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UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
“Amortiguamiento de vibraciones sísmicas en edificaciones con el aislado de su base”
Escuela académica : Ingeniería Civil
Código del curso : CII – 04
Año y semestre académico: 2013 – I
Ciclo : III
Docente : Msc. Ing. Marco Antonio Silva Lindo
Responsables : COTRINA CAMPOS Nancy Milagros
DE LA CRUZ MENDOZA Franz Rossvelt
JARA LUNA Richard Robinson
HURAZ – PERU
2013
INTRODUCCIÓN
En la rama de la construcción son diversos los métodos utilizados para
contrarrestar los movimientos sísmicos.
En el presente trabajo nos ocuparemos de un mecanismo en específico: El
aislado de base. Dicho sistema utiliza almohadillas de apoyo, estas
almohadillas están hechas en forma de sándwich, en capas de acero y algún
material elástico (goma, hule, silicona, etc.). Lo cual le otorga flexibilidad
horizontal y rigidez vertical, haciéndola muy resistente a los terremotos.
Estos dispositivos son utilizados en un conjunto de apoyos que brindan una
protección contra los terremotos reduciendo la cantidad de energía sísmica que
llega a una estructura.
Un dispositivo de amortiguación ayuda a estabilizar las columnas de la
estructura, que tienden a moverse cuando el suelo se agita a causa de un
terremoto, razón por el cual el método en estudio; limitará la cantidad de daños
que soporta una estructura durante un terremoto.
I. TÍTULO:AMORTIGUAMIENTO DE VIBRACIONES SÍSMICAS EN EDIFICACIONES CON EL AISLAMIENTO DE SU BASE
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
1. ENUNCIADO DEL PROBLEMA
ANTECEDENTES
Durante el transcurso de los años nuestro país a experimentado
en sus diferentes departamentos terremotos que han ocasionado
muchas pérdidas humanas, una de las más importante que podemos
mencionar es lo sucedido el 31 de mayo de 1970, cuyo epicentro se
halló frente a las costas de las ciudades de Casma y Chimbote cuya
magnitud fue de 7,8 grados en la escala de Richter cuyas
consecuencias fueron devastadoras. Las muertes se calcularon en
80000 y hubo aproximadamente de 20000 desaparecidos, si bien en
lugares como Recuay, Aija, Casma, Huarmey, Carhuaz y Chimbote
la destrucción de edificios osciló entre 80% y 90%. Se calculó el
número de afectados en 3.000.000.
También podemos mencionar lo ocurrido el 15 de agosto del 2007
cuyo epicentro se localizó en las costas del centro del Perú a 40
kilómetros al oeste de Chincha Alta y a 150 km al suroeste de Lima,
y su hipocentro se ubicó a 39 kilómetros de profundidad. Fue uno de
los terremotos más violentos ocurridos en el Perú en los últimos
años; el más poderoso (en cuanto a intensidad y a duración), pero
no el más catastrófico, desde ese punto de vista el terremoto de
1970 produjo miles de muertos. La magnitud destructiva del
terremoto también causó grandes daños a la infraestructura que
proporciona los servicios básicos a la población, tales como agua y
saneamiento, educación, salud y comunicaciones.
CARACTERÍSTICAS
• Las edificaciones no tienen un sistema de amortiguamiento
adecuado, razón por la cual muchas de esas edificaciones colapsan ante
un movimiento sísmico, causando daños materiales y pérdida de vidas
humanas.
• Las construcciones no se ejecutan con materiales adecuados, como
son las casas construidas de adobe (arcilla amoldada en forma de un
paralelepípedo) las cuales tienen un alto riesgo de colapsar ante un
movimiento sísmico.
DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA
De acuerdo a los acontecimientos en el transcurso de los años; se
ha podido notar que en nuestro país la mayoría de las edificaciones no
cuentan con un sistema antisísmico; razón por la cual ante un
movimiento sísmico colapsan rápidamente ocasionando pérdidas
humanas y un gran daño en las infraestructuras.
2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿El aislado de base elastomerico amortiguará las ondas sísmicas en las edificaciones?
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Mediante el método del aislado de base que cumplirán la función de
disipar la energía sísmica se diseñará estructuras que puedan soportar
movimientos sísmicos.
Teniendo la necesidad de contar con una infraestructura que nos brinde
seguridad en todo momento, se diseñara estructuras seguras y de bajo
presupuesto.
4. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Las limitaciones que se presentan en la investigación son no contar con instrumentos o equipos que nos ayuden hacer los cálculos, como son los simuladores de sismos y otros equipos necesarios para la investigación.
III. OBJETIVOS.
A. OBJETIVO GENERAL.Diseñar un sistema de amortiguamiento que disipe las ondas sísmicas, dando mayor resistencia a las edificaciones.
