máxima de algún piso ?
o
el promedio de las aceleraciones
espectrales de piso en un rango de
periodos ?
Aceleración máxima en un piso ó
aceleración media espectral de piso
Máx = 0.2 g
Ó
Seudo aceleración (g)
1966 Lima
1970 Huaraz
1974 Lima
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Periodo (seg.)
3.0
3.5
4.0
Desempeño de edificios diseñados con la E.031
Evaluación del Desempeño usando
Análisis Dinámico Incremental No Lineal
Maddeley Yucra , Alejandro Muñoz
CASO DE ESTUDIO
0
.3
0
.5
0
.1
-0
(g)
PGA
.1
.3
-0
.5
-0
R
g
e
o
tr
is
T
ie
o
ic
sm
í
s
m
:
p
o
e
(s
.)
g
Edificio Estudiado 4PS2
ico:
sísm
o
r
t
s
Regi
0.5
g)
PGA (
0.3
0.1
-0.1
-0.3
p
Tiem
o (se
Bloque Hospitalario
g.)
• Área: 4615 m2
-0.5
Bloque 4B
• N° de pisos: 4
• Suelo S2
• Unidades productoras de servicio:
Diagnóstico/ Patología/ Hospitalización
CASO DE ESTUDIO
Sistema de Aislamiento:
33 Aisladores elastoméricos y 8 Deslizadores
(33 elastoméricos
y 8 deslizadores
planos).
Distribución de los aisladores.
PROPIEDADES
Tipo
Denominación
Símbolo
Cantidad
Aisladores
Deslizadores
elastoméricos
planos
HDR -1
HDR -2
SLID - 1
SLID - 2
CANT
10
23
4
4
Rigidez efectiva
Keff (tnf/m)
83
76
8
12
Rigidez inicial
K1 (tnf/m)
660
640
149
231
4.93
3.46
2.08
3.24
Fuerza de fluencia Fy (tnf)
Modelo aislador elastomérico
Modelo deslizador plano
CASO DE ESTUDIO
Modelo: Estructura y Sistema de Aislamiento No Lineales
Estructura
Momento – Rotación
No Linealidad Concentrada en rótulas
Sistema de
aislamiento
Curva de comportamiento de dispositivos
CASO DE ESTUDIO
Análisis dinámico incremental
•
Análisis no lineal tiempo historia para diferentes niveles de intensidad
creciente.
Para cada registro de aceleraciones se obtiene una curva “daño”
versus “nivel de intensidad”
Sismicidad
Creciente
• PGA
• PGV
• Sa (T1)
Medida de intensidad
•
• Deriva de entrepiso
• Aceleración de piso
• Deformaciones
Medida de daño
Internas
• etc
CASO DE ESTUDIO
7 registros entre peruanos y otros con magnitud importante en Chile
Registro
Fecha
PGA (g)
Magnitu
Duració
NS – EW
d
n (seg.)
(Mw)
Lima
17-10-1966 0.27
–
8.1
65
–
6.6
45
–
6.6
98
–
7.0
218
–
7.7
71
–
6.8
146
–
8.8
141
0.18
Huaraz
31-05-1970 0.10
0.11
Lima
03-10-1974 0.18
0.20
Pisco
15-08-2007 0.34
0.28
Tocopilla
14/11/2007 0.48
0.55
Mejillones
15-11-2007 0.08
0.12
Concepción 27/02/2010 0.40
0.29
CASO DE ESTUDIO
...
Aceleración Espectral en el periodo
fundamental de los 7 registros naturales.
Espectros de aceleración
CASO DE ESTUDIO
Los registros se modificaron en su contenido de frecuencia y se escalaron a
intensidades de PGA 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 y 1.4g.
Aceleración Espectral en el periodo
fundamental de los 7 registros espectro
compatibles a PGA 0.6 g.
Espectros para PGA 0.6g
CASO DE ESTUDIO
•
Se calculó la respuesta inelástica del
edificio en el tiempo, 98 veces
•
Se construyeron las curvas IDA
•
Se cuantificaron las deformaciones
inelásticas
•
Se construyeron curvas resumen
CASO DE ESTUDIO
Derivas de Entrepiso
X-X
Y-Y
CASO DE ESTUDIO
Aceleraciones de piso
X-X
Y-Y
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
• Desempeño y Deriva (HAZUS).
Estado de daño
Nivel de desempeño
Leve
Ocupación Inmediata
Moderado
Seguridad de Vida
Severo
Prevención del Colapso
Completo
Colapso
• En función de la curva de capacidad de la
estructura :
Daño deriva para la estructura
Daño leve
Daño
moderado
Daño
severo
Daño
completo
Edificio 4PS2
Límite de
deriva
0.0032
0.0058
0.014
+
HAZUS
Límite de
deriva
0.0033
0.0058
0.0156
+
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Daño y Deformaciones Internas en vigas y columnas (FEMA).
