disipacion de energia sismica- i parte

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AISLADORES SISMICOS EN EL PERU

Ing. MSc. Maribel Burgos [email protected]

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SISTEMAS DE DISIPACION DE ENERGIA

• En la búsqueda de brindar mayor seguridad a las estructuras han surgido sistemas de disipación de energía como alternativa segura y de calidad para el diseño estructural de edificaciones:

�AISLADORES SISMICOS ELASTOMERICOS

�DISIPADORES SISMICOS VISCOSOS

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SISTEMAS DE DISIPACION DE ENERGIA

• Estos sistemas son estrategias de diseñoy reforzamiento de edificaciones como sistemas de protección sísmica.

• Permiten aumentar el nivel de desempeño de la edificación durante un sismo.

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NIVELES DE DESEMPEÑO

OCUPACIÓN INMEDIATA

SEGURIDAD DE VIDA

ESTABILIDAD ESTRUCTURAL

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OBJETIVOS DEL DISEÑO POR DESEMPEÑO

• Se refiere al acoplamiento entre los niveles de desempeño deseados para una estructura y el nivel de movimiento sísmico esperado.

• Para seleccionar estos objetivos es necesario tomar en cuenta lo siguiente:

OcupaciónImportancia de las funciones dentro de la estructuraCosto de la interrupción de las actividadesCosto de reparaciónImportancia de la estructura para el propietario

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• Comité Visión 2000

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• ATC 40

Objetivos de seguridad básica para estructuras convencionales

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….Colapso de las estructuras

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….Daños severos en las estructuras

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….Daños severos en las estructuras

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….Daños moderados en las estructuras

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….Daños moderados en las estructuras

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….Daños en elementos no estructurales

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5:30 p.m. 14


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Cuáles son las causas de los daños en las estructuras durante un sismo?

Existen diferentes razones:

Razones Estructuraleso Inadecuada Capacidad o Ductilidad en los

elementos

o Incorrectas hipótesis de Diseño

o Construcción pobre

Razones No Estructuraleso Incendios, Tsunamis, Licuefacción del

suelo, etc.

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DAÑOS ESTRUCTURALES

Principalmente ocurre debido a:

o Desplazamientos (Distorsiones, ∆/H)

o Velocidades

o Aceleraciones (Fuerza)

Inducidos por el suelo sobre la estructura

∆∆

HH

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¿CÓMO PODEMOS REDUCIR LOS DAÑOS?

• Hacer las estructuras más rigidas

• Hacer las estructuras resistentes

(La ganancia no es significante)

• Hacer las estructuras dúctiles

Enfoque convencional

FF

DD

FF

DD

FF

DD

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¿CÓMO PODEMOS REDUCIR LOS DAÑOS?

• Hacer las estructuras más flexibles

AISLAMIENTO SISMICO

FF

DD

•• Añadir un “Asistente” a la estructuraDISIPADORES DE ENERGIA

FF

DD

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CONCEPTOS BASICOS

• El AISLAMIENTO SISMICO es una tecnología que protege la estructura de los efectos destructivos de un sismo. Reduce la respuesta de la superestructura “separando o aislando” la estructura de los movimientos del suelo, y le proporciona mayor amortiguamiento.

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CONCEPTOS BASICOS

• La separación o el aislamiento hace que el comportamiento de la estructura sea más flexible, y esto permite mejorar su respuesta ante un sismo.

• La adición de amortiguamiento permite que la energía sísmica sea absorbido por el sistema de aisladores y por tanto reduce la energía transferida a la estructura.

5:30 p.m. 21 5:30 p.m. 22

CONCEPTOS BASICOS

CONCEPTOS BASICOS

• El aislamiento sísmico físicamente se consigue colocando la estructura sobre los aisladores.

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CONCEPTOS BASICOS

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CONCEPTOS BASICOS

• Al ser la estructura más flexible:

Taislada >>Tfija a la base

• El aumento del T y el aumento de ββββ:

Reducen la aceleración espectral y por tanto reducción de las fuerzas sísmicas, sin embargo el desplazamiento a través del sistema de aislamiento es incrementada.

