disipacion de energia sismica- i parte
TRANSCRIPT
30/07/2011
1
AISLADORES SISMICOS EN EL PERU
Ing. MSc. Maribel Burgos [email protected]
5:30 p.m. 1
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
5:30 p.m. 2
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.
5:30 p.m. 3
NIVELES DE DESEMPEÑO
OCUPACIÓN INMEDIATA
SEGURIDAD DE VIDA
ESTABILIDAD ESTRUCTURAL
5:30 p.m. 4
30/07/2011
2
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
5:30 p.m. 5
OBJETIVOS DEL DISEÑO POR DESEMPEÑO
• Comité Visión 2000
5:30 p.m. 6
OBJETIVOS DEL DISEÑO POR DESEMPEÑO
• ATC 40
Objetivos de seguridad básica para estructuras convencionales
5:30 p.m. 7
….Colapso de las estructuras
5:30 p.m. 8
30/07/2011
3
….Daños severos en las estructuras
5:30 p.m. 9
….Daños severos en las estructuras
5:30 p.m. 10
….Daños moderados en las estructuras
5:30 p.m. 11
….Daños moderados en las estructuras
5:30 p.m. 12
30/07/2011
4
….Daños en elementos no estructurales
5:30 p.m. 13
….Daños en elementos no estructurales
5:30 p.m. 14
….Daños en elementos no estructurales
5:30 p.m. 15
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.
5:30 p.m. 16
30/07/2011
5
DAÑOS ESTRUCTURALES
Principalmente ocurre debido a:
o Desplazamientos (Distorsiones, ∆/H)
o Velocidades
o Aceleraciones (Fuerza)
Inducidos por el suelo sobre la estructura
∆∆
HH
5:30 p.m. 17
¿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
5:30 p.m. 18
¿CÓMO PODEMOS REDUCIR LOS DAÑOS?
• Hacer las estructuras más flexibles
AISLAMIENTO SISMICO
FF
DD
•• Añadir un “Asistente” a la estructuraDISIPADORES DE ENERGIA
FF
DD
5:30 p.m. 19
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.
5:30 p.m. 20
30/07/2011
6
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.
5:30 p.m. 23
CONCEPTOS BASICOS
5:30 p.m. 24
30/07/2011
7
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.
5:30 p.m. 25
Espectro de la Aceleración de Respuesta
Cambio de Periodo
Periodo
Acc
eler
ació
n
5:30 p.m. 26
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
30/07/2011
8
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
5:30 p.m. 29
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
5:30 p.m. 30
¿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.
5:30 p.m. 31
¿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.
5:30 p.m. 32
30/07/2011
9
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
5:30 p.m. 33
TIPOS DE SISTEMA DE AISLAMIENTO
• Existen dos tipos de sistemas de aislamiento:
– AISLADORES DESLIZANTES
– AISLADORES ELASTOMERICOS
5:30 p.m. 34
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)
5:30 p.m. 35
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
30/07/2011
10
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.
5:30 p.m. 37
&
5:30 p.m. 38
DIS fue fundada en 1982
5:30 p.m. 39Reno Nevada - USA
60,000 pie2 de espacio de fabricación
5:30 p.m. 40
30/07/2011
11
Experiencia en 300 proyectos completos en 15 países
5:30 p.m. 41
Experiencia: Más de 15,000 aisladoresinstalados a la fecha
5:30 p.m. 42
EXPERIENCIA DURANTE LOS SISMOS
• USC (University of Southern California) Hospital – Sismo Northridge 1994
– Reducción en Aceleraciones
– No hubieron daños en sus equipos
5:30 p.m. 43
Hospital USC
5:30 p.m. 44
30/07/2011
12
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
5:30 p.m. 48
30/07/2011
13
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
EXPERIENCIA DURANTE LOS SISMOS
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.
EXPERIENCIA DURANTE LOS SISMOS
5:30 p.m. 52
30/07/2011
14
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
30/07/2011
15
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
30/07/2011
16
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
30/07/2011
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
30/07/2011
18
Puentes: Richmond San Rafael USA
5:30 p.m. 69
Puentes: Rio Vista USA
5:30 p.m. 70
Puente Golden Gate USA
5:30 p.m. 71
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
30/07/2011
19
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
30/07/2011
20
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)
5:30 p.m. 79
ENSAYOS DE AISLADORES DIS
5:30 p.m. 80
ENSAYOS DE AISLADORES DIS
30/07/2011
21
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.
5:30 p.m. 82
5:30 p.m. 83
AISLADOR DESLIZANTE
5:30 p.m. 84
AISLADOR DESLIZANTE
30/07/2011
22
5:30 p.m. 85
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
30/07/2011
23
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
30/07/2011
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
30/07/2011
25
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
30/07/2011
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
30/07/2011
27
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 :
Periodo efectivo asumido en el DD, TM = 2.09 seg
Amortiguamiento efectivo asumido, ββββM = 0.21
Coeficiente de amortiguamiento, BM = 1.53
Aceleración debido a la gravedad, g = 9.81 m/seg2
Desplazamiento máximo, DM = 0.20 M
Desplazamiento de diseño total, DTM = 0.22 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
:
Periodo efectivo asumido en el DD, TM = 2.15 seg
Amortiguamiento efectivo asumido, ββββM = 0.18
Coeficiente de amortiguamiento, BM = 1.44
Aceleración debido a la gravedad, g = 9.81 m/seg2
Desplazamiento máximo, DM = 0.22 m
Desplazamiento de diseño total, DTM = 0.24 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
ANALISIS DINAMICO EN EL ETABS
30/07/2011
30
EJEMPLO PRACTICO
5:30 p.m. 117
ANALISIS DINAMICO EN EL ETABS
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
EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSResultados
1
2
3
4
0.0000 0.0050 0.0100
Est. Aislada
Est. Fija a la base
5:30 p.m. 124
EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSResultados
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
EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSResultados
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
EJEMPLO PRACTICOANALISIS DINAMICO EN EL ETABSResultados
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