B. OBJETIVO ESPECIFICO.- Aislar la base de una edificación del terreno mismo- Utilizar almohadillas que resistan de manera vertical y
horizontal las ondas sísmicas
IV. MARCO TEÓRICO Y MARCO CONCEPTUAL.
A. MARCO TEÓRICO.
1. IMPORTANCIA DE UN SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO EN LAS ESTRUCTURAS
1.1. LOS SISTEMAS DE AMORTIGUAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS EN LA ANTIGÜEDAD.
Los sistemas de amortiguamiento en estructuras no es algo nuevo, pues es un conocimiento que viene ya desde la antigüedad, cuando sumerios, griegos, romanos bizantinos entre otros utilizaban procedimientos para proteger sus estructuras del efecto de los sismos. (PEÑA 2007, 5-6 ).
En el año 2000 a.c en Knossos (Creta), habían desarrollado un cierto tipo de aislamiento de base, que consistía en colocar una capa de arena fina debajo de la cimentación de la construcción, con el fin de generar una especie de apoyo deslizante. (PEÑA 2007, 5-6).
Otro sistema parecido se utilizó en Chokrak, donde se colocó la cimentación del templo sobre una capa gruesa de arcilla y otras dos capas, la primera estaba conformada de piedras de mediano tamaño y la segunda conformada de piedras más pequeñas. (PEÑA 2007, 5-6).
Todos estos métodos de construcción aplicados en la antigüedad, dieron paso al desarrollo de los procedimientos de
aislamientos de base actuales. El primer intento moderno por utilizar un sistema de aislamiento en edificaciones se dio en la Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje Yugoslavia, en 1969, mediante un método suizo denominado “aislamiento total de la base en tres direcciones utilizando vigas de caucho natural sin reforzar”. A partir de este edificio se empezó la experimentación, implementación y patentado de sistemas en los Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda. (PEÑA 2007, 5-6).
1.2. IMPORTANCIA DE LOS SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO EN UNA ESTRUCTURA.
Los sistemas de amortiguamiento son dispositivos que buscan reducir la energía que entra a una estructura durante un sismo. El efecto que se busca es que el suelo se mueva y la estructura permanezca esencialmente quieta. (Pontificie Universidad Católica de Chile).
Dispositivos de amortiguamiento:
2. AISLADO DE BASE ELASTOMÉRICO
2.1. DEFINICIÓN Los aisladores elastomericos son apoyos de forma de un cilindro o de un paralelepípedo, que están compuestos por capas alternadas de goma y por múltiples láminas de acero unidas entre sí por un proceso de vulcanización y en los extremos superior e inferior están acoplados planchas de acero anclados, los cuales van conectados a la estructura y a la cimentación. (Aguilar, Almazan, Dechent y Suarez 2008, 24).
2.2. CARACTERÍSTICAS.
Los apoyos elastoméricos presentan las siguientes características:
Es resistente a la corrosión(oxidación, carbonatación) y a al envejecimiento(UBA)
Soporta temperaturas que oscilan entre - 40 y 50 °C. (UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES)
2.3. PROPIEDADES ELÁSTICAS.
La flexibilidad horizontal se debe a la goma que hay entre dos láminas de acero, cuanto más gruesa sea será más flexible será el apoyo.
La rigidez vertical, es debido a las placas de acero que inhibe la expansión lateral de la goma que resulta de la presión vertical((Aguiar, Almazan, Dechent y Suarez 2008, 24)
3. COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA CON AISLADO DE BASE ANTE UN MOVIMIENTO SÍSMICO.
En el siguiente diagrama se muestra dos edificios antes de un movimiento sísmico, uno de ellos empotrado al terreno y el segundo con los apoyos elastoméricos.
Ahora veamos el comportamiento de los edificios ante un movimiento sísmico. El edificio de la izquierda muestra un cambio de forma de un rectángulo a un paralelogramo, lo cual indica que el edificio se está deformando. El edificio aislado en la base mantiene su forma original, forma rectangular, siendo los aisladores los que se deforman.
Experimentos y observaciones de edificios con aislamiento en la base en terremotos muestran una reducción en la aceleración del edificio a una cuarta parte de la aceleración de edificios empotrados en la base. La aceleración disminuye porque el
sistema de aislamiento en la base alarga el periodo de vibración del edificio, el tiempo que toma al edificio en desplazarse de un lado a otro. En general, estructuras con periodos largos de vibración aceleración tienden a reducir la aceleración y viceversa (UNIVERSIDAD DE LOS ANDES- BOGOTÁ)
B. MARCO CONCEPTUAL.
Para el siguiente trabajo de investigación se debe tomar en cuenta las siguientes definiciones:
GOMA: material que resulta de la combinación de diversos elastómeros y otros aditivos químicos.
