influencia de la esbeltez y excentricidad en el …

FACULTAD DE INGENIERÍA

Carrera de Ingeniería Civil

INFLUENCIA DE LA ESBELTEZ Y EXCENTRICIDAD

EN EL CÁLCULO DE LA DERIVA DE ENTREPISO

PARA UN EDIFICIO CON AISLADORES SÍSMICOS

UBICADO EN EL DISTRITO DE SAN MIGUEL-LIMA

Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil

JORGE LUIS TRUJILLO TAFUR (0000-0002-5075-7808)

Asesor: MSc./Ing. José Alberto Acero Martínez

(0000-0003-4154-9510)

Lima - Perú 2021

JURADO DE LA SUSTENTACIÓN ORAL

……………………………………………………………... Presidente

……………………………………………………………... Jurado 1

……………………………………………………………... Jurado 2

Entregado el: 03 / 06 / 2021 Aprobado por:

………………………..…… ……………..……………… (Jorge Luis Trujillo Tafur) (Jose Alberto Acero Martinez)

Graduando Asesor de Tesis

UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA FACULTAD DE INGENIERÍA

DECLARACIÓN DE AUTENTICIDAD Yo, Jorge Luis Trujillo Tafur, identificado con DNI N° 75424380, Bachiller del Programa Académico de la Carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de la Universidad San Ignacio de Loyola, presento mi tesis titulada: “INFLUENCIA DE LA ESBELTEZ Y EXCENTRICIDAD EN EL CÁLCULO DE LA DERIVA DE ENTREPISO PARA UN EDIFICIO CON AISLADORES SÍSMICOS UBICADO EN EL DISTRITO DE SAN MIGUEL-LIMA”. Declaro en honor a la verdad, que el trabajo de tesis es de mi autoría; que los datos, los resultados y su análisis e interpretación, constituyen mi aporte. Todas las referencias han sido debidamente consultadas y reconocidas en la investigación. En tal sentido, asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad u ocultamiento de la información aportada. Por todas las afirmaciones ratifico lo expresado, a través de mi firma correspondiente. Lima, 03 de junio de 2021

…………………………………………….. Jorge Luis Trujillo Tafur

DNI 75424380

El placer más noble es el júbilo de

comprender.

Leonardo da Vinci

Índice de Contenidos

Dedicatoria XIV

Agradecimiento XV

Resumen XVI

Abstract XVII

Capítulo I: Introducción XVIII

Capítulo II: Planteamiento del Problema 1

2.1. Situación Problemática 1

2.2. Formulación del Problema 2 2.2.1. Formulación del Problema General 2 2.2.2. Formulación del Problema Específico 2

2.3. Justificación de la Investigación 2 2.3.1. Justificación Académica 2 2.3.2. Justificación Social y Económica 3

2.4. Limitaciones 3

2.5. Viabilidad 3

2.6. Objetivos de la Investigación 4 2.6.1. Objetivo General 4 2.6.2. Objetivos Específicos 4

Capítulo III: Marco Teórico 5

3.1. Antecedentes del Problema 5 3.1.1. Antecedentes Internacionales 5 3.1.2. Antecedentes Nacionales 6

3.2. Bases Teóricas 6 3.2.1. Teoría Lineal 7 3.2.2. Modelos del Comportamiento Dinámico de la Aislación Sísmica 27 3.2.3. Técnicas de Control de Respuesta Sísmica 29 3.2.4. Aislamiento Basal 30

3.2.5. Aisladores Elastoméricos de Bajo Amortiguamiento (LDR) 30 3.2.6. Aisladores de Alto Amortiguamiento (HDR) 31 3.2.7. Aislador LRB (Lead Ruber Bearing), TLRI 32 3.2.8. Péndulos de Fricción 32 3.2.9. Dispositivo Roll-N-Cage (RNC) 33

3.3. Marco Normativo 34 3.3.1. Normas de Diseño 34 3.3.2. Cap. II: Requisitos Generales de Diseño 34 3.3.3. Cap. III: Definición del Movimiento del Terreno 36

3.3.4. Cap. IV: Procedimiento de Análisis para Estructuras Aisladas 37 3.3.5. Cap. V: Procedimiento de Fuerzas Estáticas Equivalentes 38 3.3.6. Cap. VI: Procedimientos de Análisis Dinámico 41 3.3.7. Cap. VIII: Ensayos 43

3.4. Marco Conceptual 44 3.4.1. Aislador 44 3.4.2. Amortiguamiento Efectivo 45 3.4.3. Desplazamiento Traslacional 45 3.4.4. Desplazamiento Total 45 3.4.5. Interfaz de Aislamiento 45 3.4.6. Nivel de Base 45 3.4.7. Rigidez Efectiva o Secante 45 3.4.8. Scragging 46

3.4.9. Sismo Máximo Considerado (SMC) 46 3.4.10. Sistema de Aislamiento 46 3.4.11. Sistema de Restricción de Desplazamiento 47 3.4.12. Sistema de Restricción contra Viento 47 3.4.13. Modo 47 3.4.14. Deriva de Entrepiso 47 3.4.15. Cortante Basal 48 3.4.16. Sistema de Control de Respuesta Sísmico Pasivo 48 3.4.17. Curva de Histéresis 48 3.4.18. Análisis Modal Espectral 48 3.4.19. Análisis Tiempo Historia 49 3.4.20. Factor de Reducción Sísmica 49 3.4.21. Esbeltez de un Edificio 49 3.4.22. Falla por Flexión 50 3.4.23. Excentricidad 50 3.4.24. Irregularidad Torsional 51 3.4.25. Excentricidad Accidental en Análisis Estático 51 3.4.26. Excentricidad Accidental en Análisis Dinámica Modal Espectral 52