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Deriva y Daño Leve
X-X
Y-Y
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Aceleración y Daño Leve
X-X
Y-Y
DE RESULTADOS
Rotaciones Plásticas y Daño Leve (umbralDISCUSIÓN
es 1.0)
Ocupación Inmediata para el sismo máximo.
Giro / Giro de OI para el sismo Concepción en Y-Y
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Conclusión
• Los procedimientos sencillos de diseño de la Norma E.031
permiten estimar con razonable aproximación la respuesta
estructural.
• La Norma E.031 permite proyectar edificios aislados que en
sismos muy grandes (TR=2500 años) continuarían
funcionando plenamente debido a que estarían
prácticamente sin daño (ni en la estructura ni en el
contenido)
Comentarios Generales al Sistema de
Aislamiento
El Talón del Sistema
de Aislamiento
La superestructura de un edificio aislado es
menos resistente y menos rígida que la
de un edificio convencional
Si el sistema de aislamiento se bloquea los
daños en el edificio sería muy fuertes.
Juntas de Separación
SISMO 2500 AÑOS
Pequeños o grandes deslizamientos
TALUD ESTABLE
PARA SISMO 1000
AÑOS
SISMO 2500 AÑOS
DISEÑADO PARA
SISMO 2500 AÑOS
Edificios Vecinos
SISMO 500 AÑOS
Edificio antiguo ≤ TR= 500 años
DISEÑADO PARA
SISMO 2500 AÑOS
Edificios Vecinos
Edificio antiguo, podría no tener
diseño sismorresistente o tal vez
sólo para TR= 500 años
DISEÑADO PARA
SISMO 2500 AÑOS
Muros de Contención
MURO DISEÑADO PARA
SISMO 500 AÑOS
DISEÑADO PARA
SISMO 2500 AÑOS
SISMO 2500 AÑOS
Dos Casos de Hospitales Importantes
Caso 1:
Nuevo edificio INEN
….
•
•
9 PISOS
3 SÓTANOS
Muro de contención
Estructura Aislada
Estructura Fija
SISMO MCE
( TR = 2500 AÑOS)
Objetivos de desempeño
• Deriva máxima: 3 ‰
• Aceleración máxima: 0.2g
Para el sismo máximo, Tr = 2500 años:
• Interface de Aislamiento -> ok!
Estructura de concreto armado
Muros de 60 cm.
Losa de 60 cm.
Sintonización estructura – sistema de
aislamiento
AISLAR
MUROS
Origen de la tracción en dispositivos
AXIAL DE SISMO
SISMO
AXIAL DE GRAVEDAD
Eliminación de la tracción
AXIAL DE SISMO
SISMO
AXIAL DE GRAVEDAD
Reducción del
Peralte en vigas
Desempeño del edificio con tres
alternativas de provisión
• A1: Péndulos de fricción triples
• A2: Péndulos de fricción simples o dobles
• A3: Aisladores LRB + deslizadores
A1: Péndulos de fricción triples
A1: Constitutiva global con TFP - final
Parámetro
Periodo aislado "T"
Desplazamiento de diseño "DD"
Amortiguamiento @ DD
Deriva max. (‰)
Aceleración máx. (g)
Valor
3.5
19.8
15.9%
2.6
0.21
A3: Propuesta con elastoméricos
A2: Propuesta con elastoméricos
CONSTITUTIVA GLOBAL DEL SISTEMA
2500
2000
1500
F. LATERAL (TON)
1000
-250
500
0
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
DESPLAZAMIENTO (mm)
Parámetro
Periodo aislado "T"
Desplazamiento de diseño "DD"
Amortiguamiento @ DD
Deriva max. (‰)
Aceleración máx. (g)
Valor
3.7
20.7 cm
15.10%
2.5
0.19
250
Resumen de desempeño
ALTERNATIVAS
PARÁMETRO
AISLADORES
ELASTOMÉRICOS +
DESLIZADORES
AISLADORES
FRICCIONALES TRIPLES
AISLADORES
FRICCIONALES
SIMPLES
Caso 2:
Hospital de la Policía Nacional del Perú
HOSPITAL DE LA POLICÍA NACIONAL DEL PERÚ
HOSPITAL DE LA POLICÍA NACIONAL DEL PERÚ
213 DISPOSITIVOS
28,000 m2 de área construida
BLOQUE HOSPITALARIO
DESEMPEÑO LOGRADO ….
Deriva máxima = 2.8/1000
Aceleraciones máximas = 0.28g
Control del Daño…
Deriva vs Rigidez & Amortiguamiento
Control del Daño…
Aceleración de piso vs Rigidez & Amortiguamiento
Otros Casos recientes:
Hospital de Llata - Huánuco
Hospital de ILAVE- Puno
Origen de dispositivos instalados en Perú …
• Y la lista seguro se irá incrementando.
Siempre es mejor
aislar !!!
muchas gracias!