SISTEMAS DE

PROTECCIÓN SÍSMICA

DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE USFX, UTO, UPSA, UPB – Bolivia

PROFESOR VISITANTE ULEAM – Ecuador

PROFESOR VISITANTE UPeU – Perú

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO, UPN

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

DISIPADORES DE FLUIDO VISCOSO

AISLADORES CON NÚCLEO DE PLOMO

DISIPADOR DE

FLUÍDO VISCOSO

SPS POR NORMA E030-2016

VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGÍA

VENTAJAS

TÉCNICAS

VENTAJAS

FUNCIONALES

VENTAJAS

ECONÓMICAS

Reducen los

desplazamientos de la

estructura.

Disipan entre un 20%

y 40% la energía

sísmica.

Reducen fuerzas de

diseño sísmico .

Ideales para

aplicaciones en

edificios nuevos y

también para

reforzamientos.

Estéticos.

Fácil montaje e

instalación.

Retornan a su posición

inicial luego de un

sismo severo.

• Calibración post

sismo.

• Permiten reducir

volumen de concreto y

acero con menores

espesores de placas,

columnas y vigas.

• Disminuyen daños en

equipamiento y

elementos

no estructurales.

EDIFICIO REDUCTO

PREMIO NACIONAL

ANR 2008

SISTEMAS CON DISIPADORES DE ENERGÍA

Disipadores de energía

Dependientes del

desplazamiento

Dependientes de

la velocidad

Dependientes del

desplazamiento y la velocidad

Viscosos Histeréticos

Fluido viscosos Fricción Plastificación

Viscoelásticos

Sólido Viscoelástico Fluido Viscoelástico

Flexión

Corte

Torsión

Extrusión

Fuente : Norma ASCE 7-10 / Cap.18 Disipador metálico ADAS

TAYLOR Y EL FUNCIONAMIENTO DE LOS DISIPADORES

Pistón Cilindro Fluido de Silicona

compresible

Cabeza del pistón

(con orificios)

Cámara 2 Cámara 3

Cámara 1

Cámara de estancamiento Fluido compresible

Entrada principal

Entrada Secundaria

Corte de un disipador viscoso

Detalle de la cabeza del pistón

Funcionamiento de los

disipadores viscosos

Factor de reducción de respuesta (B)

RELACION DAÑO-DERIVA SEGÚN METODOLOGIA HAZUS

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

Ace

lera

ción (

cm/s

2)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2

Periodo (s)

Pse

ud

o a

cele

raci

on

esp

ectr

al (

cm/s

2)

1RdiseñodeespectroEscalar

análisisdecasoimerPr

análisisdecasoSegundo

MODELAMIENTO DE LOS DISIPADORES

Rigidez del brazo metálico(K)

Coeficiente de amortiguamiento(C)

E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.

A: Área de la sección del brazo metálico.

L: Longitud del brazo metálico.

Se calcula en base a un amortiguamiento objetivo

Su valor se fija usualmente en 0.5 para viscosos

SAP 2000 / ETABS Modeling

CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO C

Ecuaciones del Fema 273 y 274

Seismic Design of Structures with

Viscous Dampers

ESCALAMIENTO DE ACELEROGRAMAS AL ESPECTRO DE DISEÑO

Tiempo (s) Vs Aceleración (cm/seg2)

Periodo (s) Vs Aceleración (cm/seg2)

Sismomatch versión 2.1.0

Nº Coeficiente de

amortiguamiento

(T.s/m)

Exponente de

amortiguamiento

Rigidez

(T/m)

Fluencia

(T)

Radio de

rigidez

post-

fluencia

Exponente

de fluencia

VD 10,85 0,5 54,25 - - -

VE 177,65 1,0 882,43 - - -

FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5

YD - - 2500 3,25 0,025 2,0

Edificio sin disipadores

Edificio con disipador viscoso

VERIFICACIÓN DEL COMPORTAMIENTO HISTERÉTICO

El comportamiento

histerético del disipador D6

no se ajusta al esperado .