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Espectro de la Aceleración de Respuesta

Cambio de Periodo

Periodo

Acc

eler

ació

n

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Espectro del Desplazamiento de Respuesta

Cambio de Periodo

Periodo

Des

plaz

amie

nto

5:30 p.m. 27

Influencia del amortiguamientoen el Espectro de Aceleración

Acc

eler

atio

n

Period (sec)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

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Compensación en el diseño

• Estructuras rigidas

– Bajas Distorsiones(Drifts)

– Altas Aceleraciones

• Estructuras flexibles

– Bajas Acceleraciones

– Altos Desplazamientos

Cambio de Periodo

Desplazamiento de estructura

Fuerza de estructura

Periodo de Vibración

Fue

rza

o D

espl

azam

ient

o

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DAÑOS DEBIDO A LAS DIFERENTES RESPUESTAS

Causados por grandesaceleraciones en los pisos•Techo y luces•Equipos•Ascensores•Aire Acondicionado•Sistema contra incendio

Causados por grandesdistorsiones de entrepiso

• Rútulas plásticas

• Tuberías y conductos

• Fachada y Ventanas

• Tabiquería

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¿Qué desempeño se espera en una estructura aislada?

• Bajo condiciones favorables, las distorsiones de entrepiso y aceleraciones se reducen hasta un 75%si la estructura estuviera fija en la base.

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¿Qué desempeño se espera en una estructura aislada?

• La reducción de las distorsiones de entrepiso protege tanto a los elementos estructurales como a los elementos no estructurales.

• La reducción de las aceleraciones protege a los elementos no estructurales que son sensibles a los daños inducidos por la aceleración.

• Después de ocurrido el sismo, la estructura es funcional con poco o ningún daño.

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Fuer

zaSí

smic

a

Periodo0.5 Sec

Fuerza de Diseñosegún la Norma

Fuerza sobre estructuraAISLADA con amortiguamiento= Demanda Reducida

Fuerza en la estructura NO AISLADA= Demandasísmica

Probable Sobrerresistencia de la estructuraDiseñada según la norma= Capacidad

La diferencia debe ser absorbida por la ductilidad = Daños en la estructura

1.5 Sec 2.5 Sec1.0 Sec 2.0 Sec 3.0 Sec

EstructuraConvencional

Rango de flexibilidad paraestructuras aisladas

0.25 Sec

PRINCIPIOS DE DISEÑO DEL AISLAMIENTO SISMICO

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TIPOS DE SISTEMA DE AISLAMIENTO

• Existen dos tipos de sistemas de aislamiento:

– AISLADORES DESLIZANTES

– AISLADORES ELASTOMERICOS

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AISLADORES ELASTOMERICOS

• Existen tres tipos de Aisladores Elastoméricos:

� AISLADOR DE GOMA NATURAL (bajo amortiguamiento)

� AISLADOR DE GOMA CON NUCLEO DE PLOMO (LRB)

� AISLADOR DE GOMA DE ALTO AMORTIGUAMIENTO (HDR)

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AISLADOR ELASTOMERICO CON NUCLEO DE PLOMO

Cubierta de goma

Núcleo de PlomoDisipación de Energía

Planchas de acero

Capas internas de cauchoPlancha inferior de montaje

USA Patent Nos. 4,117,637, 4,499,694 and 4,593,5025:30 p.m. 36

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CARACTERISTICAS DEL AISLADOR ELASTOMERICO CON NUCLEO DE PLOMO

• La goma o caucho en el aislador actúa como un resorte.

• Lateralmente son muy flexibles pero verticalmente son muy rígidos.

• La alta rigidez vertical es alcanzada teniendo delgadas capas de caucho reforzadas por platinas de acero.

• El núcleo de plomo proporciona amortiguamiento deformando plásticamenente cuando el aislador se mueve lateralmente en un sismo.

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&

5:30 p.m. 38

DIS fue fundada en 1982

5:30 p.m. 39Reno Nevada - USA

60,000 pie2 de espacio de fabricación

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Experiencia en 300 proyectos completos en 15 países

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Experiencia: Más de 15,000 aisladoresinstalados a la fecha

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EXPERIENCIA DURANTE LOS SISMOS

• USC (University of Southern California) Hospital – Sismo Northridge 1994

– Reducción en Aceleraciones

– No hubieron daños en sus equipos

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Hospital USC

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Hospital USC, LA

350,000 350,000 sq.ftsq.ft., ., AsimetricaAsimetrica

68 LRBs 68 LRBs en el en el perímetroperímetro

81 Rubber Bearings 81 Rubber Bearings interiorinterior

5:30 p.m. 45

USC University HospitalNorthridge - January 17, 1994

0.11g

0.49g

0.37g

Am

plif

icat

ion

of

fo

rce

sA

mp

lific

atio

n o

f f

orc

es

0.13gBB

11

22

33

44

55

66

77

Edificación aislada

5:30 p.m. 46

Olive View HospitalNorthridge - January 17, 1994

2.30g

Am

plif

icat

ion

of

fo

rce

sA

mp

lific

atio

n o

f f

orc

es

0.80g0.80g

Edificación Convencional

5:30 p.m. 47

ISOLATED CONVENTIONAL

He

igh

t o

f B

uild

ing

Roof

Ground

35% 250%

USC University Hospital - 65% reducción de fuerzasOlive View Hospital - 250% amplificación de fuerzas

