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SISTEMAS MODERNOS DE
PROTECCIÓN SÍSMICA
ING. PERCY TORRES ARIAS
LISTA DE TEMAS
1. TERREMOTOS – PROBLEMA MUNDIAL
2. DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
3. SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCION SÍSMICA
4. AISLAMIENTO DE LA BASE
5. DISIPADORES DE ENERGIA
TERREMOTOS
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Los terremotos se producen por el movimiento de las placas tectónicas que forman el planeta.
Cada vez que se libera la energía acumulada por el movimiento de las placas tectónicas se
produce un sismo.
Actividad Sísmica mundial entre 1977 - 1994
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Los terremotos no matan personas, las edificaciones sí.
Daños causados por el terremoto en Changchun, China, en Noviembre del 2013
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Edificio de oficinas destruido durante el terremoto de Haití en
2011. Se calculan en total unos 200,000 muertos.
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
El terremoto de Haití se debió a la acumulación de energía en la placa
Caribeña
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Los costos tanto en vidas humanas como en términos de dinero son abrumadoras después de
un terremoto.
Pérdida económicas debido a
terremotos entre 1970 - 2005
Víctimas ocasionadas por los
terremotos entre 1960 - 2004
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Gracias a las observaciones instrumentales en los últimos 50 años, ahora es posible
determinar cuantos terremotos anuales se producirán y de que grado en escala de RICHTER
serán.
Frecuencia Promedio Anual de Terremotos
según su magnitud
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
La escala de Richter es una escala logarítmica, lo que implica que el aumento de grados sigue
una progresión logarítmica, no aritmética ni geométrica.
Magnitud VS Movimiento y Energía
La escala Ritcher mide la cantidad de Energía
liberada en el hipocentro de un sismo
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Además de la frecuencia de sismos, otro problema, producto de la globalización, es el aumento de
población urbana en ciudades emplazadas en zonas sísmica.
Principales aglomeraciones en el mundo
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
De las súper megaciudades, sólo Sao Paolo se ubica en una zona no sísmica. El 79% de
megaciudades están emplazadas en zonas sísmica.
NEW YORK
MEXICO DF
SAO PAOLO
SEOUL
TOKYO
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Terremoto en México DF
en 1985
Terremoto en Pisco, Perú
en 2007
Terremoto en Curanipe,
Chile en 2010
TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL
Terremoto en
Tabanli, Turquía en
2011
Terremoto en
Nepal en 2015
Terremoto en de
Sichuan, China,
en 2008
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
La metodología de diseño sismorresitente clásica sugiere que la propia estructura es la
responsable de disipar la energía sísmica.
Título Presentación
ACELERACION DEL SUELO
Superficie de Ruptura en
SUPERFICIE DE RUPTURA EN PROPAGACIÓN
Propagación
“SISMO”
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
Deformaciones
Elásticas
Ee
Energía de Vibración
Elástica
Ei
Deformaciones
Inelásticas
Irrecuperables
Eh
Energía Histerética
TERREMOTO
Ev
Energía de
amortiguamiento
Amortiguamiento
Añadido
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
En el diseño sismorresistente convencional, los
elementos estructurales tales como vigas, columnas,
placas, arriostres, losas y otros tratan de disipar le
energía sísmica de entrada.
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
Por las limitaciones económicas, las estructuras no pueden disipar energía sólo en el rango
elástico ante sismos moderados y severos.
Por esa razón los códigos de diseño admiten incursiones inelásticas ante sismos moderados y
severos, evitando el colapso.
Zonas donde usualmente se esperan rótulas
plásticas
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
Por lo tanto bajo las normas de diseño sismorresistentes actuales es de esperar deformaciones
inelásticas ante sismos moderados y severos
DEFORMACION INELASTICA = DAÑO ESTRUCTURAL
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
En su forma mas sencilla este daño es producido por el desplazamiento relativo de entrepiso.
Debido a la vibración el daño no estructural también es considerable
DESPLAZAMIENTO = DAÑO
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
Tabla 5: Objetivos de desempeño sísmico recomendado para
estructuras (SEAOC Vision 2000 Commitee, 1995).
Nivel de Desempeño
Movimiento
Sísmico de
Diseño
Totalmente
Operacional
Sismo Frecuente
1
Operacional Seguridad
0
0
Próximo al
colapso
0
Sismo Ocasional
2
1
0
0
Sismo Raro
3
2
1
0
Sismo Muy Raro
0
3
2
1
0 : Desempeño Inaceptable
1 : Estructuras Básicas
2 : Estructuras Esenciales /
Riesgosas
3 : Estructuras Criticas
Tabla 4: Movimientos Sísmicos de Diseño
(SEAOC Vision 2000 Commitee,1995).
Movimiento
Sísmico de
Diseño
Intervalo de
Ocurrencia
Probabilidad
de excedencia
Frecuente
43
50% en 30 años
Ocasional
72
50% en 50 años
Raro
475
Muy raro
950
10% en 50 años
10% en 100
años
DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS
En síntesis, en el enfoque convencional de diseño sismo resistente la misma estructura absorbe
toda la energía generada por el sismo
SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCION
SÍSMICA
Los sistemas modernos de protección sísmica básicamente son de 2 tipos:
• Aislamiento de la base
• Disipadores de Energía
Edificio con base aislada del suelo
Amortiguadores fluido viscosos en pórtico de un
edificio
AISLAMIENTO DE LA BASE
El sistema de aislamiento de la base permite que la superestructura este “aislada” de la
cimentación por medio de ciertos dispositivos, que reducen el movimiento sísmico transmitido
a la estructura.