Verificación de derivas

Se puede ver un ligero incremento

en los desplazamientos de cada

nivel, así mismo la deriva máxima

de entrepiso se incrementó 0.07‰,

lo cual demuestra que efectivamente

solo se requería de una arreglo

diagonal en el primer nivel en lugar

de un arreglo en doble diagonal.

0

1

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

Pis

os

VD SD VE FD YD

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinámicos

Mom

ento

fle

ctor

(T.m

)

Estos dispositivos fueron agrupados por sus niveles de fuerza para así poder ser

enviados a la fabricación (Tabla 85)

Disipadores

al fondo del

edificio

PRECIOS UNITARIOS DE LOS DISPOSITIVOS

Los disipadores viscosos Taylor tienden por lo general a presentar una baja

incidencia económica en el presupuesto total de los proyectos donde son

implementados.

CDV Representaciones, empresa importadora y comercializadora de productos

especializados para la construcción, es la representante de la marca Taylor en el

Perú. Para poder determinar el costo de cada disipador, esta empresa solicita la

siguiente información:

Además recomienda que para el diseño de los dispositivos se hayan tenido

en cuenta las recomendaciones del ASCE 7-10 (Capitulo18), y que los

registros tiempo historia empleados estén acorde a la realidad del proyecto(es

decir tomados en un suelo S3 – Chiclayo), señala que estos registros deben

de haber sido escalados adecuadamente al espectro de diseño (considerando

las condiciones de importancia, tipo de suelo, etc.)

Para este trabajo se tomaron en consideración las recomendaciones

señaladas; de esta manera para el cálculo de costos se cuenta con los

siguientes resultados del diseño.

4)Máximo Stroke

El máximo stroke es el desplazamiento máximo que obtenemos en los dispositivos,

este dato es empleado para el diseño de la cámara de acumulación.

Este valor se puede obtener evaluando las curvas hiteréticas de cada disipador, en

este caso, el máximo stroke se encuentra en el dispositivo 4 (ver figura180)

Por lo general el fabricante maneja un factor de seguridad estableciendo

usualmente el stroke en 5cm

6)Indicar la disposición del disipador (diagonal, doble diagonal, Chevron)

Disposición diagonal para los disipadores del primer nivel

Disposición doble diagonal para los disipadores del 2-5to nivel

7)Cantidad de dispositivos(ver tabla 85 - diapositiva 39)

En total 27 dispositivos, 6 de 110KIP y 21 de 165KIP

- Los precios incluyen capacitación/asesoría en obra para la correcta colocación y

montaje de los disipadores sísmicos.

- Los precios NO incluyen diagonales metálicas ni anclajes embebidos, ni ningún otro

accesorio metálico complementario.

- Los disipadores sísmicos cotizados cuentan con protección anticorrosiva para uso en

interiores.

-La Garantía del fabricante es de 35 años

- Cualquier cambio en las cantidades implicará un cambio en los precios.

-La validez de la oferta es de 30 días.

AISLADOR CON

NÚCLEO DE PLOMO

El proyecto "Edificio

Corporativo GyM“

(Miraflores - Lima),

consiste en la

construcción de un

edificio de oficinas, este

consta de 4 sótanos, 7

pisos y una azotea.

Datos técnicos:

Área techada:

17,233m2.

Área del terreno:

1,698.75 m2.

Núcleo de Plomo

El proyecto “Nuevo

Campus UTEC“

(Barranco - Lima),

consiste en la

construcción de un

edificio educativo, este

consta de 2 sótanos y 10

pisos.

Datos técnicos:

Área techada:

33,945,50 m2.

Área del terreno:

14,692.50 m2.

Inversión: 35 millones

El proyecto “Centro de

Información e

Investigación de la

FIC - UNI“ (Rímac -

Lima), consiste en la

construcción de un

edificio educativo, este

consta de 8 pisos.

Datos técnicos:

Área techada: 4,800

m2.

