Sistemas de Protección Antisísmica por

Disipación de EnergíaAlejandro Muñoz P

Gerente Técnico PRISMA INGENIEROSProfesor Principal PUCP

Agosto 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL Del

CENTRO DEL PERU, Facultad de Ingeniería civil

Los SiPA, Ventajas

Protección de la Vida. Reducción de las vibraciones

hasta en un 80%. Protección de Contenidos

importantes como en Museos, Bibliotecas, oficinas, etc.

Reducción en el costo de la estructura y futuras reparaciones

Mejoran la operatividad luego de un sismo.

Estructura Convencional

EstructuraSismo Respuesta

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009

En un edificio convencional, las aceleraciones de los pisos y las deformaciones de entrepiso dañan al edificio y a su contenido.

SISTEMAS PASIVOS

EstructuraSismoRespuesta

Disipadores de Energía

• Por Disipación de Energía- Histeréticos- Viscoelásticos- De fluido viscoso-Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS)

• kf

Como funcionan?

Sistemas de Protección Antisísmica

Los sistemas de protección sísmica pueden usarse para:

Lograr edificios con mejor desempeño que los convencionales.

o para Diseñar edificios con

poca rigidez o resistencia debido a exigencias de arquitectura.• kf

Disipadores de Energía

• Los disipadores absorben parte de la energía sísmica, disminuyendo el daño.

• Su efecto puede considerarse como el de un incremento del amortiguamiento.

• La fuerza en los disipadores depende del desplazamiento y velocidad del entrepiso.

Disipadores de Fluencia

ADAS

…

Disipadores Histeréticos

... Adas

Dispositivos Adas

Disipadores de Fricción

Disipador Pall

Disipadores Viscoelásticos

Muro Disipador DIS

Disipadores de fluido viscoso

Representación mediante amortiguamiento clasico

Protección para múltiples escenarios

Nivel de DesempeñoCompletamente

Operativo Operativo Resguardo de la Vida

Cerca al Colapso

Sismo de Diseño

Frecuente (45 años)

Ocasional (75 años)

Raro (475 años)

Muy Raro (970 años)

Edificio Común

Edificio Esencial

Edificio de Seguridad Crítica

Reforzamiento de un Edificio Educativo

• Construido hace 50 años• Sin requisitos de Diseño

Sismorresistente• Estructura : Pórticos de

Concreto Armado y Muros de Albañilería.

Completamente operativo Operativo

Sismo Frecuente(75 años)

Sismo Raro(500 años)

DERIVA = DAÑO

Deriva de Entrepiso y Estado de daño (‰)

Número de Pisos Leve Moderado Severo Completo

De 4 a 7 pisos 2.7 4.3 10.7 26.7

HAZUS

Edificios Aporticados Construidos sin Criterios de Diseño SR

Deriva Objetivo

Completamente operativo Operativo

Sismo Frecuente (75 años) 2.5 ‰

Sismo Raro (500 años) 4 ‰

Respuesta de la estructura sin reforzar

Desplazamiento máximo: 7.60 cm Deriva Máxima: 7

Factor de Reducción Necesario

Deriva Objetivo

75.1104107

3

3

xx

TIVODerivaOBJEDerivaMAX

B

Deriva Máxima

Ubicación de Dispositivos

θ= 40°

Amortiguadores de Fluido Viscoso

VCF

Luego de algunas iteraciones:

C , α

.

.

.

Amortiguamiento obtenido, prueba de vibración libre

 

Estructura Original vs Estructura Amortiguada

0 10 20 30 40 50-10

-5

0

5

10 Estructura Original

Desplazamiento máximo de la estructura amortiguada: 3.84 cm

Deriva Máxima ≈ 4

Tiempo (s)

Desp

laza

mie

nto

(cm

)

• Espectro de diseño reducido por amortiguamiento

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Periodo(s)

Acele

ració

n(m

/s2)

Verificación de la resistencia en elementos

• Solicitaciones internas usando CQC• Combinaciones de diseño usando las

normas peruanas

Verificación de las columnas

Columna 25x45

Columnas

Vigas

Reforzamiento de un edificio público empleando disipadores de

energía

Asimetría Irregularidad vertical

Esquema de los sistemas empleados

Objetivo:Reducir el daño en la estructura y proteger el centro de computo (CC). Estrategia:Reducir la respuesta con disipadores y aislar la sala cofre que contiene el CC.

Centro de computo con Aisladores

Amortiguadores

Deriva de Entrepiso y Estado de daño (‰)

Sistema estructural Leve Moderado Severo Completo

Edificios Aporticados 2.5 4.3 11.7 30.0

Edificios de Muros 2.0 4.2 11.6 30.0

Edificio Construido con Código Moderado de Diseño SR

Completamente operativo Operativo

Sismo Frecuente (75 años)

2 ‰

Sismo Raro (500 años) 4 ‰

Factor de reducción necesario

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

Deriva Máxima Deriva Objetivo

88.1104105.7

3

3

xx

TIVODerivaOBJEDerivaMAX

B

β efectivo = 33%

Ubicación de Dispositivos

Predimensionamiento de dispositivos

C ≈

 

Luego de iterar:

C = …. ton.s/m

α = …

Amortiguamiento obtenido, prueba de vibración libre

Utilizando la expresión del decremento logarítmico:

21

2ln

nnTxx

t

tAmortiguamiento efectivo: ξ = 26 %

Estructura Original vs la Estructura Amortiguada

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

La respuesta máxima se reduce en 48%

Deriva máxima: 2.43 o/oo

Diseño de Conexiones Metálicas

Verificación de Elementos Existentes

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

DIAGRAMA DE INTERACCIÓN M3

Phi Mn (ton.m)

Ph

i P

n (

ton

)

Centro Empresarial El Golf Disipadores de Energía

Dos torres de 19 pisos y 7 sótanos.

Sistema estructural dual, pórticos y placas.

Estructura cumple con los requerimientos sismorresistentes de manera convencional.

Se da protección especial con 78 Disipadores de Fluido Viscoso

.

78 Amoriguadores de Fluido Viscoso

0 20 40 60 80 100 120

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3CON DISIPA...

Amortiguadores no lineales, de 130 ton

Resultados

• Max. Deriva de entrepiso 4.5 0/00

La deriva se redujo en 35%

•Max desp. sin disipador = 23cm •Max desp. con disipador = 15cm

BARLOVENTO

Torre de 31 pisos y 9 sótanos

Sistema estructural dual: pórticos y placas.

Protección sísmica adicional por disipación de energía.

Sistema de Disipación de Energía

78 disipadores histeréticos en Vigas de Acoplamiento.

Pisos 2 a 21. Disipadores de 30Tn Pisos 22 a 30. Disipadores de 50 Ton

Análisis

Modelo Max Max RMS R Max(%) R RMS(%)12-

045_Barlovento_v07r01c_VF.mdb

0.4627 0.1741

12-045_Barlovento_v11r18c_VF.mdb

0.4561 0.1125 1.4417 35.3757

Resultados

•

•38 % de energía disipada

•Reducción de 31% del drift

•Reducción de 14% del cortante basal.

Amortiguadores de Masa Sintonizada

Proyectos con Amortiguadores de Masa

Sintonizada

Edificio Parque Arauco – 20 Pisos y 6 Sótanos. Foto: Dic. 2010

Edificio Geocentro Agustinas - 36 Pisos y 4 Sótanos.

…