metodologia final
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proyecto de investigacion de tesis sobre ailadores sismicosTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA
FACULTAD DE ARQUITECTURA, INGENIERÍA CIVIL Y DEL AMBIENTE
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“COMPORTAMIENTO EN EDIFICIOS DE ALTURA CONSIDERABLE, BAJO CARGAS SÍSMICAS CON
AISLADORES SÍSMICOS Y DISIPADORES SÍSMICOS EN LA PROVINCIA DE AREQUIPA”
ALUMNOS:
MENDOZA MENDOZA ADOLFO.
MONTESINOS CORNEJO RONNY.
PINARES ALFARO JEHU.
SURI CAYAPALO BRYAN.
VALDIVIA VIZCARDO YANINO.
AREQUIPA – PERU
2015
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ÍNDICE
Introducción..................................................................................................3CAPITULO 1: PLANTEAMIENTO TEORICO.....................................4
1. Enunciado............................................................................................42. Descripción del problema....................................................................4
2.1. Campo y area
2.2. Nivel de investigacion
2.3. Tipo de investigacion
2.4. Análisis de las variables
3. Justificación.......................................................................................104. Marco Teórico....................................................................................12
4.1. Marco Conceptual
4.2 Antecedentes de la Investigación
5. objetivos de la investigación..............................................................255.1. Objetivo General
5.2. Objetivos Específicos
6. Hipótesis............................................................................................26CAPITULO 2: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL........................26
1. Técnicas De Investigación.................................................................262. Instrumentos De Investigación..........................................................283. Campo De Verificación.....................................................................29
3.1. Ámbito
3.2. Población Y Muestra
4. Estrategia De Recolección De Datos.................................................34BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................35
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INTRODUCCIÓN
En los últimos años la ingeniería sísmica en todo el mundo ha enfocado
muchos de sus esfuerzos para investigar e incorporar nuevos métodos para
mejorar la seguridad de las personas en las comunidades más vulnerables.
Entre estos, los sistemas pasivos de disipación de energía para el diseño y
reforzamiento de estructuras han tomado gran auge, gracias a la ayuda de la
dinámica estructural, actualmente existen muchas estructuras construidas
en varios países más propensos a la amenaza sísmica. La Provincia de
Arequipa no está excluida a esta problemática ya que esta en escenario de
frecuentes eventos sísmicos de magnitudes variables; nos queda claro
entonces que los sismos no se pueden evitar solo podemos lidiar con sus
efectos. El presente proyecto de investigación tiene la finalidad de dar a
conocer los principales beneficios de aislantes y disipadores sísmicos en la
construcción de estructuras y edificios, dando a conocer algunas
características de éstos como el funcionamiento. En consecuencia, para
mejorar el comportamiento de ciertas edificaciones ante un evento sísmico
conviene considerar un sistema de aislamiento que modifique las
características dinámicas de la estructura, para que puedan soportar
mayores cargas sísmicas, menores daños a las estructuras y finalmente
brindar mayor seguridad hacia las personas ante desastres naturales como
los sismos.
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CAPITULO 1: PLANTEAMIENTO TEORICO
1. ENUNCIADO
Comportamiento en edificios de altura considerable, bajo cargas sísmicas
con aisladores sísmicos y disipadores sísmicos en la provincia de Arequipa.
2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
La Provincia de Arequipa se encuentra en una zona de alta actividad
sísmica, denominada el círculo de fuego del pacífico, por lo que se requiere
especial atención al construir. Debido a esto, existe el reglamento nacional
de edificaciones, que limita la altura de edificios y la estructuración de
estos.
Los sismos son la principal causa del colapso de estructura en el mundo,
por lo que se han desarrollado diferentes técnicas para mitigar sus efectos,
siendo el material más utilizado el concreto armado, conformado por
concreto (agregado fino, agregado grueso, agua y cemento) y barras de
acero, destinados a soportar efectos de compresión y tracción; flexión,
corte y torsión. A pesar de todos estos sistemas y sus previsiones de carga,
la ingeniería sísmica continua encontrando fallos, ya sea por la inadecuada
interpretación de normas o por el carácter impredecible de los sismos, es
por esto que se toman otras previsiones, especialmente en nuestro país, que
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no tiene muchas tecnologías sismorresistentes, las construcciones están
limitadas a una forma, altura y configuración determinadas.
Estas limitaciones estructurales impiden la construcción de edificios
atractivos visualmente y eficientes en espacio, creando así problemas
demográficos.
Según las disposiciones técnicas de las normas peruanas de
sismorresistencia, los elementos estructurales que mejor resisten los
sismos, son las placas (elementos verticales de gran rigidez), además del
método tradicional de aporticado (columnas y vigas), el principal medio de
disipación de energía sísmica de estos sistemas, es a través del movimiento
del edificio, es decir, permiten que el edificio se mueva durante el sismo,
evitando así que los esfuerzos generados por las fuerzas sísmicas, no se
concentren en la estructura. Este sistema antisísmico es efectivo, pero el
movimiento generado, sobre todo en los pisos más altos, provoca pánico en
las personas que se encuentren dentro del edificio, provocando accidentes.
Los sistemas de aislamiento y disipación sísmica no reemplazan a los
sistemas tradicionales de concreto armado, sino que los complementan,
disipando la energía producida por el sismo aislando la estructura del suelo
o generando el movimiento en estructuras diagonales a los pórticos.
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Aún no existen pruebas del funcionamiento de estos dispositivos a bajas
temperaturas o en ciudades de una altitud considerable, por lo que se
deberá también investigar su funcionamiento bajo estas condiciones.
Además no se cuenta con un proveedor nacional de estos dispositivos, por
lo cual deberán ser importados de otros países.
El principal problema del uso de los aisladores y disipadores es crear un
mercado en nuestro país, para que puedan considerarse como una
alternativa en el control de sismos y para que puedan ser más accesibles
económicamente.
La capacitación a profesionales del rubro de la construcción, así como a
operarios técnicos y peones, está sujeta a cambios para poder incluir
sistemas nuevos en el proceso de construcción, sin embargo, las mismas
técnicas con algunas variaciones en los cálculos se vienen enseñando desde
la aparición del concreto armado, requiriéndose especializaciones y
estudios en el extranjero para poder adicionar estas nuevas técnicas. ¿Por
qué se debería utilizar aisladores y disipadores sísmicos en Arequipa?
¿Cómo funcionan los aisladores y disipadores sísmicos?
¿Cuáles son las ventajas del uso de los aisladores y los disipadores
sísmicos?
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¿Cuál es la viabilidad del uso de estos dispositivos en la Provincia de
Arequipa?
2.1 CAMPO Y ÁREA
- Área : Ingeniería y Tecnología.
- Sub-área : Ingeniería Civil.
- Disciplina : Ingeniería Estructural.
2.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN
La presente investigación es de carácter explicativo, su principal objetivo
es explicar el funcionamiento de aisladores y disipadores en una
edificación, notando los beneficios que estos le dan a la estructura para
evitar daños materiales y humanos.
Además busca explicar las condiciones a las que se verían expuestos estos
dispositivos en nuestra Provincia y cómo afectaría esto en su
funcionamiento.
A través de esta investigación, se explicara como la energía de un sismo es
disipada mediante dispositivos sísmicos diagonales entre los sistemas de
pórticos, y como se aísla la estructura del suelo, aminorando el movimiento
generado en la edificación.
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Así explicando el funcionamiento de estos dispositivos, se podrán entender
el comportamiento de una estructura de gran altura complementada por
aisladores y como ayudan a minimizar los daños estructurales, explicando
tanto el comportamiento ante un sismo de características lineales y no
lineales.
2.3 TIPO DE INVESTIGACIÓN
La investigación es de tipo no experimental, ya que las variables serán las
mismas a través del análisis; a su vez es de tipo transversal, ya que se
recolectaran datos solo cuando una edificación sea sometida a cargas
sísmicas, ya sea con o sin dispositivos sísmicos. Buscando obtener
resultados como cuanto es la carga máxima que puede soportar los edificios
cuando están sometidas a fuerzas sísmicas con aisladores y disipadores
sísmicos, mas no compararlos entre sí, obteniendo solo los beneficios de
todos como conjunto.
La presente investigación solo recolectara datos en momentos precisos,
cuando se produzca un sismo, y se puedan analizar las fallas en los
edificios utilizando los dispositivos de aislación sísmica.
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2.4 ANÁLISIS DE LAS VARIABLES
VARIABLES INDICADORES FUENTES
Comportamiento
bajo cargas sísmicas
Periodo de oscilación
Resistencia a la
flexión y corte
Flexibilidad
Pruebas y ensayos
Libros y web
Consultas a
ingenieros
estructuralistas
Edificios de altura
Considerable con
aisladores y
disipadores sísmicos
Materiales de
construcción.
Altura del edificio
Uso del edificio
Costos de aisladores y
disipadores sísmicos
Calidad de aisladores
y disipadores sísmicos
El diseñador
Planos
Dueño del edificio
Productores,
revistas, internet
Consultas a
especialistas
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3. JUSTIFICACIÓN
El uso de estos dispositivos de mitigación sísmica es importante, ya que
estos no solo reducen el daño en las estructuras, sino que además disipan la
energía que transmiten los sismos en los edificios, que de otra manera, sería
disipada mediante el movimiento de estas estructuras. Así estos
dispositivos, también aminoran el movimiento en edificios producido por el
sismo, evitando así el pánico excesivo de las personas dentro del edificio y
previniendo posibles accidentes.
Mediante la utilización de disipadores y aisladores, se podrán construir
edificios de mayor tamaño, reduciendo el riesgo de colapso y fallas
estructurales al mínimo, mitigando la acción de los sismos en estas
edificaciones. Al aumentar el número de edificios de tamaño considerable,
se podría solucionar el problema demográfico que tenemos en la ciudad,
generando más lugares de vivienda y de trabajo en la ciudad.
Además del adicionamiento de nuevas técnicas de mitigación sísmica, este
proyecto de investigación generaría un nuevo auge en la construcción y
10
atraería la inversión a Arequipa, lo cual traería consigo grandes beneficios
económicos a toda la región.
La información obtenida a través de esta investigación, podrá ser usada
para adaptar los aisladores y disipadores sísmicos a las condiciones
geográficas y climáticas de nuestra Provincia, ya que se realizará estudios
de su funcionamiento en condiciones extremas y recomendaciones técnicas
para su uso bajo estas condiciones. Se busca incluir modelos de aislamiento
y disipación al hacer el análisis y diseño de estructuras, adecuando el
material estructural normalmente usado, el concreto, a los requerimientos
técnicos y estructurales de estos. Queremos que los aisladores y disipadores
sísmicos, sean una de las principales alternativas para la ingeniería
antisísmica en la Provincia de Arequipa y además que brinde como apoyo
en el análisis, modelamiento y diseño de edificios de gran altura.
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4. MARCO TEÓRICO
4.1 MARCO CONCEPTUAL
4.1.1 Riesgo Sísmico.
Es común que se trate de manera indistinta los términos Peligro Sísmico y
Riesgo Sísmico, por lo cual, es importante hacer una diferenciación entre
éstos. El peligro sísmico se refiere al grado de exposición que un sitio dado
tiene a los movimientos sísmicos, en lo referente a las máximas
intensidades que en él pueden presentarse y el riesgo sísmico es una
medida que combina la peligrosidad sísmica, con la vulnerabilidad y la
posibilidad de que se produzcan en ella daños por movimientos sísmicos en
un período determinado. (Meli P. y Bazán E., 2008).
La sismicidad de nuestro país se concentra especialmente en el sur y está
dominada fundamentalmente por la interacción entre las placas oceánicas
de Sudamérica y la placa de Nazca, sobre la cual se encuentra muy Cerca
de la Provincia de Arequipa.
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En la Provincia de Arequipa, se tiene la experiencia de varios terremotos en
los que el peligro sísmico y el riesgo sísmico juegan un papel digno de
consideración. El 21 de junio de 2003 se presentó un sismo de magnitud
7.9 grados en la escala de Richter, cuyo epicentro se ubicó en el distrito de
Ocoña una distancia de 50 kilómetros de la Ciudad de Arequipa. El cual
causó la que muchas construcciones colapsen, dejan al descubierto las
fallas estructurales. Lo que indica que el peligro sísmico de la Provincia de
Arequipa era bajo en comparación con el riesgo sísmico que presentaba
(relativamente alto) debido a la respuesta de los suelos lacustres sobre los
cuales está construida la Cuidad. (Suárez y Reynoso, 2010)
Las observaciones del movimiento sísmico del suelo, muestran que las
ondas sísmicas sufren una amplificación en las arcillas blandas de entre 8 y
50 veces respecto de las amplitudes observadas en CU (el cual se encuentra
sobre roca firme). El fenómeno de amplificación dinámica de las ondas
sísmicas explica por qué la Provincia de Arequipa es mucho más
vulnerable a los fenómenos sísmicos que otras ciudades ubicadas a
distancias comparables del epicentro de un gran temblor. (Suárez y
Reynoso, 2010)
Lo que posiblemente debemos esperar en el futuro es un terremoto
originado en el Pacífico. Debido a que en una zona de las costas de
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Arequipa, no se han producido sismos de gran magnitud desde 1911,
por lo tanto es razonable pensar que si no han tenido lugar un
temblor en los últimos años en un segmento de falla geológica, eso
se debe a que la energía se sigue acumulando y tendrá que liberarse
eventualmente en forma de un gran terremoto. Finalmente, las
experiencias de los sismos de Chile, Haití y Japón en los dos últimos
años abren una serie de interrogantes importantes sobre la respuesta
de las estructuras en la provincia de Arequipa. Es por ello que el
desarrollo de los sistemas de aislamiento sísmico de naturaleza
friccionante podría ser un punto de partida hacia el mejoramiento de
las construcciones actuales y de las futuras.
4.1.2 Aislamiento Sísmico
El concepto de aislamiento sísmico ha tenido la connotación de protección
contra terremotos desde hace más de 100 años. Sin embargo, pese a su
antigüedad, en la actualidad son relativamente pocas las estructuras que los
utilizan. Hoy en día este concepto presenta un avance significativo y se
trabaja en la práctica ingenieril en estructuras que por su importancia y
tamaño justifican su implementación como una alternativa de resistencia
sísmica. A continuación se presenta una breve cronología de los
acontecimientos que dieron lugar a los sistemas de aislamiento actuales. El
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primer sistema de aislamiento implementado en una edificación, fue el que
se utilizó en la Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje, Yugoslavia, en
1969. Este aplicaba un método Suizo denominado “asilamiento total de la
base en tres direcciones” utilizando vigas de caucho natural sin reforzar,
para aumentar su periodo fundamental de vibración (Kelly, 1990)
En 1970 un número importante de puentes fueron construidos usando
sistemas de aislamiento sísmico. Esto, debido a que por su simplicidad
estructural, los puentes son particularmente vulnerables a un colapso
cuando están sujetos a terremotos. Por lo cual, las fuerzas sísmicas en estas
estructuras puede ser reducida modificando de forma adecuada el periodo
fundamental de la estructura, alejándolo del periodo del terreno y el de los
sismos típicos de la zona. O bien, incrementando la capacidad de disipación
de energía (Kunde y Janid, 2003)
Posteriormente, un sistema sencillo de aislamiento mediante apoyos de
goma fue usado en una escuela de tres niveles, en la pequeña ciudad de
Lames C. Marseilles, en Francia. (Kelly, 1990) El primer edificio con
aisladores de base construido en Estados Unidos, fue el del centro de
justicia del condado de San Bernandino, California, y fue diseñado para
resistir el sismo máximo creíble del sitio. Hoy en día Japón, Estados
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Unidos, Italia, Nueva Zelanda y China son los países que más han aportado
al desarrollo de estas técnicas, (Robinson, 1998)
En nuestro país se han aplicado, principalmente, disipadores pasivos
basados en deformación plástica, en especial dispositivos de tipo ADAS.
Estos dispositivos ADAS, por estar compuestos de láminas delgadas de
acero común (A36 entre otros), y por tener una geometría sencilla de
manejar, se han convertido en una opción llamativa y económica dentro de
la práctica de la ingeniería nacional.
4.1.3 Tipos Aisladores Sísmicos Estructurales
Los aisladores sísmicos utilizados en la base de una estructura, son
dispositivos adicionales al sistema estructural, que entran en acción cuando
ocurre un sismo. Es decir, son colocados entre la cimentación y la
superestructura con el objetivo de disipar parte de la energía a la que está
sujeta la estructura durante movimiento sísmico. En general, los
dispositivos más comunes empleados para el aislamiento sísmico en la base
de una estructura son aisladores constituidos por elastómeros reforzados o
de caucho natural con núcleos metálicos, amortiguadores o elementos
flexibles y aisladores friccionan es del tipo: deslizantes o basculantes.
a) Aisladores De Elastómeros.
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Los aisladores de elastómeros y los de caucho natural están
compuestos por una serie de láminas de elastómeros o de caucho
adheridas entre sí, intercaladas o no con láminas metálicas (tipo
sándwich), con el fin de proveer capacidad para soportar cargas
verticales y horizontales para confinar el núcleo que, por lo general,
es de plomo (Revista EIA 2006)
Los efectos de aislamiento en este tipo de sistemas se producen no
por la absorción de la energía sísmica sino por la desviación a través
de la dinámica del sistema (Kelly, 1997)
Los apoyos elastoméricos son rígidos en la dirección vertical y
flexible en la dirección horizontal. A la fecha, estos sistemas han
sido implementados principalmente para aislar la vibración de la
estructura y en menor cuantía para protección sísmica.
b) Aisladores Flexibles Y Amortiguadores.
En el caso de los aisladores flexibles, la disipación de energía ocurre
por el incremento del período de vibración de la estructura,
alejándola del período de vibración natural del suelo. Los
amortiguadores se utilizan para disminuir la sensibilidad del sistema
a ciertas vibraciones del suelo y la vulnerabilidad a pulsos largos que
ocurren en registros cercanos al epicentro del sismo. (Bozzo, 2001)
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Los tipos de amortiguadores más utilizados como complemento a los
sistemas de aislamiento son los amortiguadores metálicos Los
aisladores, como elementos flexibles, trabajan en el rango elástico y
los amortiguadores, como elementos rígidos, presentan
comportamiento elastoplástico. Eso hace que la energía sísmica sea
balanceada por amortiguamiento (Dargusth and Soong, 1997).
c) Aisladores Fricciónantes
El principio de los aisladores sísmicos por fricción se basa en el
aislamiento en la interfaz suelo-cimentación, es decir, la
superestructura es aislada parcialmente del movimiento sísmico al
introducir una interfaz entre la cimentación y la base de la estructura.
Así, el sistema de aislamiento cambia el período fundamental de la
estructura y disipa energía. (Botero, 2004)
En cuanto a los aisladores de fricción se cuenta con los apoyos
deslizantes y los apoyos basculantes tipo péndulo de fricción. Los
apoyos basculantes consisten en una base cóncava sobre la que se
colocan un patín esférico articulado y una platina de cubierta. La
base cóncava tiene la función de restaurar la posición original del
sistema, mientras que las superficies deslizantes, esferas, disipan
energía por fricción. El movimiento que se produce en el dispositivo
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durante la acción de un sismo es similar al movimiento de un
péndulo.
(Oviedo A.J. y Duque, 2006)
Es por eso que de una estructura complementada con un sistema de
control de respuesta sísmica se espera que no sufra los mismos daños
que una estructura convencional.
4.1.4 Flexibilidad De La Estructura
La influencia de la flexibilidad en el comportamiento sísmico de los
edificios, es un factor que es indispensable considerar en el análisis de
estructuras aisladas en la base (Botero y Romo, 2003, 2004).
Esta influencia tiene que ver con la respuesta dinámica modal de la
estructura de base aislada ante el efecto de las cargas dinámicas generadas
por los desplazamientos relativos durante el deslizamiento en la interfaz.
Generalmente, cuando se analizan edificios de base fija, esta flexibilidad se
estudia utilizando un modelo de un grado de libertad, entonces las fuerzas
inerciales generadas por los desplazamientos laterales se pueden expresar
como productos de las masas por sus aceleraciones lineales (Meli P. -
Bazán E., 2008).
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4.1.5 Disipadores Sísmicos
Los desplazamientos relativos generados en cada elemento de la estructura
en conjunto con la incidencia de la variación de la fricción durante las fases
de cadencia y deslizamiento (debido a la velocidad relativa y longitud de
desplazamientos) además de los efectos cinemáticos, influencian de manera
global en la contribución a los modos de vibración.
Matsagar y Janid, 2004, han investigado también el papel que juega los
disipadores en el comportamiento de una estructura de base aislada. En sus
estudios, encontraron que la aislación sísmica de la estructura es
concentrada principalmente en el nivel de aislamiento y que se desarrolla
un incremento substancial en la aceleración en el último nivel a la par del
crecimiento del periodo fundamental de la estructura, lo que implica que
las aceleraciones en la superestructura pueden subestimarse si se ignora la
flexibilidad y se modela la estructura como rígida. Notaron también que si
la aceleración se incrementa en la superestructura, esto no tiene una
influencia significativa en la magnitud de los desplazamientos obtenidos.
El efecto de variar la configuración estructural y la distribución de las
masas se ha analizado también en Botero (2004), en donde se compara la
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energía que pasa del plano de deslizamiento a los modelos utilizados (uno
flexible y otro rígido) ambos con características equivalentes de área de la
base, peso del modelo y fricción entre los materiales, y se ha observado
menor pérdida de energía en el modelo rígido respecto a la del modelo
flexible. El incremento en la magnitud de los desplazamientos en los
modelos flexibles es significativamente mayor que en el modelo rígido, los
cuales son de 3 a 5 veces superiores, lo que indica que la inercia de la masa
influye en la transferencia de energía. Estos resultados servirán de apoyo
para analizar los efectos de la flexibilidad en las pruebas hechas en este
estudio, que precisamente tiene su importancia en la configuración
adoptada para el modelo rígido y flexible. (Matsagar y Janid, 2004).
4.2 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Las investigaciones sobre aisladores y disipadores sísmicos tienen como
origen, la necesidad de aminorar los daños a estructuras y suprimir las
pérdidas humanas.
El concepto de aislación sísmica ha sido desarrollado desde hace más de
100 años; en sus inicios fue usado sobre puentes (principios del año 1970)
y en edificios (finales del año 1970) sin embargo, recién en los últimos 40
años se ha ido difundiendo para ser aplicado de forma práctica y sólo en los
últimos 15 años su aplicación se ha ido incrementando de forma
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exponencial por el buen desempeño que presentaron los pocos edificios
aislados ante los sismos.
En el año 1909 J.A. Calantarients del Reino Unido le escribió una carta al
Director del servicio sismológico de Chile, en la cual, afirmaba que un
edificio esencial podía construirse en un país sísmico con total seguridad si
es que había una junta entre la base de la estructura y el suelo rellena de un
material fino (arena, mica o talco) que le permitiese deslizarse durante el
evento sísmico; esto hace que las fuerzas horizontales transmitidas a la
estructura se reduzcan y como consecuencia no colapse. A lo que el
investigador hacía referencia era un concepto primitivo de aislación
sísmica.
El inglés John Milne, quien fue profesor de Ingeniería de Minas en la
Universidad de Tokyo entre 1876 y 1895, realizó varios experimentos de
aislación sísmica: instrumentaba una estructura aislada sísmicamente y la
sometía a un movimiento sísmico. En 1885 escribió un reporte
describiendo su primer experimento a la Asociación Británica de Avance
de la Ciencia. En ese primer experimento, la estructura estaba construida
sobre unas esferas de deslizamiento de 10 pulgadas de diámetro; sin
embargo, aparentemente el edificio no tenía un buen desempeño frente a
cargas de viento así que volvió a realizar el ensayo varias veces hasta que
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determinó que para esferas de diámetro de ¼ de pulgada la estructura se
volvía estable para cargas de viento.
En el último siglo se han buscado diversos mecanismos que sirvan para
desacoplar a la estructura del suelo con el objetivo de reducir las fuerzas y
como consecuencia los daños. En 1996 James M. Kelly se da a conocer tres
ejemplos de los primeros edificios aislados. Dos de ellos fueron construidos
sobre esferas: un edificio en Sevastopol, Ucrania y un edificio de cinco
pisos en México; y el tercero, un edificio de cuatro pisos para el
observatorio sismológico del estado de Beijing sobre una capa de arena.
Así mismo, los primeros registros del impacto causados por los terremotos,
tienen una antigüedad de 3000 años en China, y en Europa y Japón de 1600
años. La investigación a fondo de cómo prevenir daños causados por
sismos, se da en California en la década del 50, así mismo sismos como los
de Chile en los años 1960 y 1985, cambiaron la forma en la que los sismos
eran tomados. Los primeros aisladores sísmicos fueron desarrollaron por
ingenieros japoneses, en 1985 y se fueron perfeccionando y adaptando a las
condiciones de otros lugares.
En el caso de Sudamérica, Chile ha sido uno de los primeros países en
incorporar aisladores sísmicos a sus estructuras. Entre los edificios
actualmente aislados en Chile se tiene: un bloque del conjunto habitacional
Comunidad Andalucía construido entre los años 1991 y 1992 para un
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estudio hecho por la Universidad Católica de Chile, l centro médico San
Carlos de Apoquindo de la Universidad Católica de Chile construido en el
año 2000 y el Hospital Militar inaugurado en el año 2008.
El presente trabajo se utilizó algunas investigaciones anteriores sobre
sismología y la utilización de dispositivos antisísmicos, para entender
mejor algunos conceptos; a continuación se señalan algunos aspectos
metodológicos utilizados en nuestra investigación.
4.2.1 ANÁLISIS DE EDIFICIOS CON AISLADORES SÍSMICOS
MEDIANTE PROCEDIMIENTOS SIMPLIFICADOS; Saavedra
Quezada, Marcelo Andrés.
Comparación del comportamiento lineal y no lineal de edificios sometidos
a carga sísmica con disipadores y aisladores sísmicos, utilizando métodos
de modelamiento estructural simplificados, con las siguientes
características: simetría simple y doble en planta, continuidad de elementos
estructurales axiales, sin cambios de rigidez en cada piso de la estructura y
con ejes de vigas coincidentes con los ejes de columnas.
El objetivo de esta memoria de título es validar un procedimiento
simplificado de análisis sísmico de estructuras con aislación sísmica
sometidas a un comportamiento lineal y no lineal, la metodología se basa
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en realizar un análisis sísmico plano sobre 2 tipologías de edificios
estructuradas en base a muros de corte de 15 y 20 pisos de altura.
Se obtendrán las respuestas dinámicas (amplitudes modales,
desplazamiento de la base y de todos los niveles) de las estructuras
planteadas para 8 registros sísmicos. Luego de obtenida la respuesta
sísmica correspondiente, se procederá a validar este procedimiento
realizando una comparación de los resultados obtenidos con los resultados
proporcionados por el programa ETABS.
4.2.2 PROTECCIÓN DE UNA EDIFICACIÓN EXISTENTE CON
DISIPADORES DE ENERGÍA; Morales Díaz, Luisa Josefina;
Contreras Balbaro, Juan José.
Se hace una breve presentación de los dispositivos de disipación de energía
y se explica el funcionamiento de los disipadores de fluido viscoso. Para
estimar la respuesta dinámica de los edificios con sistemas de
amortiguamiento, se explican procedimientos con análisis tiempo-historia y
por medio de métodos espectrales.
Se resume una metodología para desarrollar el reforzamiento de
edificaciones empleando disipadores, y se desarrolla como ejemplo el
diseño del sistema de protección para una edificación educativa.
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El objetivo principal de esta investigación, era el de reducir la
vulnerabilidad de un sistema estructural con el fin de salvar vidas humanas,
siendo el principal problema los daños estructurales generados por sismos.
La metodología usada en la investigación, fue de reconocer los edificios
con mayor riesgo de colapso frente a un sismo, y reforzarlos por métodos
tradicionales y con aislamiento sísmico, comparando los resultados de
ambas pruebas.
Los resultados de la investigación, arrojaron que en edificios si concepción
antisísmica, se puede lograr un amortiguamiento efectivo de hasta 25% por
medio del uso de aisladores sísmicos.
4.2.3 TEORÍA DEL AISLAMIENTO SÍSMICO PARA
EDIFICACIONES; BONILLA SOSA, LILY MARLENE
Los modelos matemáticos utilizados para la representación de la relación
que hay en un sistema de masas entre la fuerza y el desplazamiento en una
secuencia (aleatoria en eventos sísmicos) de carga y descarga reciben el
nombre de modelos histéricos. Para una secuencia progresiva de cargas y
descargas, es la línea que une los puntos pico en la curva carga-deflexión.
Asimismo, la curva que se obtiene bajo las inversiones de signos de la
fuerza se llama curva de histéresis; esta curva se afecta significativamente
por los materiales y el tipo estructural.
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La finalidad de la investigación es el de estudiar el comportamiento de una
estructura con apoyos convencionales y con apoyos de aislamiento sísmico,
tomando como parámetros de comparación el período de la estructura y los
desplazamientos relativos de entrepiso.
El estudio concluyo que al utilizar los aisladores de base, se obtienen
mayores periodos de la estructura, y por lo tanto, menores aceleraciones,
provocando que las fuerzas símicas disminuyan.
5. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
5.1 Objetivo General
Explicar las razones para la utilización de los aisladores y disipadores
sísmicos en las construcciones de edificios de considerable altura en la
Provincia de Arequipa.
5.2 Objetivos Específicos
-Analizar el funcionamiento de disipadores y aisladores bajo cargas
sísmicas.
- Determinar las ventajas del uso de disipadores y aisladores.
-Determinar la viabilidad del uso de disipadores y aisladores en
edificios de una altura considerable en la Provincia de Arequipa.
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5. HIPÓTESIS
Debido a que la Provincia de Arequipa se encuentra en una zona sísmica;
es probable que la utilización de aisladores y disipadores sísmicos reduzca
los daños tanto materiales como humanos ante la eventualidad de un
fenómeno sísmico en nuestra provincia, principalmente en los edificios de
mayor altura, donde los sismos tienen mayor acción.
28
CAPITULO 2: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
1. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
1.1 ASPECTO VISUAL.- Consiste en recibir, a través de los sentidos, las
imágenes, sonidos, impresiones o sensaciones externas. Es una prueba
psíquica que permite al individuo elaborar e interpretar información
relacionada a la forma, color, textura, iluminación de un elemento del
entorno.
1.2 ENSAYO DE CORTE-FLEXIÓN.- Este método describe y regula el
método de ensayo para la determinación de la resistencia al corte-
flexión de una muestra de concreto, sometida previamente a un proceso
de consolidación, cuando se le aplica un esfuerzo sísmico mientras se
permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo
deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un plano de
estructural determinado por la configuración del aparato para calcular la
resistencia antes un sismo
1.3 CALIDAD DE LOS MATERIALES.- La calidad de un material
viene definida por una serie de características (establecidas en la
correspondiente especificación), las cuales deben ser objeto de control
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durante la fabricación. De estas características, unas son medibles y, por
consiguiente,
1.4 ENSAYO DE RIGIDEZ.- Es uno de los más importantes
procedimientos de estudio y el control de calidad de la resistencia de las
estructuras. A través de él es posible determinar el periodo de oscilación
en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio
de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural.
1.5 RESISTENCIA DEL CONCRETO.- Es un ensayo técnico para
determinar la resistencia de un material o su deformación ante un
esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza
con hormigones representables en una escala numérica: son las
llamadas variables. Otras, por el contrario, son de carácter cualitativo,
no medibles cuantitativamente; son los llamados atributos.
1.6 EXPOSICIÓN A CONDICIONES CLIMÁTICAS EXTREMAS.
Se refiere a las características del clima del lugar donde se va a
implementar la construcción de edificios de altura considerable
1.7 FACTORES EXTERNOS DAÑINOS A LAS ESTRUCTURAS.
Se refiere a las construcciones aledañas, mantenimientos de
alcantarillas, tuberías y desagües, construcción de veredas.
1.8 PERIODO OSCILACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
30
Es la cantidad la cantidad de movimiento que tiene una estructura
sometida a cargas sísmicas.
1.9ANÁLISIS SÍSMICO
Es la distribución de la distribución de las cargas en cada piso de un
edificio Es la medición de las cargas de una formación sedimentaria y
el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los
esfuerzos previstos por una escala de resistencias con fines de análisis
tanto de su origen como de sus propiedades físico mecánicas.
2. INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN
2.1 ASPECTO VISUAL
Se usará únicamente el sentido de la vista y el tacto.
2.2 ENSAYO DE CORTE FLEXIÓN
Se utilizará un aparato de resistencia, instrumento de medición de la fuerza,
cuarto de humedad, anillo de corte, equipo para determinar el esfuerzo que
puede soportar un hormigo de concreto armado.
2.3 CALIDAD DE LOS MATERIALES.
Su equipo consiste en la medición de longitudes con cinta métrica.
2.5 ENSAYO DE LA RIGIDEZ
31
Se usará el máquina de esfuerzo compresión para medir la resistencia al
hormigón de concreto.
2.6 RESISTENCIA DEL CONCRETO
Se usara la máquina de compresión para medir la resistencia del concreto
3. CAMPO DE VERIFICACIÓN
La Provincia de Arequipa es una de las 08 provincias del Departamento de
Arequipa, el Departamento de Arequipa cuenta con 108 Distritos, de los
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cuales la Provincia de Arequipa cuenta con 29 los cuales tienes distintos
tipos de vías:
DISTRITOS:
1.-AREQUIPA2.-ALTO SELVA ALEGRE (Selva Alegre)3.-CAYMA4.-CERRO COLORADO (La Libertad)5.-CHARACATO6.-CHIGUATA7.-JACOBO HUNTER8.-LA JOYA9.-MARIANO MELGAR10.-MIRAFLORES11.-MOLLEBAYA12.-PAUCARPATA13.-POCSI
29.-JOSE LUIS BUSTAMANTE Y RIVERO (Ciudad Satélite)
33
14.-POLOBAYA (Polobaya Grande) 15.-QUEQUEÑA16.-SABANDIA17.-SACHACA18.-SAN JUAN DE SIGUAS19.-SAN JUAN DE TARUCANI (Tarucani)20.-SANTA ISABEL DE SIGUAS21.-SANTA RITA DE SIGUAS22.-SOCABAYA23.-TIABAYA24.-UCHUMAYO25.-VITOR 1/26.-YANAHUARA27.-YARABAMBA28.-YURA
3.1 AMBITO
GEOGRAFÍA
Está ubicado al suroeste del Perú, frente al Océano Pacífico con 527
kilómetros de litoral. Debido a esa ubicación, es el centro comercial
de la zona sur del país, que incluye los departamentos de Apurímac,
Cusco, Madre de Dios, Moquegua, Puno y Tacna; y, es parte del
corredor turístico del sur peruano, lo que significa que está
interconectado con el 40% del país, y encaramada sobre un repecho
o cuesta en la Cordillera de los Andes. Limita al noreste con Ica y
Ayacucho; por el norte, con Apurímac y Cusco; por el este, con
Moquegua y Puno; por el sudoeste, con el océano Pacífico.
•Latitud sur: 14º36′6″.
•Longitud oeste: Entre meridianos 71º59′39″ y 75º5′52″.
•Clima: Templado y relativamente seco; su temperatura varía entre
los 21 °C y los 10 °C. De enero a marzo tiene lluvias moderadas. El
sol brilla casi todos los días del año.
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•Ríos más importantes: Tambo, Ocoña, Majes y Chili.
•Volcanes: Coropuna (6.425 msnm), Ampato (6.288 msnm),
Solimana (6.093 msnm), Hualca Hualca (6.025 msnm), Chachani
(6.057 msnm), Misti (5.822 msnm) y Pichu Pichu (5.664 msnm).
•Cordilleras: Cordillera de Ampato, Cordillera Chila y Cordillera
Volcánica.
•Abras: Apo Apacheta (5.100 msnm) en Castilla; Chucura (4.720
msnm) en Caylloma y Visca (4.650 msnm) en La Unión y
Condesuyos.
•Islas: Hornillos, Blanca, Casca y Saragosa.
•Lagunas: Mucurca, Salinas y la reserva nacional Lagunas de
Mejia.
3.2 POBLACION Y MUESTRA
Universo total de 20 edificios, considerando de 10 pisos a más:
Edifico City center 2 torres – 21 pisos
Mirador de la alameda 2 edificios – 15 pisos
Villa medica 6 edificios – 14 pisos
Torre Magnus – 13 pisos
Hotel presidente – 12 pisos
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El Peral – 11 pisos
Edificio Challapampa – 11 pisos
Edificio Bustamante 2 torres – 11 pisos
Metropoli 054 – Torres B y D – 11 pisos
La muestra tomada constará de los edificios de 15 o más pisos:
Edifico city center 2 torres – 21 pisos
Mirador de la alameda 2 edificios – 15 pisos
4. ESTRATEGIA DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Se recurrió a investigaciones del mismo tema presentadas como tesis de
distintas universidades, además de ensayos y pruebas realizadas bajo
condiciones similares a las de nuestra ciudad. Se buscó en diferentes
revistas virtuales de investigación, referentes al tema de aislación sísmica,
donde se describe su contribución, funcionamiento y estándares en su
construcción.
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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES AÑO 2015
MESES AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE
Semanas
Actividades
1 2
3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1
Elección del Tema de Investigación
X
Revisión Bibliográfica X
Planteamiento y formulación del Problema X X
Formulación de Objetivos X X
Redacción del Marco Teórico X X
Formulación de Hipótesis y variables X X
Alcance de la Investigación X X
Diseño de la Investigación X X
Selección de la Muestra
Recolección de Datos
Análisis de Datos
Elaboración del Proyecto de Investigación
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BIBLIOGRAFÍA
AKIYAMA, H. (2013). Metodologia de proyecto sismorresistente de edificios basada en el balance energético. Lima: Reverte.
BARTBAT, A. (2013). Cálculo sísmico de estructuras. Barcelona: Editores técnicos asociados.
MELI P. Y BAZÁN E., 2008. Diseño sismorresistente de edificios. Mexuco: Reverte.
Bozzo, M., & Bozzo, L. (s.f.). Losas reticulares mixtas (Proyecto de análisis y dimensionamiento). Lima: Reverte.
CHUDLET, R., & ROGER, G. (2006). Manual de construcción de edificios. México D.F.
FALCÓN, J. M. (2004). Computo y presupuestos: manual para la construcción de edificios con computación aplicada. Alsina.
JDJ, F. (2012). Disipadores sismicos y sus beneficios. UNIVERSIDAD EAFIT, 55-60.
UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN. (2013). Topografía aplicada a la contrucción de edificios de altura. Concepción: IC Editorial 2000.
CAMPOS P., (2006), Análisis del Método de Superposición Modal, Tesis para obtener eltítulo de Ingeniero Civil. Escuela Politécnica del Ejército.
CEVALLOS J., (2008), Análisis sísmico de estructuras con aisladores de baseelastoméricos. Tesis para obtener el título de Master en Ciencias. Universidad Técnicade Manabí.
CARRILLO C., (2008), Comparación de la respuesta sísmica incorporando y desacoplando la mampostería y técnicas de
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reforzamiento, Tesis para obtener el título de Ingeniero Civil. Escuela Politécnica del Ejército.
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