SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA ING. PERCY TORRES ARIAS

Transcripción

1 SISTEMAS MODERNOS DE PROTECCIÓN SÍSMICA ING. PERCY TORRES ARIAS

2 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

3 TERREMOTOS

4 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

5 TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Los terremotos no matan personas, las edificaciones sí. Daños causados por el terremoto en Changchun, China, en Noviembre del 2013

6 TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Edificio de oficinas destruido durante el terremoto de Haití en Se calculan en total unos 200,000 muertos.

7 TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL El terremoto de Haití se debió a la acumulación de energía en la placa Caribeña

8 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 Víctimas ocasionadas por los terremotos entre

9 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

10 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

11 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

12 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 SEOUL TOKYO MEXICO DF SAO PAOLO

13 TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Terremoto en México DF en 1985 Terremoto en Pisco, Perú en 2007 Terremoto en Curanipe, Chile en 2010

14 TERREMOTOS - PROBLEMA MUNDIAL Terremoto en Tabanli, Turquía en 2011 Terremoto en Nepal en 2015 Terremoto en de Sichuan, China, en 2008

15 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 Propagación SUPERFICIE DE RUPTURA EN PROPAGACIÓN SISMO

16 DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Ee Deformaciones Elásticas Energía de Vibración Elástica Ei Eh Energía Histerética Deformaciones Inelásticas Irrecuperables TERREMOTO Ev Energía de amortiguamiento Amortiguamiento Añadido

17 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.

18 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

19 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

20 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

21 DISEÑO CONVENCIONAL DE EDIFICIOS Tabla 5: Objetivos de desempeño sísmico recomendado para estructuras (SEAOC Vision 2000 Commitee, 1995). Movimiento Sísmico de Diseño Totalmente Operacional Nivel de Desempeño Operacional Seguridad Próximo al colapso Sismo Frecuente Sismo Ocasional Sismo Raro Sismo Muy Raro 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 % en 50 años 10% en 100 Muy raro 950 años 0 : Desempeño Inaceptable 1 : Estructuras Básicas 2 : Estructuras Esenciales / Riesgosas 3 : Estructuras Criticas

22 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

23 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

24 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.

25 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.

26 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

27 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

28 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

29 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.

30 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

31 AISLAMIENTO DE LA BASE

32 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. Baja vibración SIN AISLAMIENTO CON AISLAMIENTO

33 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.

34 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.

35 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

36 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.

37 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

38 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

39 REFERENCIAS ASCE 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 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 Villareal Castro, Genner y Oviedo Sarmiento, Ricardo. Edificaciones con Disipadores de Energía. Libro Premio Nacional ANR Lima, Perú Morales, Roberto y Oviedo, Ricardo. Analisis Inelástico y control de la respuesta sísmica de Edificios utilizando disipadores de Energía.

40 CONTACTO Percy Omar Torres Arias Teléfono : percy.torres@cibertec.edu.pe torres.p@pucp.pe

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