Protección Sísmica de Edificios Peruanos por Aislamiento .... DISEÑO... · Edificios Aporticados...

Ing. Alejandro Muñoz Pelaez Gerente TECNCO PRISMA INGENIERIA

Profesor Principal PUCP

Miembro de los comités técnicos de normalización

ACTUALIDAD Y FUTURO DE LA

PROTECCIÓN SÍSMICA EN EL PERÚ

DISEÑO DE HOSPITALES CON AISLAMIENTO

SÍSMICO EN EL PERÚ

Lima - 2017

OBJETIVOS DE DESEMPEÑO

Antes de… Después

“ estén totalmente operativos

luego de un sismo fortísimo…”

“ Deseamos hospitales que…”

P V

V diseño= 0.20 P V elástico= 0.80 P

entonces Daño !!! (aún considerando sobrerresistencia) 4

V diseño= 0.25 Velástico = ( U/R) V elástico

U = 1.5 R = 6

TR (años)

100

Desempeño en Edificaciones Aisladas

SIN DAÑO

1000

DAÑO LIGERO

DAÑO LIGERO

475 2475

SIN DAÑO

Siempre Ok

Sistema de Aislamiento siempre OK

“ Deseamos ir…”

“Deseamos para nuestros hospitales…”

Materializar Objetivos en Procesos y

Restricciones (Derivas, aceleraciones, etc.)

“Deseos e Ingeniería…”

Traducir Deseos en Objetivos de Desempeño

…

LIMA – PERÚ

2016

…

NTE.030: Hospitales Aislados en Zonas 4 y 3

…

LIMA – PERÚ

201X

SISMOS PERUANOS Y SISTEMAS DE AISLAMIENTO

Máx = 0.6 g

Northridge, USA 1994

Máx = 0.17 g

DF, México 1985

PGA= 0.49 g

Talca, Chile 2010

PGA= 0.18g

Lima, Perú 1974

OTROS…

REGISTROS DE AMERICA DEL SUR…

Nuestros Sismos: Alta frecuencia, bajos

desplazamientos

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 3 6 9 12 15

Am

plit

ud

de

Fou

rier

Frecuencia (Hz)

Perú, Lima 1974

f=3.3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 3 6 9 12 15

Am

plit

ud

de

Fou

rier

Frecuencia (Hz)

Chile, Talca 2010

f=3.0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 3 6 9 12 15

Am

plit

ud

de

Fou

rier

Frecuencia (Hz)

México, DF 1985

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 3 6 9 12 15

Am

plit

ud

de

Fou

rier

Frecuencia (Hz)

USA, Nortdrige 1994

f=1.3 f=0.5

ALTAS FRECUENCIAS BAJOS DESPLAZAMIENTOS

Espectros Peruanos de Aceleraciones

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

T (seg.)

Sa (g)

Norma 2016

≈ 1 g

… de Desplazamientos

≈ 25 cm

NO !!!

Los Sismos Peruanos tienen bajas demandas de

desplazamientos… ENTONCES…

0

10

20

30

0 1 2 3 4

T seg

Sd (cm)

…NO NECESITAMOS ACOMODAR GRANDES DESPLAZAMIENTOS!!!... Y POR TANTO…

ENTONCES…

𝑫 𝑻𝑴

…Y POR TANTO…

… Podemos emplear MUCHOS tipos de dispositivos

EN NUESTROS EDIFICIOS.

TE OFRESCO…

..UN SEGURO DE VIDA QUE

TE CUBRE

60 AÑOS..

..UN SEGURO DE VIDA QUE

TE CUBRE

120 AÑOS.. … OK! … NO LO NECESITO!!

TE OFRESCO…

..UN AISLADOR ESTABLE HASTA

60 CM

..UN AISLADOR ESTABLE HASTA

120 CM

… OK! … NO LO NECESITO!!

En suelos extremadamente blandos (S4 de la NTE 030)

Estudios de Sitio:

imprescindible

Concepción, CHILE 2010 DF, MÉXICO 1985

Control del Daño, Deriva y Aceleración

Daño estructural

∆máx

h

Daño Deriva (‰) para Edificios Aporticados modernos

Bajo Moderado Extensivo Completo

2.5 5.0 15.0 40.0

Daño en el Contenido

Control de las Aceleraciones de piso

a máx.