Capítulo IV: Hipótesis y Variables 54

4.1 Hipótesis General 54

4.2 Hipótesis Específicas 54

4.3 Identificación de Variable 54

4.4 Operacionalización de Variables 55

4.5 Matriz de Consistencia 56

Capítulo V: Metodología 57

5.1 Tipo y Diseño de Investigación 57

5.2 Unidad de Análisis 57

5.3 Población de Estudio 57

5.4 Tamaño de Muestra 62

5.5 Selección de Muestra 62

5.6 Técnicas de Recolección de Datos 64

5.7 Análisis e Interpretación de la Información 67

Capítulo VI: Procedimiento y Método de Análisis 68

6.1 Descripción de la Edificación 68

6.2 Predimensionamiento y Metrado de Carga 72 6.2.1. Columnas 72 6.2.2. Muros de Corte 74 6.2.3. Vigas 74 6.2.4. Losa Aligerada 74 6.2.5. Muro de Ascensor 75 6.2.6. Losa Maciza 75

6.2.7. Dados de Concreto 76

6.3 Metrado de Carga 76

6.4 Carga Promedio según la Norma E.031 y E.030 77 6.4.1. Parámetros Sísmicos 78 6.4.2. Cargas Consideradas para el Diseño de un Aislador 78 6.4.3. Carga Vertical para cada Dispositivo por Área de Servicio 79

6.5 Predimensionamiento de Dispositivos 81 6.5.1. Desplazamiento Traslacional 81 6.5.2. Desplazamiento Total 83 6.5.3. Cálculo de la Rigidez 83 6.5.4. Altura de Caucho de los Dispositivos 85 6.5.5. Área Requerida para Dispositivo de Aislamiento sísmico 85 6.5.6. Diámetro de los Dispositivos de Aislamiento 87

6.6 Cálculo de las Propiedades Mecánicas de los Dispositivos 90 6.6.1. Rigidez Compuesta del Sistema 90 6.6.2. Energía Disipada 93 6.6.3. Área del Núcleo de Plomo 94 6.6.4. Fuerza Característica 94 6.6.5. Fuerza de Fluencia 95 6.6.6. Ratio de Rigidez 95 6.6.7. Periodo Efectivo 95 6.6.8. Amortiguamiento Efectivo del Aislador 96

Capítulo VII: Resultados y Discusión 97

7.1 Resultados de Estructuras con Sistema de Base Fija 97 7.1.1. Periodos Fundamentales de cada Caso de Análisis 97 7.1.2. Excentricidades Teóricas para la Dirección XY 100 7.1.3. Variación de Excentricidades Teóricas al Añadir Muros 106 7.1.4. Deriva de entrepiso XY para cada Caso de Análisis 108 7.1.5. Derivas vs Niveles de Edificio para cada Caso de Análisis 114

7.2 Resultados de Estructuras con Sistema de Aislamiento 122 7.2.1. Periodos Fundamentales de cada Caso de Análisis 122 7.2.2. Excentricidades Teóricas para la Dirección XY 124 7.2.3. Variación de Excentricidades Teóricas al Añadir Muros 130

7.2.4. Derivas de Entrepiso XY para cada Caso de Análisis 133 7.2.5. Derivas vs Niveles de Edificio para cada Caso de Análisis 139 7.2.6. Variación de Derivas al Añadir Muros (Excentricidades) 143

7.3 Resultados de Casos Especiales 146 7.3.1. Incorporación de la Excentricidad Accidental del 5% en la Torsión 146 7.3.2. Considerando Irregularidad de Torsión 220

7.4 Análisis de Resultados 222 7.4.1. Para Excentricidades Teóricas 222

7.5 Análisis de Resultados Especiales 227 7.5.1. Para Excentricidad Accidental Dinámica 227

Capítulo VIII: Conclusiones y Recomendaciones 230

8.1 Conclusiones 230

8.2 Recomendaciones 235

8.3 Desafíos 235

Referencias 236

Anexos 238

I

Índice de Tablas

Tabla 1. Ecuaciones de sistema estándar vs sistema con aislamiento sísmico 17 Tabla 2. Clasificación de las técnicas de control de respuesta sísmica 29 Tabla 3. Categoría y regularidad de edificaciones aisladas 35 Tabla 4. Valores de periodo fundamental del estrato Ts según el tipo de suelo 36 Tabla 5. Factor de Amortiguamiento BM 39 Tabla 6. Límites de deriva de entrepiso para las edificaciones en concreto armado 47 Tabla 7. Sistemas estructurales y coeficiente de reducción 49 Tabla 8. Identificación de variable independiente 54 Tabla 9. Identificación de variable dependiente 54 Tabla 10. Operacionalización de variables 55 Tabla 11. Matriz de consistencia 56

Tabla 12. Factores para el predimensionamiento de columnas 73 Tabla 13. Resumen de las dimensiones de las columnas de cada estructura 73 Tabla 14. Resumen de espesor de las placas a utilizar 74 Tabla 15. Resumen de las dimensiones de las vigas (mxm) 74 Tabla 16. Resumen del espesor de losas aligeradas 75 Tabla 17. Resumen del espesor de losas macizas 76 Tabla 18. Dimensiones de dados de concreto 76 Tabla 19. Cargas unitarias de la norma E.020 77 Tabla 20. Resumen de metrado de cargas de las estructuras 77 Tabla 21. Resumen de los parámetros sísmicos de cada estructura 78 Tabla 22. Resumen de cargas individuales 79 Tabla 23. Resumen de cargas verticales Fuente: Elaboración propia 79 Tabla 24. Resumen de área de servicio de cada dispositivo 80 Tabla 25. Resumen de carga vertical promedio de cada dispositivo 80 Tabla 26. Parámetros sísmicos para el dispositivo de aislamiento 81 Tabla 27. Factor de amortiguamiento BM 82 Tabla 28. Resumen de periodo efectivo 82 Tabla 29. Parámetros sísmicos importantes del dispositivo y el DM 82 Tabla 30. Resumen de desplazamiento máximo 83 Tabla 31. Periodo objetivo 84 Tabla 32. Resumen de rigideces horizontales totales 84 Tabla 33. Resumen de rigidez horizontal de cada dispositivo y para cada nivel 84 Tabla 34. Resumen de altura de Caucho 85 Tabla 35. Catalogo Tensa y FIP 86 Tabla 36. Resumen de área por cada dispositivo 86 Tabla 37. Resumen de diámetros iniciales de los dispositivos (m) 88

Tabla 38. Diámetros finales de los dispositivos (m) 88 Tabla 39. Resumen de diámetros del núcleo de plomo (m) 89 Tabla 40. Rigidez compuesta para dispositivos de edificio de 5 pisos 90 Tabla 41. Rigidez compuesta para dispositivos de edificio de 10 pisos 91 Tabla 42. Rigidez compuesta para dispositivos de edificio de 15 pisos 91 Tabla 43. Rigidez compuesta para dispositivos del edificio de 20 pisos 92 Tabla 44. Rigidez compuesta para dispositivos de edificio de 25 pisos. 93 Tabla 45. Periodos fundamentales del edificio con base fija de 5 pisos (s) 97 Tabla 46. Periodos fundamentales del edificio con base fija de 10 pisos (s) 98 Tabla 47. Periodos fundamentales del edificio de base fija de 15 pisos (s) 98

II

Tabla 48. Periodos fundamentales del edificio base fija de 20 pisos (s) 99 Tabla 49. Periodos fundamentales del edificio base fija de 25 pisos (s) 99 Tabla 50. Excentricidades de edificio de base fija de 5 pisos X (m) 100 Tabla 51. Excentricidades de edificio de base fija de 5 pisos Y (m) 100 Tabla 52. Excentricidades de edificio de base fija de 10 pisos X (m) 100 Tabla 53. Excentricidades de edificio de base fija de 10 pisos Y (m) 101 Tabla 54. Excentricidades de edificio de base fija de 15 pisos X (m) 101 Tabla 55. Excentricidades de edificio de base fija de 15 pisos Y (m) 102 Tabla 56. Excentricidades de edificio de base fija de 20 pisos X (m) 102 Tabla 57. Excentricidades de edificio de base fija de 20 pisos Y (m) 103 Tabla 58. Excentricidades de edificio de base fija de 25 pisos X (m) 104 Tabla 59. Excentricidades de edificio de base fija de 25 pisos Y (m) 105 Tabla 60. Deriva X de un edificio de 5 pisos con base fija 108 Tabla 61. Deriva Y de un edificio de 5 pisos con base fija 109

Tabla 62. Deriva X de un edificio de 10 pisos con base fija 109 Tabla 63. Deriva Y de un edificio de 10 pisos con base fija 109 Tabla 64. Deriva X de un edificio de 15 pisos con base fija 110 Tabla 65. Deriva Y de un edificio de 15 pisos con base fija 110 Tabla 66. Deriva X de un edificio de 20 pisos con base fija 111 Tabla 67. Deriva Y de un edificio de 20 pisos con base fija 112 Tabla 68. Deriva X de un Edificio de 25 pisos con base fija 112 Tabla 69. Deriva Y de un Edificio de 25 pisos con base fija 113 Tabla 70. Periodos fundamentales del edificio aislado de 5 pisos (s) 122 Tabla 71. Periodos fundamentales del edificio aislado de 10 pisos (s) 122 Tabla 72. Periodos fundamentales del edificio aislado de 15 pisos (s) 123 Tabla 73. Periodos fundamentales del edificio aislado de 20 pisos (s) 123 Tabla 74. Periodos fundamentales del edificio aislado de 25 pisos (s) 124 Tabla 75. Excentricidades de edificio de base aislada de 5 Pisos X (m) 124 Tabla 76. Excentricidades de edificio de base aislada de 5 pisos Y (m) 124 Tabla 77. Excentricidades de edificio de base aislada de 10 pisos X (m) 125 Tabla 78. Excentricidades de edificio de base aislada de 10 pisos Y (m) 125 Tabla 79. Excentricidades de edificio de base aislada de 15 pisos X (m) 125 Tabla 80. Excentricidades de edificio de base aislada de 15 pisos Y (m) 126 Tabla 81. Excentricidades de edificio de base aislada de 20 pisos X (m) 127 Tabla 82. Excentricidades de edificio de base aislada de 20 pisos Y (m) 127 Tabla 83. Excentricidades de edificio de base aislada de 25 pisos X (m) 128 Tabla 84. Excentricidades de edificio de base aislada de 25 pisos Y (m) 129 Tabla 85. Deriva X de estructura aislada de 5 pisos 133 Tabla 86. Deriva Y de estructura aislada de 5 pisos 133

Tabla 87. Deriva X de estructura aislada de 10 pisos 133 Tabla 88. Deriva Y de estructura aislada de 10 pisos 134 Tabla 89. Deriva X de estructura aislada de 15 pisos 134 Tabla 90. Deriva Y de estructura aislada de 15 pisos 135 Tabla 91. Deriva X de estructura aislada de 20 pisos 135 Tabla 92. Deriva Y de estructura aislada de 20 pisos 136 Tabla 93. Deriva X de estructura aislada de 25 pisos 137 Tabla 94. Deriva Y de estructura aislada de 25 pisos 138 Tabla 95. Torsión accidental X_SEX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso I 146 Tabla 96. Torsión accidental X_SEX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso II 146 Tabla 97. Torsión accidental X_SEX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso III 146

III

Tabla 98. Torsión accidental X_SEX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso IV 147 Tabla 99. Torsión accidental Y_SEY de edificio empotrado de 5 pisos_Caso I 147 Tabla 100. Torsión accidental Y_SEY de edificio empotrado de 5 pisos_Caso II. 147 Tabla 101. Torsión accidental Y_SEY de edificio empotrado de 5 pisos_Caso III. 147 Tabla 102. Torsión accidental Y_SEY de edificio empotrado de 5 pisos_Caso IV 148 Tabla 103. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso I 148 Tabla 104. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso II 148 Tabla 105. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso III 149 Tabla 106. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 5 pisos_Caso IV 149 Tabla 107. Torsión accidental X_SDY de edificio empotrado de 5 pisos_Caso IV 149 Tabla 108. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 10 pisos_Caso I 150 Tabla 109. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 10 pisos_Caso II 150 Tabla 110. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 10 pisos_Caso III 150 Tabla 111. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 10 pisos_Caso IV 151

Tabla 112. Torsión accidental X_SDY de edificio empotrado de 10 pisos_Caso IV 151 Tabla 113. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 15 pisos_Caso I 152 Tabla 114. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 15 pisos_Caso II 152 Tabla 115. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 15 pisos_Caso III 153 Tabla 116. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 15 pisos_Caso IV 153 Tabla 117. Torsión accidental X_SDY de edificio empotrado de 15 pisos_Caso IV 154 Tabla 118. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 20 pisos_Caso I 154 Tabla 119. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 20 pisos_Caso II 155 Tabla 120. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 20 pisos_Caso III 155 Tabla 121. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 20 pisos_Caso IV 156 Tabla 122. Torsión accidental X_SDY de edificio empotrado de 20 pisos_Caso IV 157 Tabla 123. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 25 pisos_Caso I 157 Tabla 124. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 25 pisos_Caso II 158 Tabla 125. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 25 pisos_Caso III 159 Tabla 126. Torsión accidental Y_SDX de edificio empotrado de 25 pisos_Caso IV 160 Tabla 127. Torsión accidental X_SDY de edificio empotrado de 25 pisos_Caso IV 160 Tabla 128. Torsión accidental X_SEX de edificio aislado de 5 pisos_Caso I 161 Tabla 129. Torsión accidental X_SEX de edificio aislado de 5 pisos_Caso II 162 Tabla 130. Torsión accidental X_SEX de edificio aislado de 5 pisos_Caso III 162 Tabla 131. Torsión accidental X_SEX de edificio aislado de 5 pisos_Caso IV 162 Tabla 132. Torsión accidental Y_SEY de edificio aislado de 5 pisos_Caso I 163 Tabla 133. Torsión accidental Y_SEY de edificio aislado de 5 pisos_Caso II 163 Tabla 134. Torsión accidental Y_SEY de edificio aislado de 5 pisos_Caso III 163 Tabla 135. Torsión accidental Y_SEY de edificio aislado de 5 pisos_Caso IV 164 Tabla 136. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 5 pisos_Caso I 164

Tabla 137. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 5 pisos_Caso I 164 Tabla 138. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 5 pisos_Caso II 165 Tabla 139. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 5 pisos_Caso III 165 Tabla 140. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 5 pisos_Caso IV 165 Tabla 141. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 10 pisos_Caso I 166 Tabla 142. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 10 pisos_Caso II 166 Tabla 143. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 10 pisos_Caso III 167 Tabla 144. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 10 pisos_Caso III 167 Tabla 145. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 10 pisos_Caso IV 168 Tabla 146. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 10 pisos_Caso IV 169 Tabla 147. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 15 pisos_Caso I 169

IV

Tabla 148. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 15 pisos_Caso II 170 Tabla 149. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 15 pisos_Caso III 171 Tabla 150. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 15 pisos_Caso III 171 Tabla 151. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 15 pisos_Caso IV 172 Tabla 152. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 15 pisos_Caso IV 173 Tabla 153. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 20 pisos_Caso I 173 Tabla 154. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 20 pisos_Caso II 174 Tabla 155. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 20 pisos_Caso III 175 Tabla 156. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 20 pisos_Caso III 176 Tabla 157. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 20 pisos_Caso IV 177 Tabla 158. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 20 pisos_Caso IV 178 Tabla 159. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 25 pisos_Caso I 179 Tabla 160. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 25 pisos_Caso II 180 Tabla 161. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 25 pisos_Caso III 181

Tabla 162. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 25 pisos_Caso III 182 Tabla 163. Torsión accidental Y_SMCX de edificio aislado de 25 pisos_Caso IV 183 Tabla 164. Torsión accidental X_SMCY de edificio aislado de 25 pisos_Caso IV 184

V

Índice de Figuras

Figura 1. Vista de elevación de la esquema estructural y arquitectónico 5 Figura 2. Esquema de las partes de un edificio aislado sísmicamente 6 Figura 3. Edificios empotrados y aislados símicamente 7 Figura 4. Idealización de un edificio con aislación basal de dos grados de libertad 8 Figura 5. Edificio idealizado de dos grados de libertad 8 Figura 6. DCL de corte en la base de la estructura del aislador 9 Figura 7. DCL de corte en la base de la superestructura 10 Figura 8. Formas de vibración de una estructura de 2 grados de libertad 13 Figura 9. Estructura idealizada con un sistema de aislamiento basal 18 Figura 10. Valores del 1er modo de víbración de la estructura idealizada 20 Figura 11. Valores del 2do modo de vibración de la estructura idealizada 21

Figura 12. Valores del 1er y 2do modo de vibración 21 Figura 13. Estructura aislada de masas concentradas en SAP 2000 22 Figura 14. Links para modelar en el SAP 2000 23 Figura 15. Link del aislador sismico en SAP 2000 23 Figura 16. Link de la superestructura en SAP 2000 24 Figura 17. Asignación de propiedades del aislador sismico en SAP 2000 24 Figura 18. Asignación de propiedades de la superestructura en SAP 2000 25 Figura 19. Estructura de masa concentrada con vista en SAP 2000 25 Figura 20. Valores del 1er modo de víbración de la estructura de masa concentrada 26 Figura 21. Valores del 2do modo de víbración de la estructura de masa concentrada 27 Figura 22. Modelo dinámico lineal 28 Figura 23. Aislador reforzado con núcleo del plomo y modelo dinámico no lineal 28 Figura 24. Clasificación de las técnicas de control de respuesta sísmica 30 Figura 25. Prototipo de un aislador elastomérico 31 Figura 26. Aislador elastomérico de alto amortiguamiento 31 Figura 27. Aislador LBR con núcleo de plomo 32 Figura 28. Péndulo de fricción y sus tipos de movimientos. 33 Figura 29. Dispositivo Roll-N-Cage 33 Figura 30. Línea de tiempo de la normativa de aislamiento sísmico en América 34 Figura 31. Propiedades nominales de un aislador a partir de la curva de histeresis 44 Figura 32. Estructura del sistema de aislamiento 46 Figura 33. Curva de histéresis (Fuerza-Desplazamiento) 48 Figura 34. fallas a flexión del edifico Toledo-Chile 50 Figura 35. Representación de fuerza en el CM 52 Figura 36. Torsión accidental incluida en cada modo de vibración 52 Figura 37. Incorporación de la excentricidad accidental de forma automática 53

Figura 38. Comprobación de irregularidades torsionales 53 Figura 39. Caso I, II, III y IV para edificio de base fija de 5 pisos 57 Figura 40. Caso I, II, III y IV para edificio de base fija de 10 pisos 58 Figura 41. Caso I, II, III y IV para edificio de base fija de 15 pisos 58 Figura 42. Caso I, II, III y IV para edificio de base fija de 20 pisos 59 Figura 43. Caso I, II, III y IV para edificio de base fija de 25 pisos 59 Figura 44. Caso I, II, III y IV para edificio de base aislada de 5 pisos 60 Figura 45. Caso I, II, III y IV para edificio de base aislada de 10 pisos 60 Figura 46. Caso I, II, III y IV para edificio de base aislada de 15 pisos 61 Figura 47. Caso I, II, III y IV para edificio de base aislada de 20 pisos 61

VI

Figura 48. Caso I, II, III y IV para edificio de base aislada de 25 pisos 62 Figura 49. Mapa de microzonificación sísmica de la ciudad de Lima-2016 63 Figura 50. Estructuración del edificio del proyecto partir del plano arquitectónico 64 Figura 51. Plano típico del edificio con los nombres de sus elementos estructurales 65 Figura 52. Mapa descriptivo de la cantidad de edificios de análisis 66 Figura 53. Visualización de edificio de 5 pisos de base fija en 3D 69 Figura 54. Planta típica debidamente estructurada 70 Figura 55. Vista de perfil de edificio típico con sus aisladores 71 Figura 56. Excentricidades XY vs caso I, II, III, IV de edificio empotrado de 5 pisos 106 Figura 57. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV de edificio empotrado de 10 pisos 106 Figura 58. Excentricidades XY vs caso I, II, III, IV de edificio empotrado de 15 pisos 107 Figura 59. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV de edificio empotrado de 20 pisos 107 Figura 60. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV de edificio empotrado de 25 pisos 108 Figura 61. Deriva X vs Edificios de base fija, para el Caso I 114

Figura 62. Deriva X vs Edificios de base fija, para el Caso II 115 Figura 63. Deriva X vs Edificios de base fija, para el Caso III 115 Figura 64. Deriva X vs Edificios de base fija, para el Caso IV 116 Figura 65. Deriva Y vs Edificios de base fija, para el Caso I 116 Figura 66. Deriva Y vs Edificios de base fija, para el Caso II 117 Figura 67. Deriva Y vs Edificios de base fija, para el Caso III 117 Figura 68. Deriva Y vs Edificios de base fija, para el Caso IV 118 Figura 69. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio empotrado de 5 pisos 118 Figura 70. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio empotrado de 10 pisos 119 Figura 71. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio empotrado de 15 pisos 119 Figura 72. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio empotrado de 20 pisos 120 Figura 73. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio empotrado de 25 pisos 121 Figura 74. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 5 pisos 130 Figura 75. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 10 pisos 130 Figura 76. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 20 pisos 131 Figura 77. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 15 pisos 131 Figura 78. Excentricidades XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 25 pisos 132 Figura 79. Deriva X vs Edificios aislados, para el Caso I 139 Figura 80. Deriva X vs Edificios, aislados para el Caso II 139 Figura 81. Deriva X vs Edificios aislados, para el Caso IV 140 Figura 82. Deriva X vs Edificios aislados, para el Caso III 140 Figura 83. Deriva Y vs Edificios aislados, para el Caso I 141 Figura 84. Deriva Y vs Edificios Aislados, para el Caso II 141 Figura 85. Deriva Y vs Edificios aislados, para el Caso IV 142 Figura 86. Deriva Y vs Edificios Aislados, para el Caso III 142

Figura 87. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 5 pisos 143 Figura 88. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 10 pisos 143 Figura 89. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 20 pisos 144 Figura 90. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 15 pisos 144 Figura 91. Derivas XY vs Caso I, II, III, IV para edificio aislado de 25 pisos 145 Figura 92. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso I 185 Figura 93. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso II 185 Figura 94. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso III 186 Figura 95. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso IV 186 Figura 96. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso I 187 Figura 97. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso II 187

VII

Figura 98. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso III 188 Figura 99. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso IV 188 Figura 100. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso I 189 Figura 101. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso II 189 Figura 102. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso IV 190 Figura 103. Ratio torsional X_SDY (Edificio de base fija de 5 pisos) _Caso IV 190 Figura 104. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 10 pisos) _Caso I 191 Figura 105. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 10 pisos) _Caso II 191 Figura 106. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 10 pisos) _Caso III 192 Figura 107. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 10 pisos) _Caso IV 192 Figura 108. Ratio torsional X_SDY (Edificio de base fija de 10 pisos) _Caso IV 193 Figura 109. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 15 pisos) _Caso I 193 Figura 110. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 15 pisos) _Caso II 194 Figura 111. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 15 pisos) _Caso III 194

Figura 112. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 15 pisos) _Caso IV 195 Figura 113. Ratio torsional X_SDY (Edificio de base fija de 15 pisos) _Caso IV 195 Figura 114. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 20 pisos) _Caso I 196 Figura 115. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 20 pisos) _Caso II 196 Figura 116. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 20 pisos) _Caso III 197 Figura 117. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 20 pisos) _Caso IV 197 Figura 118. Ratio torsional X_SDY (Edificio de base fija de 20 pisos) _Caso IV 198 Figura 119. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 25 pisos) _Caso I 198 Figura 120. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 25 pisos) _Caso II 199 Figura 121. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 25 pisos) _Caso III 199 Figura 122. Ratio torsional Y_SDX (Edificio de base fija de 25 pisos) _Caso IV 200 Figura 123. Ratio torsional X_SDY (Edificio de base fija de 25 pisos) _Caso IV 200 Figura 124. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso I 201 Figura 125. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso II 201 Figura 126. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso III 202 Figura 127. Ratio torsional X_SEX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso IV 202 Figura 128. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso I 203 Figura 129. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso II 203 Figura 130. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso III 204 Figura 131. Ratio torsional Y_SEY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso IV 204 Figura 132. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso I 205 Figura 133. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso I 205 Figura 134. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso II 206 Figura 135. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base Aislada de 5 pisos) _Caso II 206 Figura 136. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso III 207

