Aisladores sísmicos

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

AISLADORES SÍSMICOS EN EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO

ICA-2015

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AISLADORES SÍSMICOS EN EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO

PRESENTADO A: MsC. Ricardo Oviedo Sarmiento

ELABORADO POR: Bautista Yupanqui Jhon Guzmán Garibay Brenda Huasasquiche Tasayco Pepe Laura De La Cruz Yoel Pérez García Neiser DISEÑO SISMORRESISTENTE ICA-2015

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INDICE RESUMEN__________________________________________________3 DESCRIPCIÓN______________________________________________4 1. INTRODUCCIÓN_________________________________________5 2. MARCO TEÓRICO_______________________________________6 2.1. AISLACIÓN SISMICA______________________________________________6 2.2. DISPOSITIVOS PARA AISLACIÓN SISMICA_______________________7 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3.

AISLADORES CON NÚCLEO DE PLOMO (LRB)___________________________7 AISLADORES ELASTOMÉRICOS CONVENCIONALES_____________________7 AISLADORES DESLIZANTES____________________________________________9

3. METODOLOGÍA________________________________________13 3.1. MODELO ESTRUCTURAL________________________________________13 3.2. ANALISIS DINÁMICO TH DE ESTRUCTURA CONVENCIONAL___14 3.2.1. 3.2.2.

MODELO ESTRUCTURAL PARA ADTH__________________________________14 RESULTADOS ADTH__________________________________________________15

3.3. CÁLCULO DE CARÁCTERISTICAS DEL AISLADOR______________16 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3.

CONSIDERACIONES__________________________________________________16 CALCULO DE LA CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS.______________________17 CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO DE DISEÑO_________________________18

3.3.4. CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MÁXIMO__________________18

4. RESULTADOS___________________________________________22 4.1. ANALISIS DINÁMICO TIEMPO-HISTORIA_______________________22 4.1.1. 4.1.2. 4.1.3. 4.1.4.

PERIODOS Y FRECUENCIAS___________________________________________22 DERIVAS DE ENTREPISO______________________________________________23 ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS_____________________________________23 BALANCE DE ENERGÍA_______________________________________________23

4.2. COMPARACIÓN DE EDIFICIO CONVENCIONAL, CON DISIPADORES Y CON AISLADORES.__________________________________24 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.

DERIVAS DE ENTREPISO______________________________________________24 ESFUERZOS EN ELEMENTOS_________________________________________24 ACERO DE REFUERZO________________________________________________25

5. CONLUSIONES_________________________________________26 6. RECOMENDACIONES___________________________________27 7. BIBLIOGRAFÍA_________________________________________28

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RESUMEN Como trabajo de investigación, se propone comparar la respuesta estructural de una edificación convencional cuyo uso es de oficinas, frente a sus similares pero con la implementación de disipadores y aisladores. Se dan los pasos necesarios para el cálculo de los aisladores elastoméricos, para el cálculo de estos aisladores se han usado resultados previos obtenidos en trabajos anteriores. Al final del trabajo se muestra la comparación de los resultados, de la respuesta de la estructura frente a un acelerograma peruano.

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DESCRIPCIÓN ANTECEDENTES Los eventos sísmicos son un fenómeno natural que nos ha acompañado desde siempre y que inevitablemente nos seguirá acompañando en el futuro, esta afirmación tiene su base en que como es sabido la distribución de los sismos en el mundo no es igualitaria, existen lugares donde estos eventos se concentran más, ya sea en cantidad como en intensidad, Perú está ubicado en una de las regiones sísmicamente más activas del mundo, ya que se ubica prácticamente sobre una gran falla geológica, la interacción entre la placa sudamericana y la de nazca, como ejemplo de esto nuestro país tiene una frecuencia en terremotos 3 veces más alta que Japón, que es el país que le sigue y durante el periodo sísmico que se extiende desde el fin del siglo XVI hasta el presente, un sismo de magnitud 8 ha ocurrido en promedio cada 10 años. Prácticamente todos ellos han provocado pérdidas humanas y económicas considerables, además del miedo e inseguridad en las personas. Como se puede ver ésta natural característica pasa a ser parte de la “personalidad” de nuestro país conllevando que los niveles

de

vulnerabilidad y exposición debidos a los efectos de los sismos sea alto. OBJETIVOS Comparar la respuesta estructural a través de ciertos parámetros, incluyendo probables daños sísmicos de una estructura convencional, en una estructura con disipadores de energía y una estructura similar con aisladores de base. ALCANCES 

Compararemos la respuesta estructural de un edificio con la implementación de aislación sísmica de base, con aisladores de base elastoméricos y núcleo de plomo.

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1. METODOLOGÍA 1.1. MODELO ESTRUCTURAL Las dimensiones y características de los elementos del modelo estructural escogido para la presente investigación se detallan a continuación1.

