Análisis comparativo de la respuesta dinámica entre una estructura sísmicamente aislada con aisladores LRB (LEAD RUBBER BEARING) Vs una estructura convencional

197 p.

Autores:
Marín Lagos, Edgar Camilo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad de Santander
Repositorio:
Repositorio Universidad de Santander
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.udes.edu.co:001/3812
Acceso en línea:
https://repositorio.udes.edu.co/handle/001/3812
Palabra clave:
Rubber bearings
Lead plug rubber bearing LRB
Seismic isolation
Response spectrum analysis
No linear response history analysis NLRHA
Aisladores elastómericos
Aislador elastomérico con núcleo de plomo
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openAccess
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Derechos Reservados - Universidad de Santander, 2019
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spelling Correa M, Rafael Antonio6cd81262-65bf-4d72-9b66-7943f1ff4b2c-1Marín Lagos, Edgar Camilof46f1635-86f8-4356-a874-ef741c8c3563-12019-10-04T21:38:57Z2019-10-04T21:38:57Z2019-06-13197 p.El aislamiento sísmico de base es una de las alternativas sismo-resistentes más eficientes a la hora de reducir los efectos de la acción sísmica sobre las estructuras, consiste en el desacoplamiento de la estructura en 2 secciones superestructura y subestructura mediante un sistema de aislamiento conformado por dispositivos de gran rigidez vertical pero con la rigidez horizontal necesaria para acomodar los desplazamientos y disipar la energía proveniente de la acción sísmica. En la presente investigación se desarrolla el análisis comparativo de la respuesta sísmica del bloque correspondiente a urgencias y quirófanos de una estructura hospitalaria implementando un sistema de aislación sísmica con aisladores elastómericos con núcleo de plomo LRB, contrastando los resultados con la misma estructura sin el sistema de aislación y así determinar las ventajas del aislamiento de base frente a una estructura construida bajo una metodología sismo-resistente tradicional. Se presenta el estado del arte y la base teórica referente a los tipos de aisladores, así como también el diseño de los dispositivos de aislación el cual está regido bajo el Design of Seismic Isolated Structures (Naeim & Kelly, 1999) y el LRFD-Based Analysis and Design Procedures for Bridge Bearings and Seismic Isolators (Constantinou, 2011), el marco normativo del diseño fue el (ASCE-7, 2016). El análisis de las estructuras fue llevado a cabo mediante análisis dinámico modal espectral y análisis dinámico cronológico no lineal, las variables de comparación empleadas fueron las derivas de piso, aceleraciones del último piso, desplazamientos de pisos, desplazamientos en la base y cortantes sísmicos basales, no se considera no linealidad en los elementos de la superestructura. Para el análisis y modelamiento se utilizó el programa ETABS v.2016, teniendo como base los planos estructurales existentes de la estructura de interés.Seismic base isolation is one of the most efficient earthquake-resistant alternatives to reduce the effects of seismic action on structures, consisting of decoupling the structure in 2 sections superstructure and substructure through an insulation system consisting of devices with high vertical rigidity but with the necessary horizontal rigidity for the displacements that dissipate the energy coming from the seismic action. In the present investigation, the comparative analysis of the seismic response of the block corresponding to emergencies and operating rooms of a hospital structure is developed by implementing a seismic isolation system with lead plug Bearing isolators LRB, contrasting the results with the same structure without the system of insulation and thus determine the advantages of base insulation against a structure built under a traditional seismic-resistant methodology. It presents the state of the art and the theoretical basis regarding the types of isolators, as well as the design of the insulation devices which is governed by the Design of Seismic Isolated Structures (Naeim & Kelly, 1999) and the LRFD-Based Analysis and Design Procedures for Bridge Bearings and Seismic Isolators (Constantinou, 2011), the normative framework of the design was the ASCE-2016. The analysis of the structures was carried out by dynamic response spectrum analysis and non-linear response history analyisis NLRHA, the comparison variables used were floor drifts, last floor accelerations, floor displacements, displacements at the base and baseline seismic shear. For the analysis and modeling, the ETABS v.2016 program was used, based on the existing structural plans of the structure of interest.PregradoIngeniero(a) Civil1. INTRODUCCION ..................................................................................................... - 26 - 2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................. - 28 - 3. JUSTIFICACION....................................................................................................... - 31 - 4. OBJETIVOS............................................................................................................... - 32 - 4.1 Objetivo general ..................................................................................................... - 32 - 4.2 Objetivos específicos .............................................................................................. - 32 - 5 ESTADO DEL ARTE.................................................................................................... - 33 - 5.1 Aislación de base en Estados Unidos ......................................................................... - 33 - 5.2 Aislación de base en Japón ........................................................................................ - 36 - 5.3 Aislacion de base en Europa ...................................................................................... - 38 - 5.4 Aislación sísmica en Nueva Zelanda ......................................................................... - 39 - 5.5 Aislación sísmica en Colombia .................................................................................. - 40 - 5.6 Sismo y sus efectos en las estructuras ........................................................................ - 48 - 5.7 Sistemas de disipación de energía pasiva ................................................................... - 49 - 5.8 Aisladores sísmicos de base ....................................................................................... - 49 - 5.9 Tipos de Aisladores sísmicos de Base ....................................................................... - 50 - 5.9.1 Aislador elastomérico de bajo amortiguamiento LDRB ................................. - 51 - 5.9.2 Aislador elastomérico con núcleo de plomo LRB .......................................... - 52 - 5.9.3 Aislador elastomérico de alto amortiguamiento HDRB ................................. - 53 - 5.9.4 Aisladores friccionales deslizantes ..................................................................... - 54 - 5.9.5 Sistemas de péndulo friccionante (FPS) ............................................................. - 55 - 6 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................. - 57 - 6.1 Método de análisis estático fuerza horizontal equivalente FHE ................................ - 57 - 6.1.2 Periodo fundamental de vibración ...................................................................... - 58 - 6.1.3 Fuerzas sísmicas horizontales equivalentes ........................................................ - 60 - 6.2 Análisis dinámico modal espectral ............................................................................. - 60 - 6.2.1 Número de modos de vibración .......................................................................... - 63 - 6.2.2 Calculo del cortante modal en la base ................................................................. - 63 - 6.2.3 Efectos direccionales. .......................................................................................... - 64 - 6.2.4 Torsión ................................................................................................................ - 64 - 6.3 Análisis dinámico cronológico no lineal (NLRHA, Nolinear Response History Analysis) ............................................................................................................................... - 64 - 6.4 Base teórica de la aislación sísmica ........................................................................ - 67 - 6.4 Modelamiento de aislador sismico como un modelo bilineal .................................... - 70 - 6.5 Características mecánicas de los aisladores de núcleo de plomo ............................... - 72 - 6.6 Diseño y dimensionamiento de un aislador LRB ....................................................... - 73 - 6.6.1 Procedimiento de diseño LRB ............................................................................ - 74 - 6.6.2 Detalles del aislador y cálculos de estabilidad y seguridad al pandeo ................ - 80 - 6.6.3 Estabilidad y pandeo ........................................................................................... - 84 - 7. ........................................................................................................................................... - 85 - 7. MARCO NORMATIVO .................................................................................................. - 86 - 8. METODOLOGIA ...................................................................................................... - 87 - 9. MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA DE BASE FIJA ................................. - 89 - 9.1 Características de diseño de la estructura y materiales .............................................. - 89 - 9.2 Definición de parámetros iniciales de Etabs ........................................................... - 89 - 9.3 Modelamiento columnas......................................................................................... - 95 - 9.4 Modelamiento vigas ............................................................................................... - 97 - 9.5 Modelamiento placa de piso Metaldeck ................................................................. - 99 - 9.6 Redistribución de la estructura hospitalaria .......................................................... - 104 - 9.6.1 Modelo bloque A ............................................................................................... - 105 - 9.6.2 Modelo bloque B ............................................................................................... - 107 - 9.7 Análisis de carga estática ...................................................................................... - 108 - 9.7.1 Cargas muertas sobre impuestas ....................................................................... - 109 - 9.7.2 Carga viva ......................................................................................................... - 109 - 10. PARAMETROS DE ANALISIS SISMICO DEL PROYECTO ............................. - 112 - 10.1 Zona de amenaza sísmica .................................................................................. - 112 - 10.2 Coeficientes aceleración (Aa) y velocidad (Av) pico efectiva para ESPECTRO DE DISEÑO - 113 - 10.3 Tipo de perfil del suelo ..................................................................................... - 116 - 10.4 Coeficientes de amplificación de la aceleración en la zona de periodos cortos e intermedios Fa y Fv ............................................................................................................ - 116 - 10.5 Grupo de uso y coeficiente de importancia I .................................................... - 117 - 11. DETERMINACION DEL ESPECTRO DE DISEÑO NSR-10 Y EL ESPECTRO OBJETIVO PARA EL DISEÑO DE LOS AISLADORES (MCER) ASCE-7-2016 ............. - 119 - 11.1 Construcción del espectro elástico de diseño (DBE) ........................................ - 119 - 11.2 Construcción espectro MCER ........................................................................... - 122 - 12. ANALISIS SISMICO DE LA ESTRUCTURA DE BASE FIJA ............................ - 125 - 12.1 Consideraciones del análisis estructural. .......................................................... - 125 - 12.1.1 Fuente de masa .......................................................................................... - 125 - 12.1.2 Efectos ortogonales de acción sísmica ...................................................... - 125 - 12.1.3 Diafragma rígido ........................................................................................ - 125 - 12.1.4 Torsión accidental ...................................................................................... - 125 - 12.1.5 Rigidez lateral y deriva máxima ..................................................................... - 126 - 12.2 Análisis Estático: Fuerza Horizontal Equivalente FHE. ................................... - 126 - 12.2.1 Asignación efecto P-Delta en Etabs. ......................................................... - 126 - 12.2.2 Determinación de los modos de vibración mediante análisis modal espectral. .. - 127 - 12.2.3 Periodo para el análisis FHE ..................................................................... - 131 - 13 DISEÑO PRELIMINAR DE LOS AISLADORES ELASTOMERICOS LRB ...... - 136 - 13.1 Consideraciones para el diseño de los aisladores sísmicos ............................... - 136 - 13.2 Diseño aisladores LRB ..................................................................................... - 137 - 13.2.1 Propiedades mecánicas para el modelamiento bilineal ............................. - 137 - 13.2.2 Dimensiones del aislador ........................................................................... - 142 - 13.2.3 Estabilidad y pandeo .................................................................................. - 143 - 14 MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA AISLADA Y AISLADORES ......... - 146 - 15. PARAMETROS PARA EL ANALISIS DINAMICO CRONOLOGICO NO LINEAL (NLRHA) ................................................................................................................................ - 150 - 15.1 Selección de acelerogramas .............................................................................. - 150 - 15.1.1 Criterios de selección de acelerogramas .................................................... - 150 - 15.1.2 Acelerogramas obtenidos PEER ................................................................ - 152 - 15.2 Escalado de acelerogramas ............................................................................... - 159 - 15.3 Revisión del Escalamiento según la NSR-10 .................................................... - 160 - 16 Analisis comparativo entre la estructura aislada y fija. ............................................ - 165 - 16.1 Modos de vibración........................................................................................... - 166 - 16.2 Aumento del periodo de vibración .................................................................... - 167 - 16.3 Cortante basal.................................................................................................... - 168 - 16.4 Derivas de piso .................................................................................................. - 171 - 16.5 Aceleraciones en el último piso ........................................................................ - 178 - 16.6 Desplazamientos en la base .............................................................................. - 181 - 17. CONCLUSIONES ................................................................................................... - 184 - 18. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... - 187 - 19. ANEXOS .................................................................................................................. - 190 - 19.1 Diseño aislador Lower bound properties diseño final. ..................................... - 190 - 19.1.1 Dimensiones del aislador ........................................................................... - 192 - 19.1.2 Estabilidad y pandeo .................................................................................. - 194 - 19.2 Detalle aisladores .............................................................................................. - 196 -Ej. 1application/pdfT 20.19 M174ahttps://repositorio.udes.edu.co/handle/001/3812spaBucaramanga : Universidad de Santander, 2019Facultad de IngenieríaIngeniería CivilAlcaldia de Bogotá. (4 de OCTUBRE de 2018). INSTITUTO DISTRITAL DE GESTION DE RIESGOS Y CAMBIO CLIMATICO. Obtenido de INSTITUTO DISTRITAL DE GESTION DE RIESGOS Y CAMBIO CLIMATICO: http://www.idiger.gov.co/rsismicoASCE-7. (2016). 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