AISLAMIENTO DE LA BASE
CIMENTACION
ENERGÍA SÍSMICA
La estructura principal esta empotrada
en el suelo. Por tanto la cimentación se
mueve con la misma aceleración del
suelo.
AISLAMIENTO DE LA BASE
En un edificio sin aislamiento, las aceleraciones de los
pisos y deformaciones de entrepiso dañan al edificio y al
contenido.
ENERGÍA SÍSMICA
AISLAMIENTO DE LA BASE
El aislamiento de la base disminuye los efectos
sísmicos en edificios y otras estructuras, protegiendo
los elementos estructurales, no estructurales e
inclusive el contenido.
AISLADORES
VIDEO 1
ENERGÍA SÍSMICA
AISLAMIENTO DE LA BASE
Los aisladores, al estar hechos de un material de poca rigidez lateral se desplazan horizontalmente
disipando energía y reduciendo las cargas sísmicas que ingresaran a la estructura.
MOVIMIENTO
DEL SUELO
DEFORMACIÓN DEL AISLADOR A
CAUSA DEL MOVIMIENTO DEL SUELO
VIDEO 2
AISLAMIENTO DE LA BASE
El sistema de aislamiento “flexibiliza” la
estructura al crear un piso blando. Por tanto
aumenta el periodo (T) de la estructura.
En el espectro típico de seudo-aceleraciones, a más
período le corresponde menos pseudoaceleración, por
lo tanto menos daño y FUERZA SÍSMICA.
AISLAMIENTO DE LA BASE
Debido al aumento de periodo, el
desplazamiento total aumenta, pero el
desplazamiento relativo de piso disminuye
dramáticamente.
En el espectro de pseudodesplazamientos observamos
que el aumento de periodo trae consigo un aumento de
desplazamiento total.
VIDEO 3
AISLAMIENTO DE LA BASE
AISLAMIENTO DE LA BASE
Ventajas:
•
Disminuye la aceleración en el edificio
•
Disminuye el desplazamiento de entrepiso
•
Disminuye las fuerzas cortantes en los elementos
verticales (columnas)
•
Reducen en 6 a 8 veces a energía sísmica que
llega a la estructura.
•
SIN AISLAMIENTO
CON AISLAMIENTO
Baja vibración
AISLAMIENTO DE LA BASE
Aplicaciones:
•
En estructuras nuevas
•
En reforzamiento de estructuras
•
Estructuras
importantes
como
:
hospitales,
centros de emergencia, condominios, museos y
puentes.
•
Cuando se usa en edificaciones es recomendable
usarlo en estructuras de baja o mediana altura.
DISIPADORES DE ENERGÍA
Son usados a nivel mundial como elementos de protección sísmica. Su función
principal es mejorar el desempeño sismorresistente de las edificaciones a través de
la disipación de energía en zonas focalizadas.
DISIPADORES DE ENERGÍA
La incorporación de disipadores de energía reducen
las vibraciones aumentando el amortiguamiento
de la estructura.
Amortiguamiento Concreto 5%
Amortiguamiento Concreto 8%
VIDEO 4
DISIPADORES DE ENERGÍA
Los disipadores pueden incrementar entre el 20 – 40% de amortiguamiento de la
estructura. Este efecto reduce la pseudoaceleración y por consiguiente la fuerza
sísmica.
DISIPADORES DE ENERGÍA
La instalación de los disipadores o amortiguadores es relativamente sencilla,
usualmente se usan los nudos de los pórticos para fijar los disipadores.
VIDEO 5
DISIPADORES DE ENERGÍA
Ventajas:
•
Disminuye la aceleración en el edificio
•
Disminuye el desplazamiento de entrepiso
•
Disminuye las fuerzas cortantes en los elementos
verticales (columnas)
•
Aumenta el amortiguamiento viscoso de la
estructura (20 – 40%).
•
Baja vibración
REFERENCIAS
ASCE 2010. ASCE 7-10: Minimum design load for building and other structures. American Society of Civil
Engineers, Reston, VA.
Kit Miyamoto, Hideki. Probalistic Seismic Risk Identification of Steel Building with Viscous Dampers.
Tokyo Institute of Technology, Mayo 2010.
M.Determan, Lon; J. S. Gilani, Amir; Kit Miyamoto, H. Seismic Retrofit of a Concrete Framed High-Rise
Historic Building Using Supplementary Damping.
Miyamoto International, Inc. Structural and Earthquake Engineers – West Sacramento, CA.
Jenn-Shi Hwang. Seismic Design of Structures with Viscous Dampers. International Training Programas
for Seismic Design of Buildings Structures.
Wei Liu, Mai Tong, George C. Lee. Simple procedure for preliminary design of structural dampers. 13th
World Conference of Earthquake Engineering. Vancouver, B.C.,Canada. August 1-6,2004. Paper No.2021.
Villareal Castro, Genner y Oviedo Sarmiento, Ricardo. Edificaciones con Disipadores de Energía. Libro
Premio Nacional ANR 2008. Lima, Perú 2009.
Morales, Roberto y Oviedo, Ricardo. Analisis Inelástico y control de la respuesta sísmica de Edificios
utilizando disipadores de Energía.
CONTACTO
Percy Omar Torres Arias
Teléfono : 614-1717
[email protected]
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