Fuerzas en el Sismo de Northridge

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Alt

ura

de

l ed

ific

io

Roof

Ground

30% 300%

West Japan Postal Computer - 70% reducción de fuerzas

Non-Isolated Building - 300% amplificación de fuerzas

ISOLATED CONVENTIONAL

Fuerzas en el Sismo de Kobe

5:30 p.m. 49

• Eel River Bridge – California

– Fue aislada usando aisladores DIS 1988

– Experimentó aceleraciones de 0.55g en el Sismo de Petrolia 1992

– Movimientos de 8" in una dirección, 4" en la otra dirección

– Después del sismo se regresó a su posicióninicial completamente


5:30 p.m. 50

Eel River Bridge - California

5:30 p.m. 51

• Sismo Nisqually (Feb 2001, Seattle, WA)– 9 Puentes Aislados con DIS LRBs

– 1 Puente cerca Epicentro - Movimiento de 2” –No hubieron daños en las pilastras/ superestructura

– 4 Puentes – Washington - No hubieron dañosen las pilastras/ superestructura

• Varios Edificios y puentes en Japón, aislados con diferentes sismos, sudesempeño ha sido el esperado.


5:30 p.m. 52

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San Francisco City Hall

5:30 p.m. 53 5:30 p.m. 54

San Francisco City Hall: Base Fija

5:30 p.m. 55

San Francisco City Hall: Aislada OTRAS APLICACIONES

Museo Asian Art

5:30 p.m. 56

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28 Hospitales en 7 Países

5:30 p.m.

Centro Médico Tan Tzu -Taiwan

5:30 p.m.

Xindian Medical Center

5:30 p.m.

Colombia: Nueva Clínica Aislada en Cali

5:30 p.m. 60

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DIS en Japón: 13 años en 130 Proyectos

MM21

HSR Project

5:30 p.m.

DIS en Japón

5:30 p.m.

Centros de Communicación

5:30 p.m. 63

Condominios

5:30 p.m. 64

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17

Centros de Emergencia

5:30 p.m. 65

Puentes: Patria Aqueducto Mexico

5:30 p.m. 66

Puente Mexicali

5:30 p.m. 67

Puente A25 Canada

5:30 p.m. 68

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18

Puentes: Richmond San Rafael USA

5:30 p.m. 69

Puentes: Rio Vista USA

5:30 p.m. 70

Puente Golden Gate USA

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CARACTERISTICAS DEL AISLADOR DIS

• Desde 12” (300mm) hasta 60” (1500mm).

RANGOS DE DIAMETRO

• Se fabrican aisladores con capacidades de hasta 4000 t

CAPACIDAD MAXIMA DE CARGA AXIAL

DEFORMACION AL CORTE

• Es la deformación lateral del aislador dividido por su altura = D/H. La deformación de diseño 250%

• DIS ha ensayado aisladores con deformaciones al corte mas que 400%.

5:30 p.m. 72

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Xindian 400% Ensayo Corte 1300 mm Isolator at 400%

Overlap Area = 12% of Bonded Area

Capacidad por AASHTO Calc.: 400 tons; Ensayada en 2000 tons

CARACTERISTICAS DEL AISLADOR DIS

DESPLAZAMIENTOS TIPICOS DE DISEÑO DEL AISLADOR

• En zonas altamente sísmicas como San Francisco, Tokio y Estambul, el desplazamiento del aislador es hasta 30” (750mm)

• Para estructuras ubicadas lejos de una falla o sobre suelo duro, hasta 20” (500mm)

• Para zonas de baja sismicidad, los desplazamientos están en el rango de 2” a 6” (50 a 150mm)

• DIS ha ensayado aisladores para 47” (1190mm) de DEZPLAZAMIENTO LATERAL.

5:30 p.m. 76

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10 Programas de ensayo extremo en UCSD CARACTERISTICAS DEL AISLADOR DIS

MODULO DE CORTE

• El módulo de corte del aislador va desde 0.38 N/mm2 a 0.70 N/mm2

5:30 p.m. 78

NIVEL DE AMORTIGUAMIENTO

• Para puentes : 15 – 30 %

• Para edificaciones : 10 – 20 %

• Son ensayados en su planta y en los laboratorios de la Universidad de California, San Diego (UCSD).