Daño – Sa prom. (g) (Edificios modernos)

Bajo Moderado Extensivo Completo

0.3 0.6 1.2 2.4

Sa prom.

DISEÑO

1. Sintonía Superestructura y Sistema de Aislamiento

2. Control del Amortiguamiento 3. Control del Entorno!!!

1. Sintonía Superestructura y S. de Aislamento

El edificio aislado es un

sistema dinámico

cuyas componentes

(superestructura y

sistema de

aislamiento) necesitan

armonizarse.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Sa (

g)

T (s)

T. Aislado T. Fijo

El Sistema es efectivo sólo si los periodos Aislados

y de Base fija están suficientemente separados

Con frecuencia se debe manejar la rigidez de la

estructura y del sistema de aislamiento para lograr

efectividad

El manejo de “LOS PERIODOS” sólo puede hacerse en

simultáneo por un ingeniero estructural con conocimiento

de los rangos de propiedades de los dispositivos en el

mercado y con conocimiento de nuestras demandas

sísmicas

“V”

El trabajo de V es

la Energía que

ingresa a la

superestructura

(EI)

2. CONTROL DEL AMORTIGUAMIENTO

Fuerza lateral “V”

…

-60

-40

-20

0

20

40

60

-300 -200 -100 0 100 200 300

D

SISTEMA 1

SISTEMA 2

V

A mayor amortiguamiento del

sistema de aislamiento, mayor

trabajo sobre el edificio y por

tanto mayores derivas y

aceleraciones en la

superestructura

3. Control del Entorno

Inmunidad Estructural

El Talón del Sistema de Aislamiento

La superestructura de un edificio aislado es menos resistente y menos rígida que la de un edificio convencional

Si el sistema de aislamiento se bloquea los

daños en el edificio sería muy fuertes.

Juntas de Separación

SISMO 2500 AÑOS

Pequeños o grandes deslizamientos

DISEÑADO PARA SISMO 2500 AÑOS

TALUD ESTABLE PARA SISMO 1000

AÑOS

SISMO 2500 AÑOS

Edificios Vecinos


Edificio antiguo ≤ TR= 500 años

SISMO 500 AÑOS

Edificios Vecinos


Edificio antiguo, podría no tener diseño sismorresistente o tal vez

sólo para TR= 500 años

Muros de Contención


SISMO 2500 AÑOS

MURO DISEÑADO PARA SISMO 500 AÑOS

DISPOSITIVOS

1. Ensayos 2. Variación de Propiedades 3. Proveedores en Perú

𝑫𝑻𝑴 (2500 AÑOS)

P máx. (2500 años)

ENSAYOS PROTOTIPO

2 DISPOSITIVOS POR TIPO

≈ 𝟑𝟓 𝒄𝒎 VERIFICACIÓN DE PROP. EFECTIVAS

ENSAYOS PROTOTIPO

P máx. (2500 años)

𝑴𝑪𝑬 ≈ 𝟑𝟓 𝒄𝒎

𝑫𝑻𝑴 (2500 AÑOS)

2 DISPOSITIVOS POR TIPO

VERIFICACIÓN DE PROP. EFECTIVAS

𝑫𝑩𝑬 ≈ 𝟐𝟎 𝒄𝒎

𝑫𝑻𝑫 (500 AÑOS)

P máx. (500 años)

ENSAYOS DE PRODUCCIÓN

100% DE DISPOSITIVOS

VERIFICACIÓN DE PROP. EFECTIVAS

… A la hora de realizar los ensayos…

¿ENSAYOS DE PROTOTIPOS EN LABOTARORIOS

INDEPENDIENTES ? SERÍA MEJOR!!

