Anteproyecto Tesis Diego

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

ANTEPROYECTO DE TESIS

PRESENTADO POR: Bach. DIEGO ENRIQUE TABOADA SAAVEDRA ASESORES: Ing. MIGUEL LENIN LENIN TALLEDO COVEÑAS, MSc. Ing. MARIA JOSEFA GUTIERREZ ADRIANZEN, MSc.

PIURA – PERU MARZO 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA – FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ANTEPROYECTO DE TESIS 1. TÍTULO: DISEÑO, USO Y APLICACIÓN DE AISLADORES SISMICOS ELASTOMÉRICOS EN EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA

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2. RESPONSABLES:

EJECUTOR: BACH. DIEGO ENRIQUE TABOADA SAAVEDRA ASESORES: ING. MIGUEL LENIN TALLEDO COVEÑAS, MSc. ING. MARIA JOSEFA GUTIERREZ ADRIANZEN, MSc. 3. JUSTIFICACIÓN

Es de conocimiento general que nuestro país se ubica en una zona altamente sísmica, debido a que en la costa peruana convergen dos placas tectónicas que son la Placa de Nazca y la Placa Continental, las cuales ocasionan una falla de subducción entre sí, en donde se almacena y posteriormente libera energía del interior de la tierra a manera de ondas dando como resultado los movimientos sísmicos. Este fenómeno es inevitable y recurrente, siempre se van a presentar movimientos sísmicos de regular a gran intensidad en nuestro país, y más aún aquellas zonas en donde la no ocurrencia de sismos viene dada por años, como el caso de la zona norte, ya que se tiene más probabilidad de que ocurran sismos de gran intensidad basados en el principio de que se ha estado almacenando gran cantidad de energía por largos periodos (silencio sísmico). Por otro lado el incremento acelerado de las edificaciones en nuestro país que viene siendo motivado por el llamado boom de la construcción y las políticas de mejora y ampliación de la infraestructura pública y privada, han conllevado a que cada vez existan más edificios (multifamiliares, comerciales, oficinas, hospitales, centros de estudio, etc) los cuales albergan un gran número de personas y también bienes y propiedades de un gran valor adquisitivo que supera muchas veces los costos de la edificación, por lo que estas edificaciones no deberían verse afectadas y deberían continuar operativas después de la ocurrencia de un sismo incluso de gran intensidad. En ese mismo contexto, el avance de la tecnología permite conocer y aplicar nuevas técnicas y procedimientos que mejoran el desempeño de nuestras obras en general, la ingeniería estructural no es la excepción, y una de las novedades de las últimas décadas son las Técnicas Modernas de Protección Sísmica, dentro de las cuales se encuentra la Aislación Sísmica de los Edificios, tema que se busca investigar y desarrollar en esta tesis. El concepto de aislación sísmica ha comenzado a ser considerado seriamente durante los últimos años como una alternativa en el diseño sismorresistente de estructuras,


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especialmente en aquellos casos en que se busca un mejor desempeño sísmico para las estructuras y sus contenidos. El excelente desempeño que las estructuras aisladas han tenido durante los sismos de Northridge (Los Angeles, 1994), Kobe (Kobe, 1995), Chile (2010) y Japón (2011) avalan las bondades de esta alternativa en cuanto a aumentar considerablemente el nivel de seguridad para las personas y la operatividad de la estructura después de un sismo, en otras palabras protección a la vida y reducción del daño. En el Perú esta técnica aún está dando sus primeros pasos en cuanto al diseño y no tenemos ninguna aplicación de la misma en edificios, el desarrollo de esta tecnología tampoco ha sido tomada en cuenta en los códigos o normas nacionales tal es así que a la fecha solo se cuenta con una Propuesta de Norma para el Análisis y Diseño de Edificios con Aislamiento Sísmico en su Base, presentada por el Ing. Jaime Sandoval Ballarte. Es por eso que buscando profundizar estos conocimientos del Aislamiento Sísmico como un método moderno de protección sísmica y que es totalmente posible de aplicar en nuestro país, es que se busca desarrollar esta investigación; centrando básicamente el estudio en mostrar todas las características de este sistema además de proponer metodologías para el análisis y diseño estructural para edificaciones aisladas sísmicamente, basados en la propuesta normativa para nuestro país mencionada en el párrafo anterior y en la norma americana ASCE 7-05. Además se efectuará un análisis comparativo entre una edificación diseñada con aisladores y la misma diseñada de manera convencional. El edificio seleccionado para este fin será 4. OBJETIVOS 4.1.- OBJETIVO GENERAL

El objetivo general de esta investigación es desarrollar a nivel teórico el DISEÑO, USO Y APLICACION DE AISLADORES SISMICOS ELASTOMERICOS EN EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA y con ello demostrar que es factible su empleo en nuestra realidad regional y nacional. 4.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Determinar los conceptos y fundamentos teóricos relacionados con el aislamiento sísmico y los aisladores con material elastomérico. - Mostrar y analizar los requisitos mínimos establecidos en la norma americana ASCE 7-05 y la propuesta de norma peruana para el análisis de edificios aislados sísmicamente. - Establecer un procedimiento para la modelación matemática en el software seleccionado para el análisis estructural. - Desarrollar el diseño de una edificación con aisladores sísmicos elastoméricos considerando condiciones locales de diseño (tipo de suelo, sismicidad de la zona, etc.).


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- Proponer un syllabus de curso denominado “Aislación Sísmica” para que sirva de base a una eventual incorporación en el plan de estudios de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Piura. 5. HIPÓTESIS Demostrar que el sistema de protección sísmica en EDIFICIOS DE MEDIANA ALTURA mediante el uso de AISLADORES SISMICOS ELASTOMERICOS EN SU BASE es aplicable en nuestro territorio regional y con ello se puede mejorar el nivel de desempeño de las edificaciones de mediana altura. 6. METODOLOGIA DE LA TESIS

Para el desarrollo de este proyecto se hará uso del Método Deductivo, el cual tiene los como pasos esenciales: observación del fenómeno a estudiar, creación de una hipótesis para explicar dicho fenómeno, deducción de consecuencias y verificación o comprobación de la verdad de los enunciados deducidos comparándolos con la experiencia o resultados. Además como complemento se empleará el Método Descriptivo ya que se realizará una exposición narrativa, numérica y/o gráfica lo más detallada posible de la investigación que se desarrollará. 9. ESQUEMA DEL CONTENIDO CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1.- Introducción 1.2.- Objetivos 1.3.- Metodología 1.4.- Conceptos previos CAPITULO II: FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1.- El concepto del Aislamiento Sísmico 2.2.- Amortiguamiento en los sistemas aislados 2.3.- Componentes básicos de todo sistema de aislamiento 2.4.- Tipos de aisladores sísmicos 2.4.1.- Aisladores elastoméricos de Caucho Natural o Aisladores de Caucho de Bajo Amortiguamiento 2.4.2.- Aisladores de Caucho con Núcleo de Plomo 2.4.3.- Aisladores Elastoméricos de Caucho de Alto Amortiguamiento 2.4.4.- Otros tipos de aisladores 2.5.- Influencia del tipo de suelo en la efectividad del aislamiento sísmico 2.5.- Influencia de la altura del edificio en la efectividad del aislamiento sísmico 2.6.- Algunos edificios construidos con aisladores sísmicos 2.7.- Consideraciones constructivas en una edificación con aisladores sísmicos 2.8.- Costo de una edificación con aislamiento sísmico ANTEPROYECTO DE TESIS