Figura 137. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 5 pisos) _Caso IV 207 Figura 138. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso I 208 Figura 139. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso II 208 Figura 140. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso III 209 Figura 141. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso III 209 Figura 142. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso IV 210 Figura 143. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 10 pisos) _Caso IV 210 Figura 144. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso I 211 Figura 145. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso II 211 Figura 146. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso III 212 Figura 147. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso III 212

VIII

Figura 148. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso IV 213 Figura 149. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 15 pisos) _Caso IV 213 Figura 150. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso I 214 Figura 151. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso II 214 Figura 152. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso III 215 Figura 153. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso III 215 Figura 154. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso IV 216 Figura 155. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 20 pisos) _Caso IV 216 Figura 156. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso I 217 Figura 157. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso II. 217 Figura 158. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso III 218 Figura 159. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso III 218 Figura 160. Ratio torsional X_SMCY (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso IV 219 Figura 161. Ratio torsional Y_SMCX (Edificio de base aislada de 25 pisos) _Caso IV 219

Figura 162. Deriva X vs Edificios de base fija, para el Caso I, II, III, IV con torsión 220 Figura 163. Deriva Y vs Edificios de base fija, para el Caso I, II, III, IV con torsión 221 Figura 164. Reducción de Excentricidades con el uso del sistema de aislamiento 230 Figura 165. Derivas X (Afectado por excentricidad Y) vs cada Caso de Análisis. 231 Figura 166. Ratio 1, 2 análisis espectral dinámica de edificio de 5 pisos 232 Figura 167. Reducción de los ratios torsionales cuando se aísla un edificio 233 Figura 168. Aporte de la resistencia de concreto en la reducción de la deriva 234

IX

Nomenclatura Según Norma Técnica E.031 “Aislamiento Sísmico”.

N° Nomenclatura Significado / Definición

1 𝐵𝑀 Factor de amortiguamiento, correspondiente a la razón entre la ordenada espectral para 5% de amortiguamiento y la ordenada espectral para el amortiguamiento efectivo 𝛽𝑀 correspondiente al desplazamiento traslacional D𝑀.

2 b Dimensión menor de la proyección en planta de la estructura, medida perpendicularmente a la dimensión mayor, 𝑑, en mm.

3 C Factor de amplificación sísmica definido en la norma técnica de edificación E.030.

4 𝐷𝑀 Desplazamiento traslacional en el centro de rigidez del sistema de aislamiento, en la dirección de análisis, determinado con la ecuación 6, en mm.

5 𝐷´𝑀 Desplazamiento en el centro de rigidez del sistema de aislamiento, en la dirección de análisis, determinado con la ecuación 16, en mm.

6 𝐷TM Desplazamiento total de un elemento del sistema de aislamiento, en la dirección de análisis, que incluye la traslación en el centro de rigidez y la componente torsional, determinado con la ecuación 8, en mm.

7 𝑑 Dimensión mayor de la proyección en planta de la estructura, en mm.

8 Eciclo Energía disipada en un aislador durante un ciclo completo de ensayo con carga reversible, para un rango de desplazamiento desde ∆+hasta ∆− , dada por el área encerrada en la curva fuerza – desplazamiento, en kN-mm.

9 𝑒 Excentricidad obtenida como la suma de la distancia en planta entre el centro de masa de la estructura sobre la interfaz de aislamiento y el centro de rigidez del sistema de aislamiento, más la excentricidad accidental, tomada como 5% de la mayor dimensión en planta del edificio en dirección perpendicular a la de la fuerza sísmica considerada, en mm.

X


10 𝐹− Mínima fuerza negativa en un aislador durante un ciclo de ensayo de un prototipo, correspondiente a la amplitud de desplazamiento ∆− , en kN.

11 𝐹+ Máxima fuerza positiva en un aislador durante un ciclo de ensayo de un prototipo, correspondiente a la amplitud de desplazamiento ∆+, en kN.

12 F1 Fuerza sísmica lateral en el nivel de base, determinada con la ecuación 13, en KN.

13 Fi Fuerza lateral en el nivel 𝑖 determinada con la ecuación 14, en KN.

14 𝑔 Aceleración de la gravedad (9 810 mm/s2 ).

15 hi Altura del nivel 𝑖 respecto al nivel de base, en mm.

16 kM Rigidez efectiva (secante) del sistema de aislamiento en el desplazamiento traslacional en la dirección de análisis, determinada con la ecuación 3, en kN/mm.

17 keff Rigidez efectiva (secante) de un aislador, determinada con la ecuación 17, en kN/mm.

18 𝑛 Número de pisos de la estructura sobre la interfaz de aislamiento.

19 𝑁 Número de aisladores.

20 𝑃 Peso de la estructura sobre la interfaz de aislamiento, determinado en la norma técnica de edificación E.030, en kN.

21 pi Parte del peso P que se ubica en o se asigna al nivel i, en kN.

22 Ps Peso sísmico efectivo de la estructura sobre la interfaz de aislamiento, calculado en forma similar a 𝑃 pero sin incluir el nivel de base, en kN.

23 ra Radio de giro del sistema de aislamiento, en mm, el cual

es igual a 112 (𝑏2 + 𝑑2)12 en sistemas de aislamiento con

planta rectangular de dimensiones 𝑏 𝑥 𝑑.

