PROYECTO DE INVESTIGACION.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL

“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

“Amortiguamiento de vibraciones sísmicas en edificaciones con el aislado de su base”

Escuela académica : Ingeniería Civil

Código del curso : CII – 04

Año y semestre académico: 2013 – I

Ciclo : III

Docente : Msc. Ing. Marco Antonio Silva Lindo

Responsables : COTRINA CAMPOS Nancy Milagros

DE LA CRUZ MENDOZA Franz Rossvelt

JARA LUNA Richard Robinson

HURAZ – PERU

2013

INTRODUCCIÓN

En la rama de la construcción son diversos los métodos utilizados para

contrarrestar los movimientos sísmicos.

En el presente trabajo nos ocuparemos de un mecanismo en específico: El

aislado de base. Dicho sistema utiliza almohadillas de apoyo, estas

almohadillas están hechas en forma de sándwich, en capas de acero y algún

material elástico (goma, hule, silicona, etc.). Lo cual le otorga flexibilidad

horizontal y rigidez vertical, haciéndola muy resistente a los terremotos.

Estos dispositivos son utilizados en un conjunto de apoyos que brindan una

protección contra los terremotos reduciendo la cantidad de energía sísmica que

llega a una estructura.

Un dispositivo de amortiguación ayuda a estabilizar las columnas de la

estructura, que tienden a moverse cuando el suelo se agita a causa de un

terremoto, razón por el cual el método en estudio; limitará la cantidad de daños

que soporta una estructura durante un terremoto.

I. TÍTULO:AMORTIGUAMIENTO DE VIBRACIONES SÍSMICAS EN EDIFICACIONES CON EL AISLAMIENTO DE SU BASE

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1. ENUNCIADO DEL PROBLEMA

ANTECEDENTES

Durante el transcurso de los años nuestro país a experimentado

en sus diferentes departamentos terremotos que han ocasionado

muchas pérdidas humanas, una de las más importante que podemos

mencionar es lo sucedido el 31 de mayo de 1970, cuyo epicentro se

halló frente a las costas de las ciudades de Casma y Chimbote cuya

magnitud fue de 7,8 grados en la escala de Richter cuyas

consecuencias fueron devastadoras. Las muertes se calcularon en

80000 y hubo aproximadamente de 20000 desaparecidos, si bien en

lugares como Recuay, Aija, Casma, Huarmey, Carhuaz y Chimbote

la destrucción de edificios osciló entre 80% y 90%. Se calculó el

número de afectados en 3.000.000.

También podemos mencionar lo ocurrido el 15 de agosto del 2007

cuyo epicentro se localizó en las costas del centro del Perú a 40

kilómetros al oeste de Chincha Alta y a 150 km al suroeste de Lima,

y su hipocentro se ubicó a 39 kilómetros de profundidad. Fue uno de

los terremotos más violentos ocurridos en el Perú en los últimos

años; el más poderoso (en cuanto a intensidad y a duración), pero

no el más catastrófico, desde ese punto de vista el terremoto de

1970 produjo miles de muertos. La magnitud destructiva del

terremoto también causó grandes daños a la infraestructura que

proporciona los servicios básicos a la población, tales como agua y

saneamiento, educación, salud y comunicaciones.

CARACTERÍSTICAS

• Las edificaciones no tienen un sistema de amortiguamiento

adecuado, razón por la cual muchas de esas edificaciones colapsan ante

un movimiento sísmico, causando daños materiales y pérdida de vidas

humanas.

• Las construcciones no se ejecutan con materiales adecuados, como

son las casas construidas de adobe (arcilla amoldada en forma de un

paralelepípedo) las cuales tienen un alto riesgo de colapsar ante un

movimiento sísmico.

DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA

De acuerdo a los acontecimientos en el transcurso de los años; se

ha podido notar que en nuestro país la mayoría de las edificaciones no

cuentan con un sistema antisísmico; razón por la cual ante un

movimiento sísmico colapsan rápidamente ocasionando pérdidas

humanas y un gran daño en las infraestructuras.

2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿El aislado de base elastomerico amortiguará las ondas sísmicas en las edificaciones?

3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Mediante el método del aislado de base que cumplirán la función de

disipar la energía sísmica se diseñará estructuras que puedan soportar

movimientos sísmicos.

Teniendo la necesidad de contar con una infraestructura que nos brinde

seguridad en todo momento, se diseñara estructuras seguras y de bajo

presupuesto.

4. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Las limitaciones que se presentan en la investigación son no contar con instrumentos o equipos que nos ayuden hacer los cálculos, como son los simuladores de sismos y otros equipos necesarios para la investigación.

III. OBJETIVOS.

A. OBJETIVO GENERAL.Diseñar un sistema de amortiguamiento que disipe las ondas sísmicas, dando mayor resistencia a las edificaciones.

B. OBJETIVO ESPECIFICO.- Aislar la base de una edificación del terreno mismo- Utilizar almohadillas que resistan de manera vertical y

horizontal las ondas sísmicas

IV. MARCO TEÓRICO Y MARCO CONCEPTUAL.

A. MARCO TEÓRICO.

1. IMPORTANCIA DE UN SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO EN LAS ESTRUCTURAS

1.1. LOS SISTEMAS DE AMORTIGUAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS EN LA ANTIGÜEDAD.

Los sistemas de amortiguamiento en estructuras no es algo nuevo, pues es un conocimiento que viene ya desde la antigüedad, cuando sumerios, griegos, romanos bizantinos entre otros utilizaban procedimientos para proteger sus estructuras del efecto de los sismos. (PEÑA 2007, 5-6 ).