1 Este modelo ha sido utilizado en trabajos previos. pág. 5

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 1.2. ANALISIS DINÁMICO TH DE ESTRUCTURA CONVENCIONAL 1.2.1. MODELO ESTRUCTURAL PARA ADTH Para la presente investigación se ha realizado un análisis dinámico lineal tiempo historia de la estructura sin disipadores, para obtener los resultados que serán usados en el diseño de los disipadores viscosos. El registro sísmico usado para el análisis es el correspondiente el componente N-E del sismo de Lima de 1966, este ha sido escalado debidamente para ajustarlo a la máxima aceleración esperada, se muestra el registro sísmico y su respectivo espectro de aceleración para un amortiguamiento del 5%.

Para el análisis estructural de la edificación modelo se ha tenido en cuenta las siguientes características. pág. 7

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Las cargas y combinaciones de ellas, se han hecho de acuerdo al RNE-0.30, siendo el uso del edificio en mención para oficinas. 1.2.2. RESULTADOS ADTH 1.2.2.1. CONTROL DE DERIVAS POR PISO A continuación se muestra las derivas por piso obtenidos del ADTH, en azul se muestra la deriva elástica del edificio en la dirección X y en rojo las derivas elásticas correspondientes a la dirección Y

1.2.2.2.

ESFUERZOS MÁXIMOS

Se muestran los esfuerzos máximos en el primer piso. En los elementos estructurales.

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1.2.2.3.

CUANTÍAS DE ACERO EN ELEMENTOS

1.3. CÁLCULO DE CARÁCTERISTICAS DEL AISLADOR 1.3.1. CONSIDERACIONES

Usaremos estos datos para pre-dimensionar el aislador elastomérico. La carga por aislador la obtenemos del análisis estático con el metrado de cargas, hemos optado por tomar el valor más crítico de las cargas.

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La fuerza por aislador es de 91.26 1.3.2. CALCULO DE LA CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS. 2

KH =

2

4 π . W 4 π 91.26 = 2 2 TD .g 2 .9 .81

Calcularemos la rigidez horizontal para un periodo de 2s como es lo recomendado, luego la rigidez es

K H =¿ 91.81 tn/m

Para calcular el área del aislador tenemos.

[

]

De 2−Di2 W 91810 A=π , A= = =1020 cm2 4 σ ac 90

Luego tenemos

D e =¿ 37.39, usamos D =45.5cm e

Calculamos la capacidad final del aislador.

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A=

Q , Q=7.85 tn τy

1.3.3. CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO DE DISEÑO

1.3.4. CALCULO DEL DESPLAZAMIENTO MÁXIMO

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Calculamos G=

también

el

módulo

de

corte.

K H . H r 9181 x 10.8 = =9.7 kg / cm2 A 1020

Calculamos también la rigidez inicial y efectiva del aislador

K p=1.15

10.8 x 1020 =105.36 , K i=8 K p=842.48 10.80

Determinamos el valor del desplazamiento de fluencia, para calcular el valor de la fuerza de fluencia del dispositivo. Fy=400.84 ton/cm2 Calculamos la rigidez y frecuencia vertical ésta última debe ser mayor a 10Hz, la rigidez la calculamos con la siguiente fórmula

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Calculamos el módulo de compresión:

Ec=5421.1 kg/cm2 Luego la rigidez vertical total es. Kv=137109.44 ton/m La frecuencia así mismo: f=13.15 ok, es mayor a 10 Hz Con los datos obtenidos procedemos a efectuar el análisis en el software, para hacer la comparación de un modelo convencional y dos modelos con disipadores y aisladores. 

Modelo con disipadores de energía

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Modelo con aisladores de base

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2. RESULTADOS Los resultados obtenidos del análisis tiempo historia no lineal de la estructura con disipadores viscosos se muestran a continuación solo para el sismo en la dirección X.

2.1. ANALISIS DINÁMICO TIEMPO-HISTORIA 2.1.1. PERIODOS Y FRECUENCIAS

La edificación con disipadores tiene un periodo T=0.457

La edificación con aisladores tiene un periodo T=2.335 pág. 15

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 2.1.2. DERIVAS DE ENTREPISO

2.1.3. ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS

2.1.4. BALANCE DE ENERGÍA 2.1.4.1. ESTRUCTURA CON AISLADORES Los Aisladores de base elastoméricos toman hasta un 80% de la energía del sismo en la dirección de su colocación, esto en la dirección X del sistema estructural.

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2.2. COMPARACIÓN DE EDIFICIO CONVENCIONAL, CON DISIPADORES Y CON AISLADORES. 2.2.1. DERIVAS DE ENTREPISO A continuación se muestra el porcentaje de reducción de las derivas tomando como base a la edificación sin disipadores, se ve que se reducen los desplazamientos relativos hasta en un 67%.

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL 2.2.2. ESFUERZOS EN ELEMENTOS Se muestran también los esfuerzos y la reducción que tienen estos por la incorporación de disipadores viscosos en la estructura

2.2.3. ACERO DE REFUERZO

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