24 R0 Coeficiente de reducción de las fuerzas sísmicas para la superestructura considerándola como si fuera de base fija,

XI


según lo indicado en la norma técnica de edificación E.030

25 Ra Coeficiente de reducción de las fuerzas sísmicas para la estructura sobre el sistema de aislamiento, calculado como 3/8𝑅0 pero no menor que 1 ni mayor que 2.

26 𝑆 Factor de amplificación del suelo definido en la norma técnica de edificación E.030.

27 SaM Ordenada del espectro elástico de pseudo aceleraciones correspondiente al sismo máximo, en mm/s2, determinada con la ecuación 5.

28 𝑇 Período fundamental de la estructura considerada con base fija, en la dirección de análisis, evaluado con cualquiera de los procedimientos indicados en la norma técnica de edificación E.030, en segundos.

29 𝑇𝑀 Período efectivo de la estructura sísmicamente aislada, asociado al desplazamiento traslacional 𝐷𝑀 en la dirección de análisis, determinada con la ecuación 7, en segundos

30 𝑈 Factor de uso e importancia, igual a 1.

31 𝑉𝑏 Fuerza cortante total en el sistema de aislamiento o en los elementos bajo el nivel de aislamiento, determinada con la ecuación 10, en kN.

32 𝑉𝑠 Fuerza cortante en la base de la estructura sobre el sistema de aislamiento, determinada con la ecuación 11 y con los límites indicados en el numeral 21.3, en kN.

33 𝑉𝑠𝑡 Fuerza cortante no reducida actuante sobre los elementos por encima del nivel de base, determinada con la ecuación 12, en kN.

34 𝑥𝑖, 𝑦𝑖 Distancias horizontales entre el centro de masas del sistema de aislamiento y el aislador i -ésimo, medidas en las direcciones de los ejes del sistema de aislamiento, en mm.

35 𝑦 Distancia entre el centro de rigidez del sistema de aislamiento y el elemento de interés, medida perpendicularmente a la dirección de la solicitación sísmica considerada, en mm.

XII


36 𝑍 Factor de zona definido en la norma técnica de edificación E.030.

37 𝛽𝑀 Amortiguamiento efectivo del sistema de aislamiento para el desplazamiento traslacional 𝐷𝑀 , determinado con la ecuación 4 (expresado como fracción del amortiguamiento crítico).

38 𝛽𝑒𝑓𝑓 Amortiguamiento efectivo de un dispositivo del sistema de aislamiento, determinado con la ecuación 18 (expresado como fracción del amortiguamiento crítico).

39 ∆+ Desplazamiento positivo máximo de un aislador durante cada ciclo de ensayo de un prototipo, en mm.

40 ∆− Desplazamiento negativo mínimo de un aislador durante cada ciclo de ensayo de un prototipo, en mm.

41 𝜆𝑚á𝑥 Factor modificatorio para determinar el máximo valor de una propiedad del aislador, teniendo en cuenta todas las fuentes de variabilidad, como se indica en el numeral 12.3.

42 𝜆𝑚𝑖𝑛 Factor modificatorio para determinar el mínimo valor de una propiedad del aislador, teniendo en cuenta todas las fuentes de variabilidad, como se indica en el numeral 12.3.

43 𝜆(𝑎𝑒,𝑚á𝑥) Factor modificatorio para determinar el máximo valor de una propiedad del aislador, considerando las condiciones ambientales y el envejecimiento, como se indica en el numeral 12.3.

44 𝜆(𝑎𝑒,𝑚𝑖𝑛) Factor modificatorio para determinar el mínimo valor de una propiedad del aislador, considerando las condiciones ambientales y el envejecimiento, como se indica en el numeral 12.3.

45 𝜆(𝑡𝑣𝑠,𝑚á𝑥) Factor modificatorio para determinar el máximo valor de una propiedad del aislador, considerando las condiciones de temperatura, velocidad de carga y scragging, como se indica en el numeral 12.3.

46 𝜆(𝑡𝑣𝑠,𝑚𝑖𝑛) Factor modificatorio para determinar el mínimo valor de una propiedad del aislador, considerando las condiciones de temperatura, velocidad de carga y scragging, como se indica en el numeral 12.3.

XIII


47 𝜆(𝑓𝑎𝑏,𝑚á𝑥) Factor modificatorio para determinar el máximo valor de una propiedad del aislador, considerando la variabilidad en la fabricación de aisladores de la misma dimensión, como se indica en el numeral 12.3.

48 𝜆(𝑓𝑎𝑏,𝑚𝑖𝑛) Factor modificatorio para determinar el mínimo valor de una propiedad del aislador, considerando la variabilidad en la fabricación de aisladores de la misma dimensión, como se indica en el numeral 12.3.

49 𝑃𝑇 Razón entre el período traslacional efectivo del sistema de aislamiento y el período rotacional efectivo del sistema de aislamiento, calculada mediante un análisis dinámico o como se indica en la ecuación 9, pero no requiere ser menor que 1.

50 ∑ 𝐸𝑀 Energía total disipada por el sistema de aislamiento durante un ciclo completo de respuesta al desplazamiento, 𝐷𝑀, en kN-mm.

51 ∑|𝐹𝑀+| Sumatoria de los valores absolutos de las fuerzas en todos los aisladores del sistema de aislamiento para un desplazamiento positivo igual al desplazamiento 𝐷𝑀, en kN.

52 ∑|𝐹𝑀−| Sumatoria de los valores absolutos de las fuerzas en todos los aisladores del sistema de aislamiento para un desplazamiento negativo igual al desplazamiento 𝐷𝑀 , en kN.

Fuente: Norma Técnica E.031 “Aislamiento Sísmico” del Reglamento Nacional de Edificaciones, 2019.

XIV

Dedicatoria

A Dios, a mi Perú y a mi familia Trujillo Tafur por el gran apoyo que siempre me brindaron y por ser una inspiración para salir adelante.

XV

Agradecimiento

A beca 18 por permitirme seguir mis estudios Universitarios, quienes siempre estuvieron atentos a mi persona en el transcurso de mi formación académica. A mi casa de estudio, la Universidad San Ignacio de Loyola, que por medio de sus grandes docentes me inculcaron los conocimientos necesarios para afrontar la vida Ingenieril. A mi Asesor el Mg. Ing. José Acero Martínez por guiarme en el desarrollo de la presente Tesis, por su dedicación, tiempo, conocimientos brindados y su gran apoyo incondicional. Al MSc. Ing. Saulo Gallo Portocarrero por todo su apoyo para poder realizar mi plan de tesis.

XVI

Resumen

Desde tiempos inmemorables los movimientos telúricos han generado muchas complicaciones a los ingenieros civiles, perdidas económicos enormes que paralizan la economía de un país y lo más trágico la perdida de múltiples vidas humanas. Para ello los ingenieros han diseñado dispositivos de aislamiento sísmico, los cuales se están convirtiendo en una gran alternativa para reducir los efectos catastróficos de un sismo de gran potencia de destrucción. Japón es uno de los países pioneros (desde 1980) en usar estos dispositivos de aislamiento basal, para salvaguardar las estructuras de los fenómenos telúricos, lo cuales garantizaran la seguridad de las personas. Muchos países en el mundo como Japón, EE. UU, México, Chile y entre otros han comenzado a usar los dispositivos de aislamiento sísmico para contrarrestar los posibles daños estructurales de un edificio.

De esa forma, surge la presente investigación, el cual busca determinar los patrones o variables más importantes que tienen una influencia directa con la deriva; tanto para edificios aislados de pocos niveles (de baja esbeltez de altura) y edificios aislados con muchos niveles (de gran esbeltez de altura). La esbeltez no es la única variable que influencia directamente a la deriva, sino también la excentricidad. Para ello se analizarán los edificios con un aislamiento basal, los cuales cumplan los parámetros mínimos que se describe en la NTP E.030 y la NTP.E.031.

El problema general de la presente investigación es evaluar la esbeltez y excentricidad, y determinar su influencia en el valor de la deriva de entrepiso, para los edificios aislados sísmicamente. Existen muchas investigaciones similares que se pueden observan en la sección de los antecedentes nacionales, estas solo hacen referencia a la esbeltez, en cambio, la presente investigación mostrará que la esbeltez y excentricidad van de la mano para el cálculo de la deriva de entrepiso.

El tipo de estudio de la investigación es básica o pura; con respecto a los datos analizados es investigación cuantitativa y de acuerdo a la metodología para demostrar la hipótesis es investigación no experimental-correlacional. En el cual se analizaron edificios de 5, 10, 15, 20 y 25 niveles; con 4 casos de análisis: caso I (edificio original + 0 m de Muro), caso II (edificio original +3 m de muro), caso III (edificio original +4.5 m de muro) y IV (edificio original + 6 m de muro) con el fin de obtener distintas esbelteces y excentricidades. La colocación de estos muros se encuentra detallado en el anexo 7 tanto para la base fija y base aislada

Para el análisis de las estructuras, tanto para los de base fija como para los de base aislada se realizó el análisis modal espectral. Para ello se modelo 80 estructuras en el ETBAS 18. Las 40 primeras estructuras se modificaron los centros de rigidez (para ello se incorporó muros de concreto armado en un lado de la estructura) con el fin de reducir la excentricidad teórica y evaluar la deriva de entrepiso. Y en las otras 40 estructuras los centros de masa se movieron de manera correcta en un 5% de excentricidad accidental al sentido más crítico de la estructura, de esa forma se pudo evaluar directamente los efectos torsionales de las estructuras.

Palabras Claves: Aislamiento sísmico, Esbeltez, Excentricidad, Deriva de entrepiso y Torsión.

XVII

Abstract

Since time inmemorable, earthquakes have generated many complications for civil engineers, enormous economic losses that paralyze the economy of a country, and the most tragically, the loss of multiple human lives. For this, engineers have designed seismic isolation devices, which are becoming a great alternative to reduce the catastrophic effects of an earthquake with great destructive power. Japan is one of the pioneer countries (since 1980) in using these basal isolation devices to safeguard structures from telluric phenomena, which will guarantee the safety of people. Many countries in the world such as Japan, USA, Mexico, Chile and among others have begun to use seismic isolation devices to counteract the possible structural damage of a building.

Thus, the present investigation arises, which seeks to determine the most important patterns or variables that have a direct influence on drift; both for isolated buildings with few levels (of low slenderness of height) and isolated buildings with many levels (of high slenderness of height). Slenderness is not the only variable that directly influences drift, but also eccentricity. For this, buildings with basal insulation will be analyzed, which meet the minimum parameters described in NTP E.030 and NTP.E.031.

The general problem of the present investigation is to evaluate the slenderness and eccentricity, and to determine their influence on the value of the mezzanine drift, for seismically isolated buildings. There are many similar investigations that can be observed in the national antecedents section, these only refer to slenderness, on the other hand, the present investigation will show that slenderness and eccentricity go hand in hand for the calculation of mezzanine drift.

The type of research study is applied; regarding the data analyzed, it is quantitative research and according to the methodology to demonstrate the hypothesis, it is non-experimental-correlational research. In which buildings of 5, 10, 15, 20 and 25 levels were analyzed; with 4 cases of analysis: case I (original building + 0 m of wall), case II (original building +3 m of wall), case III (original building +4.5 m of wall) and IV (original building + 6 m of wall) in order to obtain different slendernesses and eccentricities. The placement of these walls is detailed in annex 1 for both the fixed base and the isolated base.

For the analysis of structures, both for those with a fixed base and for those with an isolated base spectral modal analysis was performed. For this, 80 structures were modeled in ETBAS 18. The first 40 structures were modified the centers of rigidity (for this, reinforced concrete walls were incorporated on one side of the structure) in order to reduce the theoretical eccentricity and evaluate the drift of mezzanine. And in the other 40 structures the centers of mass moved correctly in a 5% accidental eccentricity to the most critical sense of the structure, in this way the torsional effects of the structures could be directly evaluated.

Keywords: seismic isolation, slenderness, eccentricity, drift from between floor and torsion.

influencia de la esbeltez y excentricidad en el …

Documents