DISPOSITIVOS


VARIACIÓN DE PROPIEDADES

Rango especificado…

Keff, máx. Keff, min. Keff, Nominal

VALOR REAL

ENVEJECIMIENTO

CONDICIONES AMBIENTALES

CONDICIONES DE ENSAYO

FABRICACIÓN

INFORMACIÓN DEL PROVEEDOR

DISPOSITIVOS


3. Proveedores de Dispositivos

PROYECTOS DE EDIFICIOS AISLADOS, PRISMA INGENIEROS

CLIENTES

… PROYECTOS DE EDIFICIOS AISLADOS, PRISMA INGENIEROS

PROVEEDORES DE DISPOSITIVOS

INGENIERÍA DE VALOR EN EL DISEÑO

DEL SISTEMAS DE AISLAMIENTO

1. Desarrollo de múltiples alternativas con un

desempeño similar

2. Propiedades de los dispositivos con Rango de valores

que permita múltiples proveedores

1. Múltiples Alternativas de solución

Tipo de Dispositivos

Elastoméricos sin plomo + Deslizadores

Elastoméricos con Plomo + Deslizadores

Péndulos Friccionales Triples

Péndulos Simples

Deriva < …

Aceleración < …

Rango Basado en Desempeño y no en preferencias de proveedores!

2. Diseño que permita un rango amplio de productos

Kmáx

Kmín ξmín

ξmáx

Proveedores:

P1: ….

P2 : ….

P3 : …

P4 : …

P1

P3 P2

P4

𝑫𝒆𝒓𝒊𝒗𝒂 𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 ≈ 𝟑 ‰ 𝒑𝒆𝒓𝒎𝒊𝒕𝒊𝒅𝒂

Ingeniería de Aislamiento y Ética

Múltiples Proveedores:

P1: ….

P2 : ….

P3 : …

P4 : …

Proveedor único:

P3

Diseño que permite : Diseño que permite :

!?

…

Más proveedores pueden concursar

Mejor para el Estado

INGENIERÍA DE VALOR

Caso 1:

Nuevo edificio INEN

….

• 9 PISOS

• 3 SÓTANOS

10 Pisos aislados

Nivel de Aislamiento

Muro de contención

SISMO MCE (cada 2500 AÑOS) Estructura Aislada

Estructura Fija

Objetivos de desempeño

• Deriva máxima: 3 ‰ • Aceleración máxima: 0.2g

• Interface de Aislamiento -> ok!

Para el sismo máximo, Tr = 2500 años:

Estructura de concreto armado

Muros de 60 cm.

Losa de 60 cm.

Muros de 20 a 60 cm adosados a la

estructura en el 1° nivel aislado

Tracciones de 300 Ton en los dispositivos

1.Se separan los muros de concreto adosados a los pórticos

2.Se flexibilizan algunas vigas del perímetro

Solución: Sintonización estructura –

sistema de aislamiento



…. Sintonización estructura – sistema de

aislamiento

Sintonización estructura – sistema de

aislamiento

AISLAR MUROS



… Sintonización estructura – sistema de

aislamiento

Origen de la tracción en dispositivos

AXIAL DE SISMO

AXIAL DE GRAVEDAD SISMO

AXIAL DE SISMO

AXIAL DE GRAVEDAD SISMO

Eliminación de la tracción

Reducción del

Peralte en vigas

Desempeño del edificio con tres

alternativas de provisión

• A1: Péndulos de fricción triples • A2: Péndulos de fricción simples o dobles • A3: Aisladores LRB + deslizadores

A1: Péndulos de fricción triples

FPT15636/20-16/14-8

Average Triple Pendulum Properties at Quality Control Test Load

Properties f1 f2 f3 L1 (mm.) L2 (mm.) L3 (mm.) D (mm.) Shear(W) Teff (sec.) Damping Keff(kn/mm/kn) EDC(W)

Upper Bound DBE 0.02 0.04 0.07 610 4115 7620 159 0.073 2.96 0.331 0.000460 0.948

Lower Bound MCE 0.005 0.025 0.055 610 4115 7620 257 0.071 3.82 0.255 0.000276 1.151

EPS Proposed Nominal 0.01 0.03 0.06 610 4115 7620 166 0.064 3.23 0.284 0.000385 0.747

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

-300 -200 -100 0 100 200 300

La

tera

l/V

ert

ica

l

HORIZONTAL DISPLACEMENT (mm)

