Diseño Estructural Modulo v Parte II
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DISEÑO ESTRUCTURAL Y
NUEVAS TENDENCIAS EN LA
CONSTRUCCIÓN SIN PÉRDIDAS
DIPLOMADO DE POSGRADO
DISEÑO SISMICO AVANZADO – PARTE 2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
OFICINA CENTRAL DE POSGRADO
Módulo V:Sesión 9 -10:
Expositor: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO
EDIFICACIONES CON DISIPADORES DE
ENERGIA
DR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia
PROFESOR VISITANTE ONSOL - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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
fuerte sismo.
• No requieren
mantenimiento.
• Permiten reducir
volumen de concreto y
acero con menores
espesores de placas,
columnas y vigas.
• Disminuyen daños en
equipamiento y
elementos
no estructurales.
• No requieren
reemplazo.
EDIFICIO REDUCTO
PREMIO NACIONAL
ANR 2008
-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)
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
REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966
Nº Período de vibración por la forma (s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
SD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027
VD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027
VE 0.815 0,510 0,473 0,259 0,160 0,150 0,147 0,091 0,081 0,027 0,027 0,027
FD 0,382 0,286 0,218 0,128 0,095 0,079 0,074 0,058 0,046 0,027 0,027 0,027
YD 0,705 0,457 0,418 0,230 0,145 0,138 0,135 0,084 0,078 0,027 0,027 0,027
Nº Estructura Piso
Desplazamiento Distorsión
(cm) (cm)
SD Sin disipadores
3
2
1
7,15
5,86
3,43
5,12
4,09
2,22
0,0043
0,0081
0,0098
0,0034
0,0062
0,0063
VD
Disipadores
viscosos
no-lineales
3
2
1
4,19
3,47
2,09
4,56
3,64
1,99
0,0024
0,0046
0,0060
0,0031
0,0055
0,0057
VE
Disipadores
viscoelásticos
sólidos
3
2
1
4,67
3,76
2,10
4,05
3,23
1,77
0,0031
0,0055
0,0060
0,0027
0,0049
0,0050
FD
Disipadores
por
fricción
3
2
1
4,43
3,59
2,11
4,49
3,60
1,96
0,0028
0,0049
0,0060
0,0030
0,0055
0,0056
YD
Disipadores por
plastificación de
metales (fluencia)
3
2
1
4,61
3,72
2,10
3,93
3,10
1,63
0,0030
0,0054
0,0060
0,0028
0,0049
0,0047
máxX máxYmáxx máxy
Nº Estructura
Fuerzas internas (columnas 1er piso)
(T) (T) (T.m) (T.m)
SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64
VD Dis. Viscosos NL 192,89 260,26 555,24 5,92
VE Dis. Viscoelásticos 211,75 262,85 555,53 5,93
FD Dis. Fricción 205,96 261,97 558,05 4,92
YD Dis. Fluencia 196,26 255,36 546,39 4,56
máxN máxV máxM máx,tM
Nº Estructura
Columna
(T) (T) (T.m) (T.m)
SD Sin disipadores 29,24
(2,62)
23,00
(6,10)
46,57
(6,10)
0,54
(varios)
VD Dis. Viscosos NL 23,55
(2,62)
20,69
(6,10)
41,81
(6,10)
0,37
(varios)
VE Dis. Viscoelásticos 22,52
(18,46)
18,55
(6,10)
37,32
(6,10)
0,37
(varios)
FD Dis. Fricción 23,70
(2,62)
20,26
(6,10)
41,04
(6,10)
0,31
(varios)
YD Dis. Fluencia 23,44
(2,62)
15,39
(6,10)
34,45
(6,10)
0,28
(varios)
máxN máxV máxM máx,tM
Nº Estructura
Viga
(T) (T) (T.m) (T.m)
SD Sin disipadores 0,00
(85,91)
11,15
(85,91)
34,95
(85,91)
0,43
(varios)
VD Dis. Viscosos NL 0,00
(85,91)
9,90
(85,91)
31,40
(85,91)
0,28
(varios)
VE Dis. Viscoelásticos 0,00
(85,91)
8,67
(85,91)
27,14
(85,91)
0,31
(varios)
FD Dis. Fricción 0,00
(85,91)
9,85
(85,91)
30,83
(85,91)
0,25
(varios)
YD Dis. Fluencia 0,00
(85,91)
9,25
(85,91)
28,95
(85,91)
0,24
(varios)
máxN máxV máxM máx,tM
Nº Estructura Eje Nomenclatura del
disipador
Fuerza axial
(T)
Deformación
(cm)
VD Dis. Viscosos NL X–X
Y–Y
1
7
0,58
0,74
1,57
1,72
VE Dis. Viscoelásticos X–X
Y–Y
1
7
11,78
10,78
1,57
1,31
FD Dis. Fricción X–X
Y–Y
1
7
2,90
2,90
1,59
1,54
YD Dis. Fluencia X–X
Y–Y
1
7
4,15
4,17
1,58
1,42
Edificio sin
disipadores
Edificio con disipador
viscoso
Edificio con
disipador por fricción
Edificio con disipador
viscoelástico
Disipador viscoelástico
Edificio con disipador
por fluencia
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Formas de vibración
Perí
odos
de v
ibra
ció
n.
(s)
Sin DisipadoresDisipadores ViscososDisipadores ViscoelásticosDisipadores FricciónDisipadores Fluencia
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Desplazamientos (cm)
Pis
os
VD SD VE FD YD
0
1
2
3
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012
Distorsiones (cm/cm)
Piso
s
VD SD VE FD YD
20
23
26
29
32
SD VD VE FD YD
Modelos Dinámicos
Fuer
za a
xia
l.
(T)
14
17
20
23
26
SD VD VE FD YD
Modelos Dinámicos
Fuer
za c
ort
ante
(T)
32
36
40
44
48
SD VD VE FD YD
Modelos Dinámicos
Mom
ento
fle
ctor
(T.m
)
DISPOSITIVOS PASIVOS DE
DISIPACION DE ENERGIA PARA
DISEÑO SISMORRESISTENTE
DE ESTRUCTURAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
SECCION DE POSGRADO
MAESTRIA EN CIENCIAS
MENCIÓN INGENIERIA ESTRUCTURAL
AUTOR: M.Sc. RICARDO OVIEDO SARMIENTO
CONSULTOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO
Lima, 2009
CLINICA ANGLOAMERICANA
UBICACIÓN DEL MICROTREMOR
COMPONENTES TRANSVERSAL Y LONGITUDINAL DE SEÑALES TEMPORALES
DE VIBRACION EN EL 8vo PISO
DETALLE UNION TUBO DIAGONAL CON DISIPADOR
DETALLE TUBO DIAGONAL CON VIGA Y DISIPADOR CON VIGA
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UNA EDIFICACION
CON DISIPADORES DE ENERGIA Y ANALISIS
SISMICO COMPARATIVO ENTRE EL EDIFICIO
CONVENCIONAL Y EL EDIFICIO CON
DISIPADORES DE ENERGIA PARA UN SISMO
SEVERO
AUTORES: ING. HIMLER CANO LAGOS
ING. ENER IVAN ZUMAETA ESCOBEDO
ASESOR: Ph.D. GENNER VILLARREAL CASTRO
Lima, 2012
METODOLOGIA DE DISEÑO – AMORTIGUADORES
(VISION 2000 - SEAOC)
RELACION DAÑO-DERIVA SEGÚN METODOLOGIA HAZUS
AUTOR: ING. WALEÓN LAMA CHONGCONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO
Ecuador, 2013
PERFILES W
PISO
ELEMENTOS
VIGAS COLUMNAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
8 W18X46 W27X102 W24X94
7 W18X46 W27X102 W24X94
6 W18X71 W27X146 W24X131
5 W18X71 W27X146 W24X131
4 W18X71 W27X146 W24X131
3 W21X83 W27X217 W24X146
2 W21X83 W27X217 W24X146
1 W21X83 W27X217 W24X146
Cargas Permanentes
DL = 745 Kg/m2
LL = 240 Kg/m2
-Carga Sísmica (Ex)
Se creó un Espectro de Diseño siguiendo el NEC-11.
Las características del Espectro son:
LOCALIZACIÓN
Ciudad: Guayaquil
Región:Costa (sin
Esmeraldas)
Zona: 5
z = 0.40 g
η = 1.80
SUELO Y FACTORES DE SITIO
Tipo de suelo: E
r = 1.50
Fa = 1.15
Fd = 1.60
Fs = 1.90
PARÁMETROS DE DISEÑO
I = 1.00
R = 3.00
φP = 1.00
φE = 1.00
PERIODO CORTO Y PERIODO CRÍTICO
T0 = 0.26 seg
Tc = 1.45 seg
DEFORMACIONES LATERALES Y DERIVAS INELÁSTICAS
Deformación X (cm) Deriva Inelástica ΔM
NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE
8 16.11 8.88 1.06% 0.52%
7 14.69 8.19 1.41% 0.71%
6 12.82 7.24 1.60% 0.85%
5 10.69 6.11 1.80% 0.98%
4 8.28 4.80 1.81% 1.01%
3 5.87 3.45 1.62% 0.93%
2 3.71 2.21 1.51% 0.89%
1 1.69 1.02 0.95% 0.57%
PERIODO DEL PRIMER MODO DE VIBRACIÓN
PERIODO DE VIBRACIÓN (seg)
SIN DVE CON DVE
1.3107 1.2111
ESFUERZOS POR CARGAS PERMANENTES
COLUMNAS
Con el uso de los disipadores, los esfuerzos generados por las cargas gravitacionales no varían. Únicamentese reducen los esfuerzos provocados por la carga sísmica tanto en columnas como en vigas.
COLUMNAS - COMBO 5: 1.0DL + 1.0LL P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m)
EJE *NIVEL Perfil SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE
A 1 W24X146 -150.86 -150.91 -2.25 -2.25 -2.57 -2.58
A 4 W24X131 -94.34 -94.37 -5.80 -5.80 -8.45 -8.46
A 7 W24X94 -37.20 -37.21 -5.20 -5.21 -7.92 -7.93
B 1 W27X217 -293.59 -294.70 -0.07 -0.07 -0.08 -0.08
B 4 W27X146 -181.54 -182.01 -0.44 -0.43 -0.62 -0.60
B 7 W27X102 -72.32 -72.36 -0.55 -0.54 -0.90 -0.89
*NIVEL: se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
ESFUERZOS POR CARGA SÍSMICA
COLUMNAS
COLUMNAS:EX
P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m) % REDUCCIÓN
EJE *NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE P V2 M3
A 1 124.50 70.60 27.67 17.16 97.22 59.25 43% 38% 39%
A 4 59.36 31.94 24.21 13.67 44.52 24.01 46% 44% 46%
A 7 12.48 6.16 12.09 5.90 13.85 5.36 51% 51% 61%
B 1 5.18 30.72 52.45 32.37 183.77 111.79 - 38% 39%
B 4 3.22 15.61 42.74 23.56 74.64 39.66 - 45% 47%
B 7 1.16 2.56 21.89 10.43 27.79 11.51 - 52% 59%
*Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
Según el CSI Analysis Reference Manual y Villarreal & Oviedo(2008), el análisis no lineal que se utiliza para modelar losdisipadores viscoelásticos es el Analisis No Lineal ModalTiempo-Historia (FNA), que es una extensión del Fast NonLinearAnalysis (FNA) que fue desarrollado por Wilson (Ibrahimbegovicand Wilson, 1989; Wilson, 1993).
El método es extremadamente eficiente y es diseñado para serusado principalmente para sistemas estructurales que sonlinealmente elásticos, pero que tienen un número limitado deelementos no lineales predefinidos. Para el método FNA, toda lano linealidad es impuesta por los disipadores.
Para realizar el análisis no lineal, las
propiedades de los disipadores viscoelásticos se
asignaron como no lineales con las mismas
magnitudes tanto para la rigidez como para el
amortiguamiento, y se asignó un exponente de
amortiguamiento igual a 1 porque esto permite
seguir modelando en paralelo la rigidez elástica
con el amortiguador viscoso, tal como es
idealizado por el modelo de Kelvin-Voigt. (CSI
Knowledge Base)
PÓRTICO SIN DVE
ENERGÍA (Ton - m)
Entrada Cinética PotencialAmortig.
Modal
GYE 93 -CENTENARIO
19.23 13.11 7.62 17.52
% E. Entrada 100% 68% 40% 91%
PÓRTICO CON DVE
ENERGÍA (Ton - m)
Entrada Cinética PotencialAmortig.
ModalDVE
GYE 93 -CENTENARIO
22.11 13.33 6.98 10.55 11.37
% E. Entrada 100% 60% 32% 48% 51%
Histéresis Idealizada
El gráfico esfuerzo- deformación indica una Fuerza Axial máxima de 13.78 Ton con unadeformación máxima de 1.63 cm.
Si calculamos la deformación unitaria del material viscoelástico de 2cm de espesor, resulta:1.63/2 = 81% < 100%, lo cual cumple con lo expuesto por Chang (et al., 2012) en elsubcapítulo 3.4.
SIN DVE CON DVE%
REDUCCIÓN
Nivel Def. x (cm) Def. x (cm) Def. x
8 11.47 10.70 7%
7 8.96 8.75 2%
6 6.99 7.11 -2%
5 5.92 5.43 8%
4 4.72 3.91 17%
3 3.40 2.86 16%
2 2.21 2.03 8%
1 1.12 1.03 7%
Envolvente de deformaciones
laterales máximas
TIEMPO: 15.45 seg SIN DVE CON DVE % REDUCCIÓN
Nivel h (cm) Def. x (cm) ΔM Def. x (cm) ΔM Def. x ΔM
8 300.00 7.63 0.09% 4.65 0.12% 39% -31%
7 300.00 7.35 0.18% 4.28 0.17% 42% 6%
6 300.00 6.80 0.30% 3.77 0.22% 45% 27%
5 300.00 5.92 0.40% 3.12 0.26% 47% 36%
4 300.00 4.72 0.44% 2.35 0.25% 50% 43%
3 300.00 3.40 0.41% 1.59 0.21% 53% 49%
2 300.00 2.16 0.39% 0.96 0.18% 56% 54%
1 400.00 0.98 0.25% 0.42 0.10% 57% 57%
Comparación de deformaciones laterales y Derivas entre pisos para el
tiempo 15.45 seg
COLUMNAS:EX TH
P (Ton) V2 (Ton) M3 (Ton-m) % REDUCCIÓN
EJE *NIVEL SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE SIN DVE CON DVE P V2 M3
A 1 79.87 78.74 28.73 26.10 91.79 84.32 1% 9% 8%
A 4 61.52 55.18 22.71 22.65 44.50 41.70 10% 0% 6%
A 7 22.63 19.52 22.03 17.58 41.94 32.94 14% 20% 21%
B 1 4.29 33.61 54.07 49.07 172.71 158.60 - 9% 8%
B 4 2.59 24.24 38.45 38.27 72.66 67.44 - 0% 7%
B 7 1.10 8.41 36.87 29.28 67.96 53.32 - 21% 22%
*Se refiere a la columna que se encuentra debajo del nivel indicado
Con estas reducciones, las secciones asignadas a los elementos estructuralespueden ser consideradas sobredimensionadas, por lo que se buscará hacermás liviano pórtico y así obtener un buen diseño acompañado de la economíade la estructura.
PERFILES W
PISOELEMENTOS
VIGASCOLUMNAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
8 W18X40 W27X94 W24X94
7 W18X40 W27X94 W24X94
6 W18X46 W27X114 W24X94
5 W18X46 W27X114 W24X94
4 W18X46 W27X114 W24X94
3 W21X50 W27X146 W24X131
2 W21X50 W27X146 W24X131
1 W21X50 W27X146 W24X131
PERFILES NUEVOSPERFILES ORIGINALES
PERFILES W
PISOELEMENTOS
VIGASCOLUMNAS INTERIORES
COLUMNAS DE BORDE
8 W18X46 W27X102 W24X94
7 W18X46 W27X102 W24X94
6 W18X71 W27X146 W24X131
5 W18X71 W27X146 W24X131
4 W18X71 W27X146 W24X131
3 W21X83 W27X217 W24X146
2 W21X83 W27X217 W24X146
1 W21X83 W27X217 W24X146
Peso: 58.59 Ton Peso: 42.39 Ton
DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA
REDISEÑO CON DVE
ENERGÍA (Ton - m)
Entrada Cinética PotencialAmortig.
ModalDVE
GYE 93 -CENTENARIO
38.06 11.76 5.61 20.58 17.32
% E. Entrada 100% 31% 15% 54% 46%
ENERGÍA
Amortiguamiento ModalDVE
PÓRTICO SIN DVE 91% -
PÓRTICO CON DVE 48% 51%
REDISEÑO CON DVE 54% 46%
SIN DVE CON DVE REDISEÑO CON
DVE
ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA
ANÁLISIS MODAL NO LINEAL TIEMPO-HISTORIA
HISTÉRESIS DEL DISIPADOR VISCOELÁSTICO
En la Figura se indica una deformación máxima de 1.46 cm. Al calcular la
deformación unitaria del material viscoelástico de 2.2 cm de espesor, resulta:
1.46/2.2 = 66% < 100%,
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO
TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
SISMICIDAD EN EL PERU
Sismos Magnitud Información Adicional
Lugar Año Mw Muertos Heridos Damnificados
Pisco e Ica 2007 7.9 519 2,000 340,000
Arequipa 2001 8.4240 (70
desaparecidos)2,400 460,000
Arequipa 1999 6.8 1 20
Lima 1974 8.0 254 3,600 300,000
Chimbote 1970 7.9100,000 (25,000
desaparecidos)358,000 3’000,000
Callao 1966 7.5 220 1,800 258,000
Fuente: Elaboración propia, datos de IGP
Perú Círculo Circum Pacífico
Origen de los sismos en el Perú
asociado al proceso de
subducción.
REGISTROS SÍSMICOS
Registro Lima 1966 Registro Chimbote 1970 Registro Lima 1974
Registro Ocoña 2001 Registro Ica 2007
Amplificados con la máxima aceleración del suelo peruano Z=0.4g (E.030)
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO
TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
El reforzamiento es la modificación de las características estructurales de
la edificación para tener un desempeño sísmico aceptable.
Técnicas de reforzamiento tradicional
Reforzamiento de Columnas Pórticos Arriostrados
Muros de Corte o Placas
SISTEMA DE REFORZAMIENTO
TRADICIONAL
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO
TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON
DISIPADORES DE ENERGÍA
Sistemas de control
estructural antisísmico
Sistemas Pasivos
Aislamiento en la base
Sistemas inerciales acoplados
Disipadores de energía
Sistemas activos
Sistemas híbridos
CAPÍTULO 1: ESTADO DEL ARTE
CAPÍTULO 1:
ESTADO DEL ARTE
1.1 SISMICIDAD EN EL PERÚ
1.2 SISTEMA DE REFORZAMIENTO
TRADICIONAL
1.3 SISTEMA DE REFORZAMIENTO CON DISIPADORES DE ENERGÍA
1.4 DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO VISCOSO
Dispositivo lleno de fluido capaz de
mantenerse en servicio durante grandes
periodos de tiempo sin mantenimiento.
Fuerza de salida = resistiva + actúa en
dirección opuesta al movimiento
La fuerza varía respecto a la velocidad
Chevron Brace Diagonal Scissor Jack
DISIPADORES PASIVOS DE FLUIDO
VISCOSO
Disposiciones más comunes en edificaciones
CAPÍTULO 2: DESCRIPCIÓN Y
ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO
Centro Empresarial Intisuyo
N° de pisos: 5 pisos
Ubicación: San Miguel
Resistencia del suelo 4.00 Kg/cm2
ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE LA
EDIFICACIÓN
PISO CM (Ton)CV
(Ton)
Ptotal
(Ton)
Psismo
(Ton)
1 208.089 122.063 330.152 208.55
2 203.289 122.063 325.352 196.88
3 203.289 122.063 325.352 196.88
4 203.289 122.063 325.352 196.88
5 203.289 34.875 238.164 175.05
TOTAL 1021.245 523.127 1544.372 974.25
PARÁMETROS SÍSMICOS
Zonificación – Factor de Zona (Z)
Lima Z=0.4
Tipo de suelo (S) Tp
Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4
Factor de amplificación sísmica (C)
Factor de uso de importancia (U)
Edificaciones comunes U=1.0
Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R)
Pórticos de concreto R = 8
Irregular R = ¾ x 8 = 6
MODOS Y PERIODOS RESULTANTES
La estructura
aporticada es
flexible y se
necesita aumentar rigidez
Modo Periodo% Masa Participativa
FrecuenciaUX UY
1 0.96621 88.213 0.078 1.0350
2 0.74343 0.403 83.818 1.3451
3 0.64420 1.067 9.557 1.5523
4 0.29298 7.859 0.006 3.4132
5 0.22931 0.039 4.888 4.3610
6 0.19813 0.096 0.536 5.0472
7 0.15108 1.761 0.002 6.6189
8 0.12477 0.012 0.817 8.0149
9 0.10567 0.028 0.064 9.4631
10 0.09269 0.428 0.001 10.7890
11 0.08272 0.006 0.189 12.0890
12 0.06727 0.008 0.009 14.8660
13 0.06618 0.071 0.002 15.1100
14 0.06332 0.005 0.032 15.7930
15 0.04937 0.003 0.001 20.2550
CAPÍTULO 3: REFORZAMIENTO
TRADICIONAL CON PLACAS
•Aumentar la rigidez de la estructura ydisminuir desplazamientos laterales.
3.1 CRITERIOS GENERALES DE ESTRUCTURACIÓN
•Placas de 0.20 m, cuatro placas por piso.
3.2 PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS
•La edificación presenta irregularidad en altura
3.3 CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD
•Análisis estático, dinámico espectral y Tiempo-historia
3.4 ANÁLISIS SÍSMICO
PISO CM (Ton) CV (Ton)Ptotal
(Ton)
Psismo
(Ton)
1 229.581 121.223 350.804 241.394
2 219.261 121.223 340.484 227.244
3 219.261 121.223 340.484 227.244
4 219.261 121.223 340.484 227.244
5 219.261 121.223 253.896 201.109
TOTAL 1,106.625 519.525 1,626.152 1,124.233
REFORZAMIENTO TRADICIONAL CON
PLACAS
PARÁMETROS SÍSMICOS
Zonificación – Factor de Zona (Z)
Lima Z=0.4
Tipo de suelo (S) Tp
Grava arenosa S=1.0 Tp=0.4
Factor de amplificación sísmica (C)
Factor de uso de importancia (U)
Edificaciones comunes U=1.0
Sistema estructural y coeficiente de reducción sísmica (R)
Pórticos de concreto R = 7
Irregular R = ¾ x 7 = 5.25
MODOS Y PERIODOS RESULTANTES
Los periodos de la
estructura inicial han
disminuido aproximadamente
50%, lo que significa
que la estructura ha
incrementado su
rigidez.
Modo Periodo% Masa Participativa
FrecuenciaUX UY
1 0.4159 76.4999 0.0040 2.4044
2 0.3274 0.0070 80.0355 3.0541
3 0.2281 0.4464 0.0872 4.3844
4 0.0896 18.9872 0.0084 11.1600
5 0.0823 0.0120 16.4232 12.1550
6 0.0513 0.1489 0.0118 19.4950
7 0.0392 3.2434 0.0055 25.5200
8 0.0377 0.0076 2.7638 26.5390
9 0.0250 0.0560 0.5724 39.9720
10 0.0246 0.4856 0.0567 40.6080
11 0.0227 0.0284 0.0001 44.0660
12 0.0199 0.0007 0.0286 50.3500
13 0.0192 0.0711 0.0014 52.1200
14 0.0145 0.0053 0.0012 69.1970
15 0.0114 0.0006 0.0003 87.9860
CAPÍTULO 4: REFORZAMIENTO CON
DISIPADORES DE FLUIDO VISCOSO Metodología de diseño de amortiguadores
Se determinarán los objetivos de desempeño y objetivos de diseño de acuerdo
a la información presentada por el Comité VISION 2000 y el FEMA en Multi-
Hazard Loss Estimation Methodology.
Nivel de Desempeño
Totalmente
OperacionalFuncional
Resguardo
de la vida
Próximo al
Colapso
Mo
vim
ien
to S
ísm
ico
de D
iseñ
o
Sismo frecuente
(43 años)
Estructura
Básica
Sismo ocasional
(72 años)
Estructura
Esencial
Estructura
Básica
Sismo raro
(475 años)
Estructura
Crítica
Estructura
Esencial
Estructura
Básica
Sismo muy raro
(970 años)
Estructura
Crítica
Estructura
Crítica
Estructura
Esencial
Estructura
Básica
C1M: pórtico de concreto armado de mediana altura
(de 4 a 7 niveles).
Nivel de Desempeño Deriva
Totalmente
Operacional0.0033
Funcional 0.0033
Resguardo de Vida 0.0058
Próximo al Colapso 0.0156
Colapso 0.0400
Según el ASCE, se debe colocar como mínimo dos dispositivos
por dirección de análisis en cada piso y de tal forma que no se
genere torsión
UBICACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS DE
DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Disposición de disipadores en eje XX Disposición de disipadores en eje YY
AMORTIGUAMIENTO OBJETIVO
B =25%
DISEÑO DE AMORTIGUADORES
VISCOSOS
Amplitud de desplazamiento
Referencia: Genner Villarreal Castro y Ricardo
Oviedo Sarmiento
Referencia: Carlos Alberto Bermúdez Mejía
DISEÑO DE AMORTIGUADORES
VISCOSOS
Coeficiente de amortiguamiento y Rigidez
Exponente "α" Parámetro "λ"
0.25 3.7
0.50 3.5
0.75 3.3
1.00 3.1
1.25 3
1.50 2.9
Referencia: Roberto Aguinar Falconí
DISEÑO ESTRUCTURAL CON
AMORTIGUADORES VISCOSOS
PISO θ (rad) Wi (Tn) φr1 Wiφr12 cos1.5θ (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)
1 0.5833 299.91 44.7 599249670 0.7625 280.3181 1401.5907
2 0.5105 288.25 76.68 1694842637 0.8150 262.2811 1311.4056
3 0.5105 288.25 102.84 3048521825 0.8150 262.2811 1311.4056
4 0.5105 288.25 121.59 4261484268 0.8150 262.2811 1311.4056
5 0.5105 200.92 132.59 3532278825 0.8150 262.2811 1311.4056
PISO θ (rad) Wi (Tn) φr1 Wiφr12 cos1.5θ (rad) Cd (T.s/m) Kd(T/m)
1 0.3913 299.911 44.7 599249670 0.8888 240.4989 1202.4947
2 0.3367 288.247 76.68 1694842637 0.9170 233.1051 1165.5255
3 0.3367 288.247 102.84 3048521825 0.9170 233.1051 1165.5255
4 0.3367 288.247 121.59 4261484268 0.9170 233.1051 1165.5255
5 0.3367 200.925 132.59 3532278825 0.9170 233.1051 1165.5255
DISEÑO ESTRUCTURAL DE BRAZO
METÁLICOEs común el uso de perfiles HSS o tipo PIPE, por lo que se iniciará el cálculo con un perfil metálico del tipo PIPE 10 STD.
D ext. (in) 10.80
D int. (in) 10
Espesor (in) 0.349
Área (in2) 13.60
BALANCE DE ENERGÍA
Para realizar el balance de energía se procede a evaluar la
participación de los amortiguadores en la disipación de energía
de entrada a través del grafico de energía que proporciona el
software SAP 2000 v 15.1.0. para cada registro sísmico.
CURVA DE HISTÉRESIS
Se puede identificar el comportamiento fuerza-desplazamiento
del amortiguador a partir del gráfico mostrado = tendencia semi-
eliptica.
La curva se encuentra algo inclinada pero mantiene la forma
predefinida de los dispositivos no lineales.
Curva Desplazamiento-Fuerza Link 1 (Eje XZ)Fuente: Propia
Curva Desplazamiento-Fuerza Link 12 (Eje YZ)Fuente: Propia
CAPÍTULO 5: ANÁLISIS SÍSMICO
COMPARATIVO
CAPÍTULO 5ANÁLISIS COMPARATIVO DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Reforzamiento con disipadores viscosos
Reforzamiento tradicional con placas
Los disipadores absorben 85% de la
energía y la edificación se esfuerza
menos.
La estructura está obligada a disipar
el total de la energía, lo que genera
daños estructurales.
ANÁLISIS COMPARATIVO DE
DESPLAZAMIENTOS LATERALES
PisosEstructura
Aporticada
Estructura
con Placas
Estructura con
Disipador
1 30.65 7.28 16.24
2 51.71 15.83 27.03
3 68.41 25.89 35.00
4 79.95 36.43 40.16
5 86.64 46.77 42.66
Sismo X Sismo Y
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5
De
spla
zam
ien
to (
mm
)
Pisos
Desplazamientos Laterales - Sismo X
PisosEstructura
Aporticada
Estructura
con Placas
Estructura con
Disipador
1 42.09 6.77 14.88
2 61.51 13.68 22.43
3 75.08 21.18 27.95
4 84.23 28.76 31.39
5 88.9 36.20 32.91
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5
De
spla
zam
ien
to (
mm
)
Pisos
Desplazamientos Laterales - Sismo Y
ANÁLISIS COMPARATIVO
DE DERIVAS
PisosEstructura
Aporticada
Estructura
con Placas
Estructura con
Disipador
1 0.0093 0.0017 0.0038
2 0.0075 0.0031 0.0039
3 0.0060 0.0036 0.0028
4 0.0041 0.0038 0.0018
5 0.0024 0.0037 0.0009
Sismo X Sismo Y
PisosEstructura
Aporticada
Estructura
con Placas
Estructura con
Disipador
1 0.0128 0.0016 0.0035
2 0.0069 0.0025 0.0027
3 0.0048 0.0027 0.0020
4 0.0033 0.0027 0.0012
5 0.0017 0.0027 0.0005
ANÁLISIS COMPARATIVO DE FUERZAS
Sismo X Sismo Y
Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador
1 35.11 36.65 17.35 53.75 54.65 19.49
2 27.97 31.14 11.22 34.83 35.13 12.30
3 18.96 23.77 6.19 20.67 23.53 6.83
4 10.34 15.63 2.68 9.99 14.65 2.92
5 3.72 7.15 0.78 3.03 6.21 0.75
Sismo X Sismo Y
Pisos Aporticado Placas Disipador Aporticado Placas Disipador
1 11.72 4.16 7.79 29.42 6.46 10.95
2 8.18 7.87 4.38 21.03 11.89 8.98
3 8.34 8.63 3.53 16.48 17.08 7.00
4 7.57 9.41 2.04 11.32 21.58 4.99
5 3.69 12.49 0.53 5.62 30.15 1.55
Fuerza Axial
Fuerza Cortante
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS
POST-SISMOD
isip
ad
ore
sP
lac
as
Edificación Tradicional vs. Edificio con Disipadores de Energía Terremoto de Chile (Concepción)
ANÁLISIS COMPARATIVO DE DAÑOS
POST-SISMO
•Mas efectivo.
•Inversión de 20%
•No requiere mantenimiento ni reemplazo.
•Elimina costos de reconstrucción.
•Menos efectivo.
• Inversión de 25% - 30%.
•Evaluación de niveles dedaño.
•Rehabilitación estructuralsupervisada.
•Mayor costo de mano deobra especializada.
•Mayor volúmenes deconcreto y acero.
•Técnica mas usadaencamisar el muro conmallas electrosoldadas.
Dis
ipa
do
res
Pla
ca
s
EDIFICIO REDUCTO
EDIFICACIONES CON AISLAMIENTO SISMICO EN
LA BASE
DR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia
PROFESOR VISITANTE ONSOL-Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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
INVESTIGACION TEORICO-
EXPERIMENTAL DE EDIFICIO
AISLADO CON AISLADOR DE GOMA
Y PLANCHAS METALICAS
AUTOR: DR. LE TJU TJI NGUYEN
CONSULTOR: DR. GENNER VILLARREAL CASTRO
RUSIA - 2010
ENSAYO EXPERIMENTAL
MODELO EN EL MEF
El hombre nunca sabe de lo que es capaz hasta que
lo intenta.
CHARLES DICKENS
GRACIAS
Dr. Genner Villarreal C
www.youtube.com/user/gennervc/feed