DISEO DE EDIFICIOS HOSPITALARIOS CON AISLAMIENTO SSMICO Alejandro

DISEÑO DE EDIFICIOS HOSPITALARIOS CON AISLAMIENTO SÍSMICO Alejandro Muñoz Gerente de Proyectos PRISMA INGENIERIA Profesor Principal PUCP Abril 2017

NORMATIVA NACIONAL DE DISEÑO SISMORRESISTENTE:

E. 030 Capítulo 3. 1 Categoría y Factor de Uso Tabla N° 5 CATEGORÍA DE LAS EDIFICACIONES Y FACTOR “U” A Esenciales Categoría Descripción Factor U A 1: Establecimientos de salud del Sector Salud (públicos y privados) del segundo y tercer nivel, según lo normado por el Ministerio de Salud. Ver Nota 1 A 2: Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después de un sismo severo : - Establecimientos de salud no comprendidos en la categoría A 1. - Puertos, aeropuertos, …. - Edificaciones cuyo colapso puede representar un riesgo adicional, tales como grandes hornos, fábricas … 1. 5 Nota 1: …Tendrán aislamiento sísmico en la base cuando se encuentren en la zona 4 y 3. En las zonas 1 y 2, la autoridad responsable podrá decidir si usa o no aislamiento sísmico. En caso no se decida utilizar aislamiento…el valor de U será como mínimo 1. 5

Sismicidad

Probabilidad de Excedencia (%) Periodo de Retorno y Probabilidad de Excedencia 100% 90% 80% 63 % 70% 60% 50% 40% Edificio Aislado 30% 10 % 20% 10% 0% 10 50 1000 500 10000 Periodo de Retorno (años)

Probabilidad de Excedencia (%) … 12% 10% 8% 6% 4% 2% 2% 0% 1000 500 10000 2500 Periodo de Retorno (años)

Aceleración para Distintos Periodos de Retorno en la costa del Perú Aceleración (g) Ciudad Tr=50 años Piura Trujillo Lima Tacna 0. 20 0. 19 0. 22 0. 19 A 500/ Tr=500 A 50 años 0. 38 0. 41 0. 42 0. 40 1. 9 2. 2 1. 9 2. 1

…. Aceleración (g) Ciudad Piura Trujillo Lima Tacna A 2500/ Tr=500 Tr=2500 A 500 años 0. 38 0. 41 0. 42 0. 40 0. 58 0. 62 0. 65 0. 60 1. 53 1. 51 1. 53 1. 50

Sismo de Diseño y Sismo Máximo X 1. 5 0, 7 Aceleración (g) 0, 6 0, 5 0, 4 ÷ 2 0, 3 0, 2 0, 1 0 10 100 50 Sismo Frecuente 1000 500 Sismo Diseño TR (años) 2500 Sismo Máximo

… NTE-030 -2006 Y 2016 ESCENCIALES U=1. 5 Tr=2500 años IMPORTANTES U=1. 3 Tr=1300 años COMUNES U=1. 0 Tr=500 años Nota: 2006: No se especificó los Terminales 2016: Se especifica los Terminales

Desempeño

Desempeño Esperado en Edificaciones Comunes SIN DAÑO 100 CON DAÑO 475 TR (años)

Desempeño Deseado en Edificaciones Esenciales SIN DAÑO 100 SIN DAÑO 475 TR (años)

Desempeño Esperado en Edificaciones Aisladas DAÑO LIGERO SIN DAÑO PEQUEÑO Siempre Ok 50 500 1000 : Sistema de Aislamiento siempre OK 2500 TR (años)

“Diseñar el edificio como si fuera de base fija y luego colocar los aisladores…”

“Diseñar el edificio como si fuera de base fija y luego colocar los aisladores…” NO!

El edificio aislado es un sistema dinámico cuyas componentes (superestructura y sistema de aislamiento) necesitan armonizarse.

“Agregar más amortiguamiento es siempre mejor”

“Agregar más amortiguamiento es siempre mejor” NO!

Transmisión de energía al edificio Fuerza lateral “V”

50 V 40 30 20 10 -300 -200 -100 0 D 0 100 200 300 -10 -20 -30 -40 -50 A mayor trabajo de V sobre el edificio, mayores derivas y aceleraciones en la superestructura. SISTEMA 1 SISTEMA 2

“El salto del periodo aislado respecto al de base fija puede ser pequeño si ya llegó al cortante mínimo” x 1. 50? ? 0, 650 Sa (g) ¿ 0, 550 T. Aislado T. Fijo 0, 450 0, 350 0, 250 0, 150 0, 050 -0, 050 0 0, 5 1 1, 5 2 T (s) 2, 5 3 3, 5 4

“El salto del periodo aislado respecto al de base fija puede ser pequeño si ya llegó al cortante mínimo” NO!

Si la estructura tuviera rigidez muy alta (estructura como sólido rígido): Si no existiera aislamiento:

Modo Fundamental de Vibración

Factores de Reducción y Uso para Edificios Aislados R=2 R=1 y 2 U=1

Y Análisis Tiempo-Historia X

Componentes originales Acel. (g) Sa(g) X-X Acel. (g) T(s) Sa(g) Y-Y T(s)

RCSC Sa(g) T(s) X-X Sa(g) Y-Y RCSC T(s)

Componentes escaladas al espectro Acel. (g) EC X - X Acel. (g) T(s) Sa(g) EC Y - Y T(s) Sa(g) T(s)

Sa(g) X T(s) fx X fy Sa(g) T(s)

Requerimientos de cargas en los dispositivos (ASCE 7 -10) Pseudo-Aceleración (Sa) vs. Periodo (t) 1, 80 SMS 1, 60 1, 40 Sa (g) 1, 20 1, 00 0, 80 DBE 0, 60 MCE 0, 40 0, 20 0, 00 0 0, 5 1 1, 5 2 T (s) 2, 5 3 3, 5 4

INGENIERÍA DE VALOR EN EL DISEÑO DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO “Desarrollo de múltiples alternativas con un desempeño sísmico similar”

INGENIERÍA DE VALOR Caso: Nuevo edificio INEN

…. • • 9 PISOS 3 SÓTANOS

10 Pisos aislados Nivel de Aislamiento

Objetivos de desempeño Para el sismo de diseño, Tr = 500 años: • Deriva máxima: 3 ‰ • Aceleración máxima: 0. 2 g Para el sismo máximo, Tr = 2500 años: • Interface de Aislamiento -> ok!

Muro de contención SISMO MCE Tr =2 500 AÑOS Estructura Aislada Estructura Fija

Estructura de concreto armado

Muros de 20 a 60 cm ados a la estructura en el 1° nivel aislado Tracciones de 300 Ton en los dispositivos bajo los muros y en el perímetro.

Solución: Sintonización estructura – sistema de aislamiento 1. Se separan los muros de concreto ados a los pórticos. 2. Se flexibilizan algunas vigas del perímetro.

Sintonización estructura – sistema de aislamiento AISLAR MUROS

Muros de 60 cm. Losa de 60 cm.

Origen de la tracción en dispositivos AXIAL DE SISMO AXIAL DE GRAVEDAD

Eliminación de la tracción AXIAL DE SISMO AXIAL DE GRAVEDAD

Desempeño del edificio con tres alternativas de aislamiento • A 1: Péndulos de fricción triples. • A 2: Péndulos de fricción simples o dobles. • A 3: Aisladores LRB + deslizadores

Periodos de base fija y aislado T base fija= 1. 92 seg. T objetivo aislado= 5. 8 seg.

A 1: Péndulos de fricción triples

A 1: Constitutiva global con TFP

A 1: Constitutiva global con TFP Parámetro Periodo aislado "T" Desplazamiento de diseño "DD" Amortiguamiento @ DD Deriva max. (‰) Aceleración máx. (g) Valor 3. 2 16. 6 28. 4% 4. 2 0. 27

A 1: Constitutiva global con TFP - final Parámetro Periodo aislado "T" Desplazamiento de diseño "DD" Amortiguamiento @ DD Deriva max. (‰) Aceleración máx. (g) Valor 3. 5 19. 8 15. 9% 2. 6 0. 21

A 3: Propuesta con elastoméricos

A 3: Propuesta con elastoméricos CONSTITUTIVA GLOBAL DEL SISTEMA 2500 2000 1500 F. LATERAL (TON) 1000 -250 500 -200 -150 -100 -50 0 0 50 100 150 200 -500 -1000 -1500 -2000 -2500 DESPLAZAMIENTO (mm) Parámetro Periodo aislado "T" Desplazamiento de diseño "DD" Amortiguamiento @ DD Deriva max. (‰) Aceleración máx. (g) Valor 3. 7 20. 7 cm 15. 10% 2. 5 0. 19 250

Resumen de desempeño ALTERNATIVAS PARÁMETRO AISLADORES ELASTOMÉRICOS + DESLIZADORES AISLADORES FRICCIONALES TRIPLES AISLADORES FRICCIONALES SIMPLES

Conclusiones y recomendaciones • • Se puede alcanzar desempeño similar con aisladores de caucho y aisladores pendulares de fricción. La ingeniería de aislamiento debe desarrollarse con absoluta independencia de marcas y proveedores, y de rangos de valores disponibles de menor costo. El Trabajo conjunto entre arquitectura y estructuras desde el inicio del proyecto es decisivo para lograr un nivel adecuado de protección. Procurar que el periodo del sistema de aislamiento sea mayor a 3 veces el periodo del edificio de base fija, se puede lograr sólo si se logra un sistema estructural con rigidez apropiada.

muchas gracias!