• La máquina de ensayo aplica una carga axial y un desplazamiento de corte sobre el aislador.

• DIS ha ensayado aisladores en velocidades reales de sismo (60 pulg/seg)

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ENSAYOS DE AISLADORES DIS

5:30 p.m. 80

ENSAYOS DE AISLADORES DIS

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5:30 p.m. 81

ENSAYOS DE AISLADORES DIS COMPORTAMIENTO HISTERETICO DEL AISLADOR

• El comportamiento de un LRB DIS es modelado como un elemento histerético bilineal.

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5:30 p.m. 83

AISLADOR DESLIZANTE

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AISLADOR DESLIZANTE

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AISLADOR DESLIZANTE

Construcción nueva con aisladores

• Estudio de peligro sísmico del lugar

• Niveles de desempeño en diferentes niveles

sísmico

• Análisis Costo-Beneficio de diferentes enfoques

• Decisión de aislar o no

ASPECTOS DE DISEÑO

Selección del Sistema de Aislamiento

• Las principales opciones de diseño son: Periodo y amortiguamiento.

• La selección está basada en:

– Cortante en la base

– Desplazamiento del aislador

– Drifts y aceleraciones en la superestructura

– Costos

Reforzamiento con el sistema de aisladores

• Capacidad existente estructural

• Límite del desempeño elástico

• Límite de la cortante en la base

• Plano de aislamiento

• Control de Desplazamientos

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Procedimiento de diseño

NIVELES DE SISMO

• Para el dimensionar los aisladores se considera el SISMO MAXIMO (MCE) o sismo que tiene el 2% de probabilidad de ser excedido en 50 años.

Z(MCE) = 1.5x0.4g = 0.6 g

• Para diseñar la estructura encima del sistema de aisladores se considera el SISMO DE DISEÑO (DBE) o sismo de 10% de probabilidad de ser excedido en 50 años.

Z(DBE) = 0.4g

5:30 p.m. 89

Consideraciones Iniciales

• Se asume inicialmente que el periodo efectivo de la estructura aislada en el máximo desplazamiento es igual a:

TM = 2.5seg o 3T estructura fija a la base

• Se considera un amortiguamiento efectivo inicial para el máximo desplazamiento igual a βM = 15%

5:30 p.m. 90

Procedimiento

1. Cálculo del desplazamiento máximo lateral

SM1 = aceleración máxima espectral para T=1sec y 5%amortiguamiento

M

MMM B

TgSD

2

1

4π=

(g) )(1 UCSZS MCEM =

BM = coeficiente numérico relacionado con el amortiguamiento efectivo del sistema de aisladores en el máximo desplazamiento.

5:30 p.m. 91

Procedimiento2. Cálculo del desplazamiento máximo total

Toma en cuenta el desplazamiento adicional debido a la excentricidad actual y excentricidad accidental

++=

22

121

db

eyDD MTM

y= distancia entre el CR del sistema de aisladores y el elemento de interés (aislador más alejado) medido perpendicularmente a la dirección del sismo considerado.b = dimensión corta en planta de la estructurad = dimensión larga en planta de la estructurae = excentricidad actual más accidental5:30 p.m. 92

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24

Procedimiento

3. Cálculo de la carga axial última

SISMOCVCMPu ++= 25.125.1max

Se puede considerar inicialmente que la carga del sismo es el 0.30 de la carga muerta ó

CVCMPu 25.15.1max +=

5:30 p.m. 93

Procedimiento

3. Cálculo del Diámetro del aislador

El diámetro se calcula teniendo en cuenta el desplazamiento máximo lateral y la carga axial última, se toma el más crítico:

- Con DTM : DI = 1.5 DTM

- Con Pumax : DI = f(Aaislador)A = Pumax/Esfuerzo axial permisible (8MPa)

5:30 p.m. 94

Procedimiento

4. Identificación de tipo de aisladores

Se identifican 1,2 ó 3 tipos de aisladores de acuerdo a similitud de diámetro de aislador que requeriría cada columna.

Con el catálogo DIS se puede identificar cada tipo de aislador por su diámetro.

A cada tipo de aislador se determina sus parámetros que indican su comportamiento lineal y no lineal tal como lo indica su lazo histerético:

5:30 p.m. 95

PROCEDIMIENTO

Lazo histerético

5:30 p.m. 96

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Procedimiento

%)10@%3(=W

Qd

Con las cargas de servicio = CM +0.5CVSe determinar el peso (W) que recibe cada aislador, se puede determinar un peso promedio para cada tipo de aislador.Teniendo en cuenta estas relaciones de Qd/W se determina Qd para cada tipo de aislador.