A1: Constitutiva global con TFP

Parámetro Valor

Periodo aislado "T" 3.2

Desplazamiento de diseño "DD" 16.6

Amortiguamiento @ DD 28.4%

Deriva max. (‰) 4.2

Aceleración máx. (g) 0.27

A1: Constitutiva global con TFP - final

Parámetro Valor


Desplazamiento de diseño "DD" 19.8




A3: Propuesta con elastoméricos

A3: Propuesta con elastoméricos

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250

F. L

ATE

RA

L (T

ON

)

DESPLAZAMIENTO (mm)

CONSTITUTIVA GLOBAL DEL SISTEMA

Parámetro Valor


Desplazamiento de diseño "DD" 20.7 cm




PARÁMETRO

ALTERNATIVAS

AISLADORES ELASTOMÉRICOS +

DESLIZADORES

AISLADORES FRICCIONALES TRIPLES

AISLADORES FRICCIONALES

SIMPLES

Resumen de desempeño


Caso 2:

Hospital de la Policía Nacional del Perú

HOSPITAL DE LA POLICÍA NACIONAL DEL PERÚ

HOSPITAL DE LA POLICÍA NACIONAL DEL PERÚ

28,000 m2 de área construida 213 DISPOSITIVOS

BLOQUE HOSPITALARIO

DESEMPEÑO LOGRADO ….

Aceleraciones máximas = 0.28g

Deriva máxima = 2.8/1000

Rangos Para el Control de

Daño…

Control del Daño…

Deriva vs Rigidez & Amortiguamiento

Daño en contenidos

Control de daños en E.N y contenidos

Control del Daño…

Aceleración de piso vs Rigidez & Amortiguamiento


Caso 3:

Hospital de Llata - Huánuco

HOSPITAL DE LLATA

15,000 m2 de área construida 93 AISLADORES

HOSPITAL DE LLATA

HOSPITAL DE LLATA

MUROS DE CONTENCIÓN MUY ALTOS PARA 2500 AÑOS EN VOLADO (NO HAY ESPACIO PARA TALÓN)

DOS SÓTANOS FIJOS + AIS SUP.

SISMO 2500 AÑOS

HOSPITAL DE LLATA

2 PISOS

4 PISOS AISLADOS

2 PISOS

2 SOT


Caso 4:

Hospital de Ilave - Puno

HOSPITAL DE ILAVE

11,000 m2 de área construida 110 DISPOSITIVOS

Una sola plancha de aislamiento…

…5 BLOQUES SOBRE ELLA

HOSPITAL DE ILAVE - CORTE

INTERFAZ DE AISLAMIENTO

HOSPITAL DE ILAVE - PLANTA

CONFIGURACIÓN GLOBAL EN PLANTA

BLOQUES AISLADOS

BLOQUE FIJO (1 PISO)

3 PISOS 3 PISOS

2 PISOS 2 PISOS

2 PISOS

88 metros

70 metros

MODELO 3D INTEGRAL

DISTRIBUCIÓN DE DISPOSITIVOS:

+ 𝑷𝑬𝑺𝑶 ⇒ + 𝑹𝑰𝑮𝑰𝑫𝑬𝒁

− 𝑷𝑬𝑺𝑶 ⇒ − 𝑹𝑰𝑮𝑰𝑫𝑬𝒁

…

AISLADORES + DESLIZADORES

AISLADORES

DESLIZADORES

DESEMPEÑO…

𝑇𝑦 ≈ 2.9 𝑠𝑒𝑔.

𝑇𝑥 ≈ 2.9 𝑠𝑒𝑔.

𝐷𝑒𝑟𝑖𝑣𝑎𝑚𝑎𝑥 = 3 ‰

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 0.25𝑔

CONCLUSIONES

EL DISEÑO DE LOS EDIFICIOS AISLADOS:

DEBE garantizar la continuidad de los servicios hospitalarios durante y luego de

sismos de gran magnitud DEBE desarrollarse independientemente de las marcas de dispositivos DEBE expresarse en rangos de propiedades aceptables DEBE permitir la libre competencia de los proveedores DEBE asegurar la inmunidad del sistema de aislamiento a posibles

obstrucciones de la interface de aislamiento

muchas gracias!

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