Protección Sísmica de Edificios Peruanos por Aislamiento y Disipación de Energía

Alejandro Muñoz PeláezGerente Técnico PRISMA INGENIEROS

Profesor Principal PUCPNoviembre 2014

Universidad Nacional deSan Antonio Abad del Cusco

“Lecciones recientes de los Terremotos Chilenos para mejorar el Diseño de Construcciones de Concreto Armado”

El Ideal de la Ingeniería Antisísmica

Nivel de DesempeñoCompletamente

Operativo Operativo Resguardo dela Vida

Cerca al Colapso

Sism

o de

Dise

ño

Frecuente (45 años)Ocasional (75 años)

Raro (475 años)Muy Raro (970 años)

Edificio Común

Edificio Esencial

Edificio de Seguridad Crítica

Antes de… Después

“ El Sueño…”

NORMAS DE DSR

“…cuya función No debería interrumpirse inmediatamente después que ocurra un sismo…”

“…Asegurar la continuidad de los servicios básicos…”

P V

V diseño= 0.17 P¿Es suficiente?

V elástico >> V diseño entonces Daño!

¿Y la NTE 030?

V elástico= 0.80 P

V

…

Art 10.- Categoría de las Edificaciones

“…cuya función No debería interrumpirse inmediatamente después que ocurra un sismo…”

Art3.- Filosofía y Principios del DSR “…Asegurar la continuidad de los servicios básicos…”

Daño Estructural

Daño en el Contenido

Estructuras convencionales

SISTEMAS PASIVOS

EstructuraSismoRespuesta

Sistemas Pasivos

Disipación Aislamiento

Energía sísmica

Dispositivo Disipador

Disipación de Energía

Edificio Sin Disipadores Edificio Con Disipadores

Simulación Con y Sin Disipadores

Torre Titanium - Chile

El edificio protegido más alto de Chile

190 metros, 52 pisos7 sótanos

Disipadores Histeréticos

Tipos de Disipadores

• Masas Sintonizadas• Histeréticos (Desplazamiento)• Fluido Viscoso (Velocidad)• Visco-elásticos

(Velocidad y desplazamiento)

Amortiguadores de Masa Sintonizada

Amortiguadores de Masa Sintonizada

Histeréticos

TADASADAS

F

D

Modelo de Comportamiento

Disipadores de Fricción

Modelo

Disipadores de Fluido Viscoso

Modelo

Disipadores Visco-elásticos

Muro Disipador

Representación mediante amortiguamiento clásico

Reducción de la Demanda Sísmica

Periodo T (seg)

Fuerza

VD

0.4 1.0 2.0

V

3.0

Aislamientode Base

Aisladores de BaseSon elementos que se colocan en la base de las estructuras con elobjetivo de aislarlas del movimiento del suelo en caso de sismo.

El suelo se mueve la estructura queda

“quieta”

La estructura se mueve, generando

deformaciones

Simulación Con y Sin Aisladores

Muelles, Puentes

Hospitales

Tipos de Aisladores

• Elastoméricos (Con y Sin núcleo de Plomo.)

• De péndulo friccional doble

• Deslizadores

Aisladores Elastoméricos Con núcleo de plomo

/ PUCP/ Ingeniería Antisísmica 1/ A. Muñoz/ 2009Ensayo de aislador Elastomérico

Deslizadores – Sliders

Detalles de obra

Detalles de obra

Detalles de obra

Detalles de obra

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

Adaptar Instalaciones

Detalle de instalaciones en Nivel de Aislamiento +0.0

Simulación de Desplazamiento de las Instalaciones

Cambios de Arquitectura

Los edificios aislados necesitan estar separados del límite de propiedad.

Detalle de Aislamiento de Escaleras

Detalles de obra

Detalles de obra

Detalles de obra

Fácil Acceso a los dispositivos

Edificio Sin Aislación Sísmica de Base

Edificio Con Aislación Sísmica de Base

…

El ascensor queda “colgado” del edificio.

EDIFICIO AISLADOAscensor aislado en zona de sótano

Ajustes en Arquitectura

¿Cómo aislar el ascensor?

Reducción de la demanda mediante Aislamiento Sísmico

Periodo T (seg)

Fza de DiseñoV (W/g)

R=2VF

0.4 1.0 2.0 2.5

Ve

3.0

VA

Estructura con base fija

Estructura aislada

R=6

Diseño de Edificios con Protección sísmica en el Perú

• Espectros para la zona con T > 2.5 seg.• Factores de Reducción• Factores de uso

Si D1 = D2 Igual Daño

Edificio Resistente

D1

Protección Sísmica

Fuerzas de Diseño - Sa

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0T (seg.)

Norma Vigente

R=6

Sa (g)

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

T (seg)

Sa (g)

Norma VigenteR=6

Fuerzas de Diseño

Factor “R” para edificios con disipadores

T (seg)

V

VD

0.4 1.0 2.0

V

3.0

R

Por disipación de energía

Por factor de reducción

Factor de Uso

Valores de U >1 permiten:• Aumentar la resistencia lateral para

• Reducir las exigencias inelásticas sobre la estructura y para

• Reducir la incertidumbre en el comportamiento.

0

1

2

3

0 1 2 3 4

Xy

VNorma

Vy

Vmáx

Sobrerresistencia Estructural

Factores de Reducción y Uso para Edificios Aislados

U = 1

R=2

R=1

R = 1 y 2

Desplazamientos esperados

0

10

20

30

0 1 2 3 4T seg

Desplazamiento (cm) NTE 030

Resistencia Lateral para Hospitales Aislados

Edificio con base fija• Sistema Dual, R=7• Periodo T = 0.5seg.• C = 2.0 U = 1.5

Ubicado en Lima sobre suelo bueno

V= Z. U. S. C . PR

“U¨, “C” y ¨R¨ decrecen

Edificio Aislado • R=2• Periodo T = 2.5seg.• C= 0.4 U = 1.0

Edificios Protegidos en el Perú• Torre Aeropuerto JCH. 2006. GCAQ• Edificio “El Reducto”. 2011. J. Rivera• Biblioteca Central UNI. 2011 Dr. Scaletti, Ing. Proaño.• Biblioteca UPC. 2011. SIRVE• Pabellón UPC. 2011. SIRVE• C. Empresarial “Panorama”. 2012. Prisma-SIRVE• Torre Orquídeas. 2012. Prisma-SIRVE• Edificio Barlovento. 2012. Prisma-SIRVE• Torre Javier Prado. 2013. Prisma-SIRVE• Nueva Sede GyM. 2012. Prisma-SIRVE• Edificios UTEC. 2013. GCAQ• Torre Javier Prado. 2013. Prisma-SIRVE• Aularios Ingeniería PUCP. 2013. Prisma-SIRVE

Edificios Protegidos en el Perú• Biblioteca Ingeniería PUCP. 2013. Prisma-SIRVE• Torre Olguín. 2013. Prisma-SIRVE• Edificio de Oficinas Olguín. 2013. Prisma-SIRVE• “T” Tower . 2013. Prisma-SIRVE• Edificio de oficinas San Isidro. 2013. Prisma-SIRVE• Atlantik Ocean Tower. 2013. Prisma-SIRVE• Torre Zero. 2013. Prisma-SIRVE• Residencial MADRE. 2014 Prisma-SIRVE• Edificio Empresarial Gerpal. 2014. Prisma-SIRVE• T Tower. 2014 . Prisma-SIRVE• Hospital Juliaca. Prisma-SIRVE 2014• Hospital Rioja Prisma-SIRVE 2014• Hospital Yurimaguas Prisma-SIRVE 2014• Clínica Huancayo Prisma-SIRVE 2014 …

Proyectos con Disipación de Energía

Torre Aeropuerto Jorge Chavez

• Protección antisísmica en base a disipadores viscosos.

• Instalación de 42 disipadores de fuido viscoso en disposición Chevron

Edificio GerpalEl Reducto

• Edificio de 14 pisos y 7 sótanos

• Protección antisísmica en base a disipadores viscosos.

Centro EmpresarialPanorama

• 2 Edificios de 19 pisos y 8 sótanos

• 78 disipadores viscosos.

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0 20 40 60 80 100 120

CON… SIN…

Amortiguadores no lineales, de 130 ton

Resultados

• Max. Deriva de entrepiso 4.5 0/00

La deriva se redujo en 21%

Desplaz. máximo de techo 22%

•Max desp. sin disipador = 23cm

•Max desp. con disipador = 15cm

Torre Orquídeas

• 29 pisos y 10 sótanos

• disipadores histereticos.

• Torre de 31 pisos y 9 sótanos• Sistema estructural dual: pórticos y

placas.•

• 78 disipadores histeréticos en Vigas de Acoplamiento.

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

…

EDIFICIO BARLOVENTO

Análisis

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

045_Barlovento_v07r01c_VF.mdb 0.4627 0.1741

12-045_Barlovento_v11r18

c_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.

Torre EmpresarialJavier Prado

•

•20 pisos y 10 sótanos

•disipadores de fluido viscoso

Primeros 3 modos de vibración

Modo Período (seg.) % Masa X % Masa Y % Masa RZ

1 3.83 18.4 32.7 17.7

2 2.93 47.0 24.3 0.1

3 2.34 7.5 13.3 54.9

72 disipadores viscosos sobre diagonales cada 2 pisos

Zonas de ubicación de los disipadores de energíaEsquema general de la ubicación de amortiguadores viscoelásticos

Espectro de aceleraciones y Registros sísmicos compatibilizados con la Norma E.030

Análisis tiempo historia

Señal 1

Señal 3Señal 2

Máximos Drift de entrepisoDirección X del Edificio

Drift deEntrepiso

Valor máximo Original

‰

Valor máximo Con Disipación

‰

Máxima Reducción

%

Reducción delMáximo

%

Señal 1 4.7 3.6 30 24

Señal 2 5.8 4.2 39 29

Señal 3 4.6 4.1 26 11

Promedio 5.0 3.9 32 21

Dirección Y del EdificioDrift de

EntrepisoValor máximo

Original ‰

Valor máximo Con Disipación

‰

Máxima Reducción

%

Reducción delMáximo

%

Promedio 5.6 3.9 37 31

Dirección X del EdificioSismos y Reducciones en dirección X Promedio

%

Drift entrepiso máximo 21

Rotación de piso máxima 34

Desplazamiento Techo RMS 14

Aceleración Techo RMS 3 15

Promedio 6

Dirección Y del Edificio

Resumen de Resultados

Sismos y Reducciones en dirección X Promedio%

Drift entrepiso máximo 31

Rotación de piso máxima 43

Desplazamiento Techo RMS 19

Aceleración Techo RMS 3 6

Promedio 3

Edificio Empresarialde Oficinas Gerpal

• 24 disipadores viscosos.

• 25% de disipación de energía.

• 16 % de reducción del drift

18 pisos y 9 sótanos

T-Tower

• 22 disipadores viscosos.

• 23% de disipación de energía

• 22 % de reducción del drift

24 pisos y 10sótanos

Biblioteca Central UNI

• Protección antisísmica en base a Aisladores.

Proyectos con Aislamiento de base

BIBLIOTECA UPC

•

• 41 Aisladores elastoméricos.

PABELLÓN CIENCIAS DE LA SALUD UPC

•Aisladores elastoméricos.

Edificio de Oficinas GyM

• Protección por Aislamiento Sísmico :

28 aisladores elastoméricos a nivel “cero”y 8 deslizadores en la base de los ascensor

• 7 pisos y 4 sótanos.

• Estructura aporticada

Estructuración convencional

muros de concreto armado.

•Periodo XX = 0.80 seg.•Periodo en YY = 0.65 seg.

•Desplazamiento Máximo en laazotea = 7.10cm

•Cortante Máximo = 1200 Tn

Estructuración con Aisladores

Sistema aporticado..Cortante Mínimo = 5 %

• Periodo = 3.5 seg

• Desp. máximo = 26 cm

RESULTADOS DEL ANÁLISIS TIEMPO-HISTORIA

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Tiempo (seg)

-100

-50

0

50

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Tiempo (seg)

Sismo X-X

Sismo Y-Y

X-X

T seg. 3.5

% M.E. 93%

D en azotea 27 cm = 20 + 7

Deriva Máx. 2.5 ‰

X-X

T seg. 1.48

% M.E. 84%

D en azotea 20 cm

Deriva Máx. 10 ‰

Conexiones en instalaciones a través de Juntas sísmicas

Montaje de guías y colocación de los aisladores

• 7 pisos y 3 sót.

• Aisladores elastomericos y deslizadores de fricción

• Reducción de vibraciones sísmicas en 78%

Aularios Ingeniería PUCP

En obra

Vaciado de concreto del pedestal del aislador

Armado de Acero del pedestal del aislador.

Encofrado de acero del pedestal del aislador

Colocación del aislador sísmico

Edificio de Vivienda Atlantik Ocean Tower

• Protección por Aislamiento•Aisladores elastoméricos

• 15 pisos y 4 sótanos.

• Estructura dual

Base Fija Aislamiento de Base

Tx[seg]

DesplazAzotea

[cm]% M.E.

Deriva Máxima

[‰]

3.52 23 70% 2

Edificio Ecológico Torre Zero

• Protección por Aislamiento

40 aisladores y 12 deslizadores

• 7 pisos y 4 sótanos.

• Estructura dual

Edificio Residencial Madre

• Protección por Aislamiento

• 48 aisladores elastoméricosde 80, 90 y 95 cm

• 8 deslizadores.

17 pisos y 4 sótanos

Estructura dual

gracias …