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CAPITULO III: FUNDAMENTOS DE DINAMICA ESTRUCTURAL 3.1.- Ecuaciones del movimiento del Sistema de un Grado de Libertad 3.1.- Ecuaciones del movimiento del Sistema de Múltiples Grados de Libertad CAPITULO IV: COMPORTAMIENTO DINAMICO DE LOS AISLADORES 4.1.- Introducción 4.2.- Características mecánicas de los aisladores elastoméricos 4.3.- Características mecánicas de los aisladores con núcleo de plomo 4.4.- Modelo bilineal de un aislador elastomérico de alto amortiguamiento 4.5.- Pandeo critico de los aisladores elastoméricos 4.6.- Estabilidad ante grandes desplazamientos laterales 4.7.- Estabilidad ante el estiramiento CAPITULO V: ANÁLISIS Y DISEÑO CON AISLADORES SISMICOS 5.1.- Normativa para el diseño de estructuras aisladas sísmicamente: 5.1.1.- Norma ASCE 7 – 05 5.1.2.- Propuesta de norma peruana para el diseño de estructuras aisladas sísmicamente 5.2.- Filosofía de diseño de los Sistemas de Aislamiento Sísmico 5.3.- Requisitos Básicos del Sistema de Aislamiento Sísmico 5.4.- Criterios de Diseño para los Dispositivos de Aislamiento 5.5.- Proceso para el diseño de aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento 5.5.1.- Pre dimensionamiento 5.5.2.- Desplazamiento de diseño y desplazamiento total de diseño 5.5.3.- Fuerzas laterales mínimas para un sistema de aislamiento 5.5.4.- Desplazamiento máximo y desplazamiento total máximo. 5.5.5.- Dimensionamiento del aislador 5.6.- Proceso para el diseño de aisladores elastoméricos con núcleo de plomo 5.6.1.- Pre dimensionamiento 5.6.2.- Área de plomo requerida 5.6.3.- Dimensionamiento del aislador 5.7.- Ejemplos de aplicación CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Recomendaciones  

ANEXOS Aplicación: Diseño de un edificio de mediana altura con aisladores sísmicos considerando características sísmicas locales. Procedimiento de modelación con aisladores sísmicos mediante software Syllabus propuesto para el curso Aislación Sísmica Otros 

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13.-BIBLIOGRAFIA

AVILES SALAZAR, Raúl. Dispositivos Para el Control de Vibraciones. Investigación, 2001 Valdivia - Chile: Universidad Austral de Chile, 251 pág. MEZA BLANDON, Roger / SANCHEZ GARCIA, Edgard. Guía del Diseño Sísmico de Aisladores Sísmicos Elastoméricos y de 2010 Fricción para la República de Nicaragua. Investigación, Managua - Nicaragua: Universidad Nacional de Ingeniería, 206 pág. HOLMES CONSULTING GROUP Ltd. Base Isolation of Structures. Primera edición, 2001 Nueva Zelanda: Holmes Consulting Group, 247 pág. WAI-FAH CHEN / CHARLES SCAWTHORN. Earthquke Engineering Handbook . Primera edición, 2003 USA: Series Editor, 1000 pág. AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS. Minimun Design Loads for Buildings and Other Structures . Primera 2006 edición, Virginia: ASCE, 460 pág. SANDOVAL BALLARTE, Jaime. Propuesta de Norma Peruana para Estructuras Aisladas 2011 Sísmicamente. Lima, 10 pág. PAZ, Mario 2000

Dinámica Estructural . Tercera edición, Barcelona: Editorial Reverte, 120 pág.

SAN BARTOLOMÉ, Ángel Análisis de Edificios. Segunda edición, Lima: Fondo Editorial 2000 PUCP, 500 pág. MINISTERIO DE VIVIENDA, CONSTRUCCION Y SANEAMIENTO Reglamento Nacional de Edificaciones . Tercera edición, 2010 Lima: Grupo Editorial Megabyte, 655 pág.


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10.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

La presente investigación está planificada de acuerdo al siguiente cronograma de actividades a desarrollar: MES 1

DESCRIPCION

ITEM

1

2

3

MES 2

4

1

2

3

MES 3

4

1

2

3

MES 4

4

1

2

3

MES 5

4

1

2

3

MES 6

4

1

2

3

4

RECOLECCION DE INFORMACI N 01.0 DEL PROYECTO ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE 02.0 INFORMACIÓN

03.0

DESARROLLO DE LA ETAPA TEÓRICA

04.0

DESARROLLO DE LA ETAPA DE DISEÑO Y APLICACIÓN REDACCIÓN Y PRESENTACIÓN DE INFORME REVISI N Y CORRECCI N DE INFORME PRESENTACI N DE INFORME DEFINITIVO

05.0 06.0 07.0

11.- PRESUPUESTO ITEM 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0

PARTIDA

Impresiones, copias, útiles de escritorio Computadora Softwares de uso y aplicación Internet (6 meses) Transporte Otros TOTAL

M ONTO (S/.)

300.00 2000.00 5000.00 600.00 200.00 250.00 8350.00

El monto total corresponde a S/. 8350.00 (Ocho mil trescientos cincuenta nuevos soles).El total del presupuesto (S/. 8350.00) será asumido por el Tesista con recursos propios.


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