V. HIPÓTESIS Y VARIABLES- HIPÓTESIS.
El aislado de base elastomerico amortiguara las ondas sísmicas en las edificaciones.
- VARIABLES.i. VARIABLE INDEPENDIENTE: EL AISLADO DE BASE
ELASTOMÉRICO
DEFINICIÓN CONCEPTUALDispositivo de amortiguamiento, compuesto por goma y láminas de acero.
DEFINICIÓN OPERACIONALEs un dispositivo, que tiene flexibilidad en la horizontal y rigidez en la vertical.
INDICADORESCantidad de movimiento que se puede observar en la estructura al someter a un movimiento sísmico
ii. VARIABLE DEPENDIENTE: LAS ONDAS SÍSMICAS EN LAS EDIFICACIONES
DEFINICIÓN CONCEPTUALLas ondas sísmicas son las vibraciones en las que se dispersa la energía a partir de un foco(epicentro o hipocentro).
DEFINICIÓN OPERACIONALMovimiento de la superficie terrestre
INDICADORESCantidad de daños ocasionados en las edificaciones
VI. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.A. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
TIPO: cuantitativoDISEÑO DE INVESTIGACIÓN: investigación experimental
B. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS- TÉCNICA: observación personal, observación con medios
electrónicos.- INSTRUMENTO: hoja de registro.
MAQUETA SIN EL AISLADOR MAQUETA CON EL AISLADOR
LECTURA
OBSERVACIONES
C. PLAN DE RECOPILACIÓN DE DATOSETAPA I:
- Someter a movimientos nuestras maquetas de edificios.ETAPA II:
- Tomar las lecturas del movimiento sísmico en las maquetas, estas lecturas lo vamos a hacer con un dispositivo electrónico.
- Tomar nota de las observaciones, de lo que va sucediendo.
D. PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.a) FORMA DE PROCESAMIENTO.
- Las lecturas hechas por el dispositivo electrónico comparar las lecturas y ver si ha existió algún cambio.
- Hacer una comparación de las observaciones realizadas.
b) PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN Y LOS RESULTADOS.
-
c) CONTRASTACIÓN DE LA HIPÓTESIS.-
VII. CRONOGRAMA
N° Actividad Periodo en que se desarrollará
desarrollo
ETAPA DE PLANEAMIENTO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN1 Recopilación de ideas 8 de agosto Finalizado
2Elección del tema y revisión bibliográfica
Del 9 al 12 de agosto Finalizado
3 Elección del título12 al 15 de
agosto Finalizado
4 Formulación del problema15 al 21 de
agosto Finalizado
5Exposición del proyecto (primera parte)
22 de agosto Finalizado
6 Objetivos (general y específicos)22 al 25 de
agosto Finalizado
7 Elaboración del marco teórico22 al 25 de
agosto Finalizado
8 Hipótesis y variables25 al 29 de
agosto Finalizado
9 Cronograma del proyecto29 de agosto al 3
de setiembre Finalizado
10 Bibliografía4 y 5 de
setiembre Finalizado
11Exposición del proyecto (segunda parte)
11 de setiembre Finalizado
ETAPA DE DESARROLLO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
12 Elaboración del plano13 al 19 de setiembre Falta
13 Adquisición de materiales20 y 21 de setiembre Falta
14 Diseño de los apoyos de gomaDel 25 al 29 de
setiembre Falta
15Construcción de maquetas de edificios
Del 1 al 3 de octubre Falta
16Construcción de la mesa vibradora
Del 19 al 20 de octubre Falta
17 Prueba experimental 21 de octubre Falta
18Exposición del proyecto (tercera parte)
17 de octubre Falta
VIII. PRESUPUESTO.El presupuesto para el desarrollo de la investigación:
MATERIALESUNIDAD MEDIDA COSTO UNITARIO S/. CANTIDAD SUB TOTAL
PLANCHAS DE TRIPLAY m2 25 2 50LISTONES DE MADERA DE 2m m 10 2 20CLAVOS DE 1 pulg. kg. 5 1/4 1.3CLAVOS DE 2 pulg. Kg. 5 1/2 2.5SILICONA Und. 8 1 8SILICONA EN BARRAS Und. 1 3 3SIERRA (STANLEY) Und. 5 1 5
COSTO TOTAL 89.8
IX. BIBLIOGRAFÍA.
- Antonio Francisco Peña Mora. 2007. Análisis sísmico plano de estructuras con aisladores elastomericos.
- Roberto Aguiar Falconi, José Luis Almazan, Peter Dechent, Vinicio Suarez. Aisladores de Base Elastomericos y FPS
- UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES- PONTIFICIE CATÓLICA DE CHILE- UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DE BOGOTA- UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CHILE