En el año 2000 a.c en Knossos (Creta), habían desarrollado un cierto tipo de aislamiento de base, que consistía en colocar una capa de arena fina debajo de la cimentación de la construcción, con el fin de generar una especie de apoyo deslizante. (PEÑA 2007, 5-6).

Otro sistema parecido se utilizó en Chokrak, donde se colocó la cimentación del templo sobre una capa gruesa de arcilla y otras dos capas, la primera estaba conformada de piedras de mediano tamaño y la segunda conformada de piedras más pequeñas. (PEÑA 2007, 5-6).

Todos estos métodos de construcción aplicados en la antigüedad, dieron paso al desarrollo de los procedimientos de

aislamientos de base actuales. El primer intento moderno por utilizar un sistema de aislamiento en edificaciones se dio en la Escuela Heinrich Pestalozzi, en Skopje Yugoslavia, en 1969, mediante un método suizo denominado “aislamiento total de la base en tres direcciones utilizando vigas de caucho natural sin reforzar”. A partir de este edificio se empezó la experimentación, implementación y patentado de sistemas en los Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda. (PEÑA 2007, 5-6).

1.2. IMPORTANCIA DE LOS SISTEMA DE AMORTIGUAMIENTO EN UNA ESTRUCTURA.

Los sistemas de amortiguamiento son dispositivos que buscan reducir la energía que entra a una estructura durante un sismo. El efecto que se busca es que el suelo se mueva y la estructura permanezca esencialmente quieta. (Pontificie Universidad Católica de Chile).

Dispositivos de amortiguamiento:

2. AISLADO DE BASE ELASTOMÉRICO

2.1. DEFINICIÓN Los aisladores elastomericos son apoyos de forma de un cilindro o de un paralelepípedo, que están compuestos por capas alternadas de goma y por múltiples láminas de acero unidas entre sí por un proceso de vulcanización y en los extremos superior e inferior están acoplados planchas de acero anclados, los cuales van conectados a la estructura y a la cimentación. (Aguilar, Almazan, Dechent y Suarez 2008, 24).

2.2. CARACTERÍSTICAS.

Los apoyos elastoméricos presentan las siguientes características:

Es resistente a la corrosión(oxidación, carbonatación) y a al envejecimiento(UBA)

Soporta temperaturas que oscilan entre - 40 y 50 °C. (UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES)

2.3. PROPIEDADES ELÁSTICAS.

La flexibilidad horizontal se debe a la goma que hay entre dos láminas de acero, cuanto más gruesa sea será más flexible será el apoyo.

La rigidez vertical, es debido a las placas de acero que inhibe la expansión lateral de la goma que resulta de la presión vertical((Aguiar, Almazan, Dechent y Suarez 2008, 24)

3. COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA CON AISLADO DE BASE ANTE UN MOVIMIENTO SÍSMICO.

En el siguiente diagrama se muestra dos edificios antes de un movimiento sísmico, uno de ellos empotrado al terreno y el segundo con los apoyos elastoméricos.

Ahora veamos el comportamiento de los edificios ante un movimiento sísmico. El edificio de la izquierda muestra un cambio de forma de un rectángulo a un paralelogramo, lo cual indica que el edificio se está deformando. El edificio aislado en la base mantiene su forma original, forma rectangular, siendo los aisladores los que se deforman.

Experimentos y observaciones de edificios con aislamiento en la base en terremotos muestran una reducción en la aceleración del edificio a una cuarta parte de la aceleración de edificios empotrados en la base. La aceleración disminuye porque el

sistema de aislamiento en la base alarga el periodo de vibración del edificio, el tiempo que toma al edificio en desplazarse de un lado a otro. En general, estructuras con periodos largos de vibración aceleración tienden a reducir la aceleración y viceversa (UNIVERSIDAD DE LOS ANDES- BOGOTÁ)

B. MARCO CONCEPTUAL.

Para el siguiente trabajo de investigación se debe tomar en cuenta las siguientes definiciones:

GOMA: material que resulta de la combinación de diversos elastómeros y otros aditivos químicos.

V. HIPÓTESIS Y VARIABLES- HIPÓTESIS.

El aislado de base elastomerico amortiguara las ondas sísmicas en las edificaciones.

- VARIABLES.i. VARIABLE INDEPENDIENTE: EL AISLADO DE BASE

ELASTOMÉRICO

DEFINICIÓN CONCEPTUALDispositivo de amortiguamiento, compuesto por goma y láminas de acero.

DEFINICIÓN OPERACIONALEs un dispositivo, que tiene flexibilidad en la horizontal y rigidez en la vertical.

INDICADORESCantidad de movimiento que se puede observar en la estructura al someter a un movimiento sísmico

ii. VARIABLE DEPENDIENTE: LAS ONDAS SÍSMICAS EN LAS EDIFICACIONES

DEFINICIÓN CONCEPTUALLas ondas sