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    DISEÑO DE AISLADORES - Rev02

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    DISEÑO DE AISLADORES_Rev02

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    DISEÑO DE ESTRUCTURAS

    AISLADAS
    AREA DE PROTECCIÓN ANTISISMICA
    INTRODUCCIÓN
    El objetivo de aislar una estructura es reducir el
    daño No estructural.
    El daño No estructural causa perdidas humanas y
    económicas así como daño de equipos de alto
    costo.
    Como se comporta una estructura aislada?
    Incremento de
    periodo
    fundamental y
    amortiguamiento.

    Reducción de
    aceleraciones,
    derivas y esfuerzos.
    Incremento de
    desplazamiento en
    la base, incremento
    de junta sísmica.
    Partes de una Estructura Aislada
    1. SISTEMA DE AISLAMIENTO
    2. SUPER-ESTRUCTURA
    3. SUB-ESTRUCTURA
    Sistema de Aislamiento:
    AISLADOR: De gran rigidez vertical y
    flexible horizontalmente
    DESLIZADOR: Elemento que trabaja a
    base fricción.
    SUPER-ESTRUCTURA Y SUB-ESTRUCTURA
    Con semi sótano
    SUPER-ESTRUCTURA Y SUB-ESTRUCTURA
    Con sótano
    1. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DEL SISTEMA
    DE AISLAMIENTO
    Es un proceso iterativo, en el cual se hallan
    propiedades dinámicas y geométricas de tal
    forma que mejoren el comportamiento de la
    estructura ante eventos sísmicos.
    NORMAS A USAR

    ASCE/SEI 7-2010: Capítulo 17-Seismic Design


    Requirements for Seismically Isolated Structures.

    Reglamento sísmico
    PROCEDIMEINTOS DE ANÁLISIS(según
    ASCE/SEI 7-2010 )

    -PROCEDIMIENTO DE FUERZA LATERAL


    EQUIVALENTE
    -PROCEDIMIENTO DINÁMICO
    -ESPECTRAL
    -TIEMPO - HISTORIA
    PARAMETROS INICIALES

    SISMO DE DISEÑO
    sismo que tiene el 10% de probabilidad de ser
    excedido en 50 años.

    SISMO MÁXIMO
    sismo que tiene el 2% de probabilidad de ser
    excedido en 50 años: =1.5*(sismo diseño).
    PERIODO Y AMORTIGUAMIENTO OBJETIVO

    PERIODO: Tais = (2.5~3) .T


    AMORTIGUAMIENTO:
    Table 17.5-1 Damping Coefficient, BD or BM

    Effective Damping
    BD or BM
    (percentage of critical)
    ≤2 0.8
    5 1.0
    10 1.2
    20 1.5
    30 1.7
    40 1.9
    ≥50 2.0
    DESPLAZAMIENTO DE LA ESTRUCTURA

    Desplazamiento de Diseño y Máximo

    Donde:
    Δ : Desplazamiento de la estructura aislada.
    Sa : Aceleración espectral con 5% de amortiguamiento.
    T : Periodo objetivo del sistema de aislamiento.
    β: Coeficiente de amortiguamiento
    g : Gravedad.
    Desplazamiento de Diseño y Máximo Total

    Donde:
    Δ : Desplazamiento de la estructura aislada.
    Δ T: Desplazamiento total de la estructura aislada,
    considerando excentricidad accidental.
    y: Distancia entre el centro de rigidez del sistema de
    aislamiento y el elemento más distante.
    e: Excentricidad accidental, considerada como el 5% del
    lado perpendicular al sismo en análisis.
    b y d : Dimensiones en planta de la estructura

    EJEMPLO DE SALIDA DE DATOS

    •Desplazamiento de Diseño (DD): DD=16 cm


    •Desplazamiento total de Diseño (DTD): DTD=19.5 cm
    •Desplazamiento Máximo (DM): DM=25 cm
    •Desplazamiento Máximo Total (DTM): DTM=31 cm
    CALCULO DE CARGAS EN CADA
    ELEMENTO
    Centro de cargas y rigidez del sistema
    DISEÑO DE AISLADORES ELASTOMERICOS
    PROPIEDADES GEOMÉTRICAS

    Diámetro:
    Carga Máxima: Pu = 1.5 (CM + 0.5*CV)
    Esfuerzo máximo de compresión: σmáx = 800 tn/m2

    Altura: caucho

    Las dimensiones son referenciales


    PROPIEDADES DINÁMICAS
    PROPIEDADES DINÁMICAS
    Ke: Rigidez elástica

    Kd o K2: Rigidez pos fluencia

    Qd: Fuerza de histéresis

    Keff: Rigidez efectiva

    Fy: Fuerza de fluencia

    EDC: Energía disipada por ciclo


    Kd o K2: Rigidez pos fluencia

    Donde:
    Kd: Rigidez pos-fluencia.
    G : Modulo de corte, puede variar entre 30 y 90 tn/m2.
    Ae : Área en planta del caucho.
    hc: Altura total del caucho.