Núcleo de Plomo

El proyecto “Edificio

Multifamiliar Madre”

(Miraflores- Lima),

consiste en la

construcción de un

edificio de viviendas

multifamiliar, este

consta de 17 sótanos.

Datos técnicos:

Área total: 1200 m2

33 aisladores HDR

EDIFICIOS AISLADOS EN LIMA

.

Amortiguamiento efectivo

(% del crítico)

Coeficiente

MB

≤2 0,8

5 1,0

10 1,2

20 1,5

30 1,7

40 1,9

≥50 2,0

G = 0,4 a 0,7MPa

Fuerza Cortante Mínima para diseño de los elementos

X Y V estático 3749.146 3749.146

V dinámico 2504.789 2823.010 80% V estático 2999.317 2999.317

Nuevo factor de Escala

1.1974 1.0624

Verificación de resultados • Derivas de entrepiso:

Dirección X

Piso Altura Desp.

Der. Elásti.

Der. Inelás. Der.

Límite ¿Cumple? m mm Δ/h elástica

Δ/h inelástica

(‰)

Δ/h límite

(‰)

8 3.8 36.9680 1.2845 5.780 7 Si 7 3.8 32.0870 1.3795 6.208 7 Si 6 3.8 26.8450 1.4129 6.358 7 Si 5 3.8 21.4760 1.4258 6.416 7 Si 4 3.8 16.0580 1.3653 6.144 7 Si 3 3.8 10.8700 1.2124 5.456 7 Si 2 3.8 6.2630 0.9879 4.446 7 Si 1 5 2.5090 0.5018 2.258 7 Si

Base - 0 - - -

Dirección Y

Piso Altura Desp. Der. Elásti. Der. Inelás.

Der. Límite ¿Cumple?

m mm Δ/h elástica Δ/h inelástica

(‰)

Δ/h límite

(‰)

8 3.8 35.2900 1.3555 6.100 7 Si 7 3.8 30.1390 1.4095 6.343 7 Si 6 3.8 24.7830 1.4139 6.363 7 Si 5 3.8 19.4100 1.3813 6.216 7 Si 4 3.8 14.1610 1.2797 5.759 7 Si 3 3.8 9.2980 1.0892 4.901 7 Si 2 3.8 5.1590 0.8376 3.769 7 Si 1 5 1.9760 0.3952 1.778 7 Si

Base - 0 - - -

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

N°

de

Pis

o

Deriva Inelástica Δ ‰

Δ Límite

Δ CQC X

Δ CQC Y

Análisis Sísmico del Sistema Aislado en la Base

Parámetros Finales del Aislador LRB Unidad Aislador 1 Aislador 2 Total

TD seg 2.36 N° de Aisladores u 10 35 45

Rigidez Horizontal Keff KN / mm 2.526 1.838 89.59 Rigidez Vertical Kv KN / mm 2697.3 1602.76 83069.6 Amortiguamiento

Efectivo % 16.46% 16.78% 16.69%

DD mm 218 DTD mm 264

Energía Disipada ED KN mm 124136.91 92098.62 4464820.8 Fuerza Caracteristica Q KN 147.41 109.36 - Fuerza de Fluencia Fy KN 161.23 119.33 -

Rigidez Postfluencia Kp KN / mm 1.85 1.336 - Rigidez Elástica Ke KN / mm 18.5 13.36 -

Desplazamiento de Fluencia Dy

mm 7.47 7.46 -

Amortiguamiento Efectivo

KN s / mm 0.313 0.232 -

Relación Kp / Ke 0.1 0.1 -

Parámetros del Aislador LRB para ETABS

ф1 = 1000 ф2 = 850 Rigidez Vertical Kv KN / mm 2697.3 1602.76 Rigidez Horizontal

Keff KN / mm 2.526 1.838

Rigidez Elástica Ke KN / mm 18.5 13.36 Fuerza de Fluencia

Fy KN 161.23 119.33

Relación Kp / Ke 0.1 0.1 Amortiguamiento

Efectivo KN s / mm 0.313 0.232

Curva de Histéresis del Aislador

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

-300 -200 -100 0 100 200 300

Fuer

za (

KN

)

Dezplazamiento (mm)

Aislador ф1 = 1000 mm

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-300 -200 -100 0 100 200 300

Fue

rza

(KN

)

Dezplazamiento (mm)

Aislador ф2 = 850 mm

Modelamiento de los aisladores en ETABS

Vista en 3D

Espectro de Diseño

Espectro elástico R = 1, para verificar desplazamientos del sistema de aislamiento

Espectro inelástico R = 2, para verificar derivas de entrepiso de la estructura

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Sa/g

PERIODO T

ESPECTRO DE SISMO DE DISEÑO 10/50

EspectroE.030

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00

Sa/g

PERIODO T

ESPECTRO DE SISMO DE DISEÑO 10/50

EspectroE.030

• Fuerza Cortante (R=1)

• Fuerza Cortante (R=2)

Piso EQX (Tn) EQY (Tn) 8 251.900 267.432 7 667.627 697.632 6 1051.835 1083.408 5 1400.885 1422.341 4 1718.548 1721.033 3 2013.956 1992.494 2 2298.742 2252.722 1 2583.687 2516.599

Base 2859.512 2778.296

Piso EQX (Tn) EQY (Tn) 8 125.894 133.828 7 333.656 349.133 6 525.654 542.241 5 700.066 711.944 4 858.781 861.538 3 1006.367 997.520 2 1148.646 1127.875 1 1291.014 1260.029

Base 1428.838 1391.051

• Distorsiones de entrepiso (R=2):

Dirección X

Piso Altura Desp.

Desp. Inelás.

Der. Inelás. Der.

Límite ¿Cumple? m m m Δ inelástica Δ límite

8 3.8 0.198 0.396 0.07% 1.50% Si 7 3.8 0.197 0.393 0.13% 1.50% Si 6 3.8 0.194 0.388 0.19% 1.50% Si 5 3.8 0.190 0.381 0.26% 1.50% Si 4 3.8 0.186 0.371 0.32% 1.50% Si 3 3.8 0.179 0.359 0.38% 1.50% Si 2 3.8 0.172 0.344 0.42% 1.50% Si 1 3.8 0.164 0.328 0.41% 1.50% Si

Base - 0.156 0.313 - -

Dirección Y

Piso Altura Desp.

Desp. Inelás.

Der. Inelás. Der.

Límite ¿Cumple? m m m Δ inelástica Δ límite

8 3.8 0.207 0.414 0.12% 1.50% Si 7 3.8 0.204 0.409 0.19% 1.50% Si 6 3.8 0.201 0.402 0.27% 1.50% Si 5 3.8 0.196 0.391 0.35% 1.50% Si 4 3.8 0.189 0.378 0.42% 1.50% Si 3 3.8 0.181 0.362 0.48% 1.50% Si 2 3.8 0.172 0.344 0.53% 1.50% Si 1 3.8 0.162 0.324 0.51% 1.50% Si

Base - 0.152 0.305 - -

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018

N°

de

Pis

o

Deriva Inelástica Δ

Derivas de entrepiso

Dirección X Dirección Y

Der. Límite

• Verificación del desplazamiento del sistema de aislación (R=1)

Desplazamiento del sistema de aislamiento

EQX EQY DTD DTM 313.112 304.303 230.4 329.6

Podemos ver que los desplazamientos obtenidos del ADME usando R=1 son mayores respecto al desplazamiento total de diseño, pero son

menores a al desplazamiento total máximo.

1.- Sismo Ica 2007 N-S

2.- Sismo Ica 2007 (sin escalar) y Espectro objetivo

3.- Sismo de Ica 2007 escalado al espectro de diseño

• Verificación de derivas dirección X

EQX NS Piso ADME L66 L70 L74

8 0.07% 0.03% 0.07% 0.08% 7 0.13% 0.06% 0.13% 0.14% 6 0.19% 0.10% 0.19% 0.20% 5 0.26% 0.15% 0.24% 0.26% 4 0.32% 0.20% 0.29% 0.31% 3 0.38% 0.24% 0.31% 0.34% 2 0.42% 0.27% 0.26% 0.36% 1 0.41% 0.25% 0.16% 0.33%

El sismo de Lima 1974 es el que más se ajusta a las derivas del análisis dinámico modal espectral, por lo tanto será el sismo con el cual se verificarán los aisladores para el nivel de sismo máximo esperado (MCE).

EQY EO Piso ADME L66 L70 L74

8 0.12% 0.13% 0.05% 0.18% 7 0.19% 0.19% 0.08% 0.29% 6 0.27% 0.23% 0.12% 0.40% 5 0.35% 0.26% 0.17% 0.48% 4 0.42% 0.29% 0.21% 0.54% 3 0.48% 0.33% 0.24% 0.56% 2 0.53% 0.38% 0.28% 0.58% 1 0.51% 0.39% 0.27% 0.55%

• Se escala el sismo de Lima 74 para la condición máxima esperada (MCE)

• Se revisa los desplazamientos en la base

Link name

mm Link

name mm

Link name

mm Link

name mm

Link name

mm

K46 243.36 K56 243.436 K66 243.419 K76 243.334 K86 243.315 K47 243.392 K57 243.436 K67 243.419 K77 243.334 K88 243.308 K48 243.36 K58 243.436 K68 243.419 K78 243.334 K89 243.315 K49 243.392 K59 243.436 K69 243.419 K79 243.334 K90 243.315 K50 243.36 K60 243.436 K70 243.392 K80 243.334 K91 243.315 K51 243.392 K61 243.436 K71 243.392 K81 243.315 K52 243.36 K62 243.436 K72 243.36 K82 243.315 K53 243.392 K63 243.419 K73 243.36 K83 243.315 K54 243.36 K64 243.419 K74 243.334 K84 243.315 K55 243.392 K65 243.419 K75 243.334 K85 243.308

Podemos ver que en todos los aisladores se tiene un desplazamiento similar y se concluye que trabajan según lo esperado (en conjunto)

Se produce el máximo desplazamiento en el segundo 9.7

• Cortante en la base

Dirección X (Tn) Dirección Y (Tn)

Cortante en la base

ME Aislado ME Aislado 2504.7894 1428.838 2823.01 1391.051

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

ME X Aislado X ME Y Aislado Y

Cortante en la base (Tn)

• Desplazamientos en los centros de masa

ME Aislado Piso X Y X Y

8 0.16636 0.15881 0.395904 0.413592 7 0.14439 0.13563 0.393176 0.408866 6 0.12080 0.11152 0.388306 0.401592 5 0.09664 0.08735 0.380956 0.391382 4 0.07226 0.06372 0.371122 0.378256 3 0.04892 0.04184 0.358888 0.362378 2 0.02818 0.02322 0.344438 0.344046 1 0.01129 0.00889 0.328344 0.324012

Base 0 0 0.312912 0.30472

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pis

os

Desplazamientos X

ME X Aislado X

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Pis

os

Desplazamientos Y

ME Y Aislado Y

Podemos ver que en el sistema aislado tiene mayores desplazamientos en el centro de masa comparado con el sistema de muros estructurales que es de base fija

• Derivas

ME Aislado Piso X Y X Y

8 0.00578 0.00610 7.179E-05 1.244E-04 7 0.00621 0.00634 1.282E-04 1.914E-04 6 0.00636 0.00636 1.934E-04 2.687E-04 5 0.00642 0.00622 2.588E-04 3.454E-04 4 0.00614 0.00576 3.219E-04 4.178E-04 3 0.00546 0.00490 3.803E-04 4.824E-04 2 0.00445 0.00377 4.235E-04 5.272E-04 1 0.00226 0.00178 4.061E-04 5.077E-04

Base 0 0 0 0

¡MUCHAS GRACIAS!

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