Protección Sísmica de Edificios Peruanos por Aislamiento .... DISEÑO... · Edificios Aporticados...
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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
DISEÑADO PARA SISMO 2500 AÑOS
Edificio antiguo ≤ TR= 500 años
SISMO 500 AÑOS
Edificios Vecinos
DISEÑADO PARA SISMO 2500 AÑOS
Edificio antiguo, podría no tener diseño sismorresistente o tal vez
sólo para TR= 500 años
Muros de Contención
DISEÑADO PARA SISMO 2500 AÑOS
SISMO 2500 AÑOS
MURO DISEÑADO PARA SISMO 500 AÑOS
DISPOSITIVOS
1. Ensayos 2. Variación de Propiedades 3. Proveedores en Perú
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
1. Ensayos 2. Variación de Propiedades 3. Proveedores en Perú
VARIACIÓN DE PROPIEDADES
Rango especificado…
Keff, máx. Keff, min. Keff, Nominal
VALOR REAL
ENVEJECIMIENTO
CONDICIONES AMBIENTALES
CONDICIONES DE ENSAYO
FABRICACIÓN
INFORMACIÓN DEL PROVEEDOR
DISPOSITIVOS
1. Ensayos 2. Variación de Propiedades 3. Proveedores en Perú
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
1.Se separan los muros de concreto adosados a los pórticos
2.Se flexibilizan algunas vigas del perímetro
…. Sintonización estructura – sistema de
aislamiento
Sintonización estructura – sistema de
aislamiento
AISLAR MUROS
1.Se separan los muros de concreto adosados a los pórticos
2.Se flexibilizan algunas vigas del perímetro
… 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
Periodo aislado "T" 3.5
Desplazamiento de diseño "DD" 19.8
Amortiguamiento @ DD 15.9%
Deriva max. (‰) 2.6
Aceleración máx. (g) 0.21
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
Periodo aislado "T" 3.7
Desplazamiento de diseño "DD" 20.7 cm
Amortiguamiento @ DD 15.10%
Deriva max. (‰) 2.5
Aceleración máx. (g) 0.19
PARÁMETRO
ALTERNATIVAS
AISLADORES ELASTOMÉRICOS +
DESLIZADORES
AISLADORES FRICCIONALES TRIPLES
AISLADORES FRICCIONALES
SIMPLES
Resumen de desempeño
INGENIERÍA DE VALOR
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
INGENIERÍA DE VALOR
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
INGENIERÍA DE VALOR
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!