    Ke: Rigidez Elástica


    Qd: Fuerza de Histéresis

    Donde:
    Qd: Fuerza histeretica.
    σy: Esfuerzo de fluencia del plomo, puede variar entre 670-1510
    tn/m2.
    Ap : Área en planta del plomo.
    Fy: Fuerza de fluencia

    Δy: Deformación a fluencia


    RIGIDEZ Y AMORTIGUAMIENTO EFECTIVO
    Keff: Rigidez efectiva

    EDC: Energía disipada por ciclo


    Beff: Amortiguamiento efectivo

    Salida de datos
    EJEMPLO DE SALIDA DE DATOS

    •Rigidez Efectiva de Diseño(KeffD): KeffD= 145 tn/m


    •Rigidez Efectiva Máxima (Keff M): Keff M= 110 tn/m
    •Amortiguamiento Efectivo de Diseño(βeffD): βeffD = 23 %
    •Amortiguamiento Efectivo Máximo(βeffM): βeffM = 18%
    Kv: Rigidez vertical
    Es similar al de una columna de concreto,
    depende básicamente del área del
    aislador.
    𝐸𝑣 ∗ 𝐴𝑛
    𝐾𝑣 =
    𝑁 ∗ 𝑡𝑖

    1
    𝐸𝑣 =
    1 1
    +
    𝐸𝑐 𝐾

    𝐸𝑐 = 𝐸0 (1 + 2𝑘𝑆 2
    Capacidad Axial a Máximo desplazamiento
    Se calcula a un desplazamiento DTM, el área se reduce por un factor
    R:
    2 𝐵2 − 𝐷𝑇𝑀2
    𝐵 ∗ 𝐴𝑟𝑐𝑠𝑒𝑛 − 𝐷𝑇𝑀 ∗ 𝐵2 − 𝐷𝑇𝑀2
    𝑅 ∆ =2∗ 𝐵
    𝜋 ∗ 𝐵2
    DISEÑO DE DESLIZADORES

    PROPIEDADES DINÁMICAS

    Ke: Rigidez elástica

    μ : Coeficiente de fricción

    Keff: Rigidez efectiva

    EDC: Energía disipada por ciclo


    PROPIEDADES DINÁMICAS

    Keff: Rigidez efectiva


    Beff: Amortiguamiento efectivo

    Salida de datos
    EJEMPLO DE SALIDA DE DATOS

    •Rigidez Efectiva de Diseño(KeffD): KeffD= 15 tn/m


    •Rigidez Efectiva Máxima (Keff M): Keff M= 9 tn/m
    •Amortiguamiento Efectivo de Diseño(βeffD): βeffD = 64 %
    •Amortiguamiento Efectivo Máximo(βeffM): βeffM = 64%
    PROPIEDADES DEL SISTEMA DE AISLAMIENTO

    Keff SIS: Rigidez efectiva del sistema

    Beff SIS: Amortiguamiento efectivo del sistema


    PERIODO FUNDAMENTAL (Fuerza Lateral
    equivalente)

    Este periodo debe de ser muy parecido al que


    se planteo al inicio y luego ser verificado en el
    análisis dinámico
    Capacidad de restauración del sistema
    Solo se considera el aporte de los aisladores
    50%𝐊 𝐝 ∗ 𝐃𝐓𝐃 ≥ 2.5%𝐖
    ANÁLISIS DINÁMICO

    ESPECTRO DE DISEÑO

    A(g)=ZUCS/R(g)

    Z : Factor de zona sísmica


    U: Factor de uso=1
    C: Factor de amplificación dinámica
    S: Factor de suelo
    R: Factor de reducción por ductilidad
    ANÁLISIS EN PROGRAMAS

    ANÁLISIS DINÁMICO LINEAL

    Propiedades a introducir al programa


    (ETABS)
    -Rigidez efectiva (Keff)
    -Factor de amortiguamiento
    Verificaciones:

    -El modo fundamental no debe de presentar


    torsión.

    -Las derivas de entrepiso son verificadas


    con el sismo de diseño.

    -Se verifican las tracciones en los aisladores


    y deslizadores.

    -Desplazamientos en la base
    2. DISEÑO DE LA SUPER ESTRUCTURA
    Se usa el sismo de diseño, con un factor R1, que
    depende del sistema estructural a usar.
    3. DISEÑO DE LA SUB ESTRUCTURA
    Se usa el sismo de diseño, con un factor R = 1
    Momentos de segundo Orden en sub y
    super estructura

    P ∗ DD
    MA = + V ∗ H1
    2

    P ∗ DD
    MB = + V ∗ H2
    2
    Momentos de segundo Orden en sub y
    super estructura

    Para el calculo considerar el desplazamiento


    de diseño Dd y la fuerza de corte para sismo
    de diseño.
    Diseño de capiteles

    -Carga axial.
    -Momento de segundo orden.
    -Peralte mínimo para cumplir longitud de
    empotramiento del acero de columna.
    -Verificación de distancia al borde del perno del
    aislador.
    -Peralte típico mayor en 10 cm al peralte de las
    vigas de conexión.
    -Estribos horizontales mínimos.
    Acero en capiteles
    Acero en capiteles
    Armadura típica en la conexiones de los
    aisladores
    Armadura típica en la conexiones de los
    aisladores
    Diseño de Pedestales
    -Carga axial.
    -Momento de segundo orden.
    -Verificación de distancia al borde del perno del
    aislador.
    -Estribos horizontales mínimos.
    www.cdvperu.com

    Av. Javier Prado Este 3349


    San Borja, Lima
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