5. Cálculo de Qd

5:30 p.m. 97

Procedimiento

y

dL

yplomo

QD

FyA

σπ

σ

10.1*

4

1.10Q Fy

psi) 1500 ó MPa10(/

d

=

==

En el catálogo DIS para cada diámetro hay un rango de DL , el calculado debe encontrarse en ese rango.

6. Cálculo de Diámetro de Núcleo de Plomo

5:30 p.m. 98

PROCEDIMIENTO

Se determina a partir de la deformación de corte, cuyo límite debe ser de 250%, y el máximo desplazamiento total, DTM.

HI = DTM /2.50

7. Cálculo de la altura del aislador sin planchas

5:30 p.m. 99

Procedimiento

Depende básicamente de la goma. Se calcula a partir del módulo de corte, G, área y altura de la goma:

8. Cálculo de Kd ó K2

( )I

LId H

GDDK

**

4

22 −= π

5:30 p.m. 100

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26

Procedimiento

8. Cálculo de Keff

d

TM

deff K

D

QK +=

5:30 p.m. 101

Procedimiento

9. Cálculo de ββββeff

( ) ( )2

max

d

2

max

d

2

max

*2

104Q

*2

4Q

*2

ohisterétic lazo de Area

máximan deformació de Energía*4

disipada Energía

TMeff

dyTM

TMeff

yTM

eff

TMeff

eff

eff

DK

KFD

DK

DD

DK

ππβ

πβ

πβ

−=

−=

=

=

5:30 p.m. 102

Fuerza de Transferencia de la Estructura

M = (PM = (P∆∆ + VH)/2+ VH)/2

VV

PP

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 104

- Edificio de concreto armado- Sistema apórticado de 4 pisos- Columnas: .50x.50- Vigas: .30x.60

Tf = 0.52 seg

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EJEMPLO PRACTICO

DATOS DE LA EDIFICACION

Dimensión corta en planta de la edificación, b = 12.00 m

Dimensión larga en planta de la edificación, d = 20.00 m

Distancia entre CR y el aislador más alejado, y = 6.00 m

Peso de la edificación, W = 1078.21 t

Periodo de la edificación fija a la base, T = 0.52 seg

5:30 p.m. 105

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 106

PARAMETROS SISMICOS

Cálculo de Aceleración Espectral de Diseño (T = 1seg, 5%amort), SD1

Factor de zona sísmica (P = 10% en 50años), ZD = 0.40 g

Factor de tipo de suelo, S = 1.00

Tp = 0.40

Factor de importancia, U = 1.00

Factor de amplificación sísmica, C = 1.00

Aceleración Espectral de Diseño, SD1 = 0.40 g

Cálculo de Aceleración Espectral Máxima (T = 1seg, 5%amort ), SM1

Factor de zona sísmica (P = 2% en 50años), ZM = 0.60 g

Aceleración Espectral Máxima, SM1 = 0.60 g

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 107

DIMENSIONAMIENTO DE LOS AISLADORES

Esfuerzo axial permisible = 8.00MPa

815.49t/m2

Deformación por corte = 250%

Módulo de corte, G = 0.50N/mm2

Desplazamiento máx., DM = 0.19m

CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MAXIMO, DM :

Periodo efectivo asumido en el DD, TM = 1.55 seg

Amortiguamiento efectivo asumido, ββββM = 0.15

Coeficiente de amortiguamiento, BM = 1.35

Aceleración debido a la gravedad, g = 9.81 m/seg2

Desplazamiento máximo, DM = 0.17 m

Desplazamiento de diseño total, DTM = 0.19 m

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 108

Colum X YPservicio =D+.5L (t)

Pmax = 1.5D+1.25L (t)

Area(m2)

Diam 1(mm)

Diam 2(mm)

DiámetroCalc. (mm)

Diám.Aislador(mm)

TipoAislador

C1 0.00 0.00 -40.62 -64.57 0.08 318 278 318 355 A

C2 5.00 0.00 -53.5 -85.53 0.10 365 278 365 405 B

C3 10.00 0.00 -56.31 -90.13 0.11 375 278 375 405 B

C4 15.00 0.00 -53.5 -85.53 0.10 365 278 365 405 B

C5 20.00 0.00 -40.62 -64.57 0.08 318 278 318 355 A

C6 0.00 4.00 -48.08 -76.73 0.09 346 278 346 405 B

C7 5.00 4.00 -65.04 -104.51 0.13 404 278 404 455 C

C8 10.00 4.00 -68.31 -109.87 0.13 414 278 414 455 C

C9 15.00 4.00 -65.04 -104.51 0.13 404 278 404 455 C

C10 20.00 4.00 -48.08 -76.73 0.09 346 278 346 405 B

C11 0.00 8.00 -48.08 -76.73 0.09 346 278 346 405 B

C12 5.00 8.00 -65.04 -104.51 0.13 404 278 404 455 C

C13 10.00 8.00 -68.31 -109.87 0.13 414 278 414 455 C

C14 15.00 8.00 -65.04 -104.51 0.13 404 278 404 455 C

C15 20.00 8.00 -48.08 -76.73 0.09 346 278 346 405 B

C16 0.00 12.00 -40.62 -64.57 0.08 318 278 318 355 A

C17 5.00 12.00 -53.5 -85.53 0.10 365 278 365 405 B

C18 10.00 12.00 -56.31 -90.13 0.11 375 278 375 405 B

C19 15.00 12.00 -53.5 -85.53 0.10 365 278 365 405 B

C20 20.00 12.00 -40.62 -64.57 0.08 318 278 318 355 A

30/07/2011

28

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 109

Qd/W = 0.08

TipoN° de

Aislad.

Diám. Aislad (mm)

Diám. Plomo (mm)

Altura del aislador

(mm)

% Peso del

edificio

Wprom

(t)Qd(t)

K2 ó Kd(t/m)

Keff(t/m)

Dy (m) EMKv

(t/m)Fy(t)

Ke(t/m)

ββββM

A 4.0 355 60 200 0.11 30.47 2.4 25 38 0.011 1.70 10092 2.71 245 0.18B 10.0 405 75 200 0.48 51.89 4.2 32 54 0.015 2.84 10194 4.61 317 0.21C 6.0 455 85 200 0.37 66.13 5.3 40 69 0.015 3.61 10296 5.88 400 0.21

56.82

Keff sist = 1102.90

EM sist = 56.82

ββββM = 0.21TM = 2.09seg

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 110

Qd (t) Keff (t/m) Qd-X Qd-Y Keff-X Keff-Y W-X W - Y

2.44 27 0 0 0 0 0 0

4.15 40 21 0 201 0 267.5 0

4.15 40 42 0 402 0 563.1 0

4.15 40 62 0 602 0 802.5 0

2.44 27 49 0 537 0 812.4 0

4.15 40 0 17 0 160.62 0 192.32

4.15 40 21 17 201 160.62 325.2 260.16

4.15 40 42 17 402 160.62 683.1 273.24

4.15 40 62 17 602 160.62 975.6 260.16

4.15 40 83 17 803 160.62 961.6 192.32

4.15 40 0 33 0 321.25 0 384.64

4.15 40 21 33 201 321.25 325.2 520.32

4.15 40 42 33 402 321.25 683.1 546.48

4.15 40 62 33 602 321.25 975.6 520.32

4.15 40 83 33 803 321.25 961.6 384.64

2.44 27 0 29 0 322.48 0 487.44

4.15 40 21 50 201 481.87 267.5 642

4.15 40 42 50 402 481.87 563.1 675.72

4.15 40 62 50 602 481.87 802.5 642

2.44 27 49 29 537 322.48 812.4 487.44

Columna

X Y

C1 0.00 0.00

C2 5.00 0.00

C3 10.00 0.00

C4 15.00 0.00

C5 20.00 0.00

C6 0.00 4.00

C7 5.00 4.00

C8 10.00 4.00

C9 15.00 4.00

C10 20.00 4.00

C11 0.00 8.00

C12 5.00 8.00

C13 10.00 8.00

C14 15.00 8.00

C15 20.00 8.00

C16 0.00 12.00

C17 5.00 12.00

C18 10.00 12.00

C19 15.00 12.00

C20 20.00 12.00

X Y

Qd 10.00 6.00

Keff 10.00 6.00

CM 10.00 6.00

e 0.00 0.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

CM

CR

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 111

CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MAXIMO, DM :





Desplazamiento máximo, DM = 0.20 M


EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 112

Colum X YPservicio =D+.5L

Pmax =1.5D +1.25L

Area (m2)Diam 1(m)

Diam 2 (m)DiámetroCalc. (mm)

DiámetroAislador

TipoAislador

C1 0.00 0.00 -40.62 -64.57 0.08 318 360 360 405 BC2 5.00 0.00 -53.5 -85.53 0.10 365 360 365 405 BC3 10.00 0.00 -56.31 -90.13 0.11 375 360 375 405 B

C4 15.00 0.00 -53.5 -85.53 0.10 365 360 365 405 BC5 20.00 0.00 -40.62 -64.57 0.08 318 360 360 405 BC6 0.00 4.00 -48.08 -76.73 0.09 346 360 360 405 BC7 5.00 4.00 -65.04 -104.51 0.13 404 360 404 455 CC8 10.00 4.00 -68.31 -109.87 0.13 414 360 414 455 CC9 15.00 4.00 -65.04 -104.51 0.13 404 360 404 455 C

C10 20.00 4.00 -48.08 -76.73 0.09 346 360 360 405 BC11 0.00 8.00 -48.08 -76.73 0.09 346 360 360 405 BC12 5.00 8.00 -65.04 -104.51 0.13 404 360 404 455 CC13 10.00 8.00 -68.31 -109.87 0.13 414 360 414 455 CC14 15.00 8.00 -65.04 -104.51 0.13 404 360 404 455 CC15 20.00 8.00 -48.08 -76.73 0.09 346 360 360 405 BC16 0.00 12.00 -40.62 -64.57 0.08 318 360 360 405 B

C17 5.00 12.00 -53.5 -85.53 0.10 365 360 365 405 BC18 10.00 12.00 -56.31 -90.13 0.11 375 360 375 405 BC19 15.00 12.00 -53.5 -85.53 0.10 365 360 365 405 BC20 20.00 12.00 -40.62 -64.57 0.08 318 360 360 405 B

30/07/2011

29

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 113

Qd/W = 0.08

TipoN° de

Aislad.

Diám. Aislad (mm)

Diám. Plomo (mm)

Altura del aislador

(mm)

% Peso del

edificio

Wprom

(t)Qd(t)

K2 ó Kd(t/m)

Keff(t/m)

Dy (m) EMKv

(t/m)Fy(t)

Ke(t/m)

ββββM

B 14.0 405 75 95 0.63 48.67 3.9 32 48 0.014 3.524 10194 4.33 315 0.18C 6.0 455 85 95 0.37 66.13 5.3 40 62 0.015 4.766 10296 5.88 398 0.19

56.82

Keff sist = 1039.98

EM sist = 77.94

ββββM = 0.18

TM = 2.15segCALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MAXIMO, DM

:





Desplazamiento máximo, DM = 0.22 m


EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 114

ANALISIS DINAMICO EN EL ETABSDefinición de propiedades de los aisladores

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 115

ANALISIS DINAMICO EN EL ETABS

Kv

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 116


30/07/2011

30

EJEMPLO PRACTICO

5:30 p.m. 117


Qd/W = 0.08

TipoN° de

Aislad.

Diám. Aislad (mm)

Diám. Plomo (mm)

Altura del aislador

(mm)

% Peso del

edificio

Wprom

(t)Qd(t)

K2 ó Kd

(t/m)

Keff(t/m)

Dy (m) EMKv

(t/m)Fy(t)

Ke(t/m)

ββββM

B 14.0 405 75 95 0.63 48.67 3.9 32 48 0.014 3.524 10194 4.33 315 0.18C 6.0 455 85 95 0.37 66.13 5.3 40 62 0.015 4.766 10296 5.88 398 0.19

56.82

5:30 p.m. 118

EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABS

Asignación de aisladores a las columnas

20 AISLADORES TIPO BTi = 2.12 seg

5:30 p.m. 119

EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABS

Análisis Espectral• Para cálculo de desplazamientos – ESPECTRO SISMO

SEVERO considerando el β

• Para el diseño – ESPECTRO SISMO DISEÑO considerandoel β y un factor de R = 2

β Β

Sa/Β/Β/Β/Β

5:30 p.m. 120

EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSAnálisis Tiempo Historia

• 5 registros escalados a un SISMO SEVERO

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

30/07/2011

31

5:30 p.m. 121

EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSAnálisis Tiempo Historia

• 5 registros escalados:

� dt = 0.02seg

� Tiempo duración = 80seg

5:30 p.m. 122

EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSResultados

ESTRUCTURA FIJA ESTRUCTURA AISLADA

5:30 p.m. 123


1

2

3

4

0.0000 0.0050 0.0100

Est. Aislada

Est. Fija a la base

5:30 p.m. 124


ESTR. FIJA ESTR. AISLADA REDUCCION

PISO Espectral T. Historia Espectral T. Historia Espectral T. Historia

4 0.0055 0.0047 0.0007 0.0011 87% 76%

3 0.0092 0.0075 0.0012 0.0018 87% 76%

2 0.0113 0.0093 0.0016 0.0021 86% 77%

1 0.0079 0.0068 0.0017 0.0019 79% 71%

DRIFT EN DIRECCION X

DRIFT EN DIRECCION Y

ESTR. FIJA ESTR. AISLADA REDUCCION

PISO Espectral T. Historia Espectral T. Historia Espectral T. Historia

4 0.0057 0.0046 0.0008 0.0012 86% 73%

3 0.0097 0.0072 0.0013 0.0018 87% 74%

2 0.0121 0.0086 0.0017 0.0021 86% 75%

1 0.0086 0.0062 0.0018 0.0020 79% 68%

30/07/2011

32

5:30 p.m. 125


ACELERACIONES POR NIVEL EN DIRECCION X

Aceleraciones (g)

Piso Fija Aislada Reducción

4 1.55 0.74 52%

3 1.35 0.71 48%

2 1.23 0.70 43%

1 0.79 0.73 8%

5:30 p.m. 126


CARGAS DE DISEÑO

C11.25 CM +1.25CV - SisX

Est. FIJA Est. AISLADA

Piso P (t) M (t-m) P (t) M (t-m)

4 -8.38 -2.99 -9.58 -3.87

3 -18.30 -3.64 -20.87 -3.78

2 -28.71 -5.11 -32.3 -3.99

1 -39.07 -6.87 -44.11 -7.18

Puente Mexicali – Ahorros en la columna

Period

Isolated

1.83 seconds

Conventional

0.76 seconds

Column 4, D=120 cm 4, D=150 cm

Reinforcing for column28 c/2#8 34 c/3#10

284.76 cm2, 2.51% 810 cm2, 4.58%

Vol. Concrete 1.00 1.56

Vol. Steel 1.00 2.85

Los volúmenes de acero y concreto son valores relativos que tienen como base el diseño del sistema aislado

Isolated Conventional

Size (AxBxH) 6.40x6.40x1.50 12.00x12.00x1.50

Reinforcing 10191 kg 35900 kg (3.53)

Concrete 61.44 m3 216 m3 (3.5)

En el sistema convencional se muestra entre paréntesis la relación entre diseño convencional y diseño con aislamiento.

Puente Mexicali – Ahorros en el cabezal de la pilastra

30/07/2011

33

Comparación de costos

Isolated Convenctional

CONCRETE $ 7,465,307.10 $22,416,901.51 (3.00)

STEEL $15,620,282.03 $44,534,257.00 (2.85)

ISOLATORS $11,740,755.10 $ -

TOTAL $34,826,344.23 $66,951,158.51 (1.92)

Aún considerando el precio de los aisladores, el costo de la subestructura se reduce bastante con la reducción de las fuerzas de diseño. El empleo de los

aisladores redunda en un ahorro de $32,124,814.28 aproximadamente.

¿QUE TIPOS DE ESTRUCTURAS SON BUENAS CANDIDATAS PARA SER AISLADOS?

• Instalaciones esenciales– Hospitales, puentes, centros de emergencia,

estaciones de bombero, operaciones militares etc.

• Edificios con contenido valioso– Museos, medios de comunicación, instalaciones de

fabricación de alta tecnología, etc-

• Edificios con altos costos de interrupción– Aeropuertos, centros de computación, Hoteles ,

laboratorios, etc.

• Estructuras Históricas

• Movimiento no obstruido en todas lasdirecciones

• Diseño y detalle por el efecto momento P-∆• Separación de la estructura de todos los

puntos de interacción con el suelo

– Detalles arquitectónicos

– Conexiones mecánicas, eléctricas y sanitarias

– Entradas, escaleras y ascensores

5:30 p.m. 131

ASPECTOS PRINCIPALES PARA EL AISLAMIENTO

Fosa Sísmica

San Francisco Public LibrarySan Francisco Public Library

30/07/2011

34

Detalle de la Fosa Sísmica Ductos a través del plano de aislamiento

Conexiones Sanitarias

MontanteMontante de Agua de Agua fríafría

Separación de la caja del ascensor

30/07/2011

35

• Suelo flexible

• Periodo de edificaciones con base fija > 2.0 seg.

• Cargas de viento > 10% Peso del edificio

• Espacio inadecuado para el movimiento

Limitaciones prácticas del aislamiento

5:30 p.m. 138

Ing. MSc. Maribel Burgos [email protected]

Celular: 98 146*9970

disipacion de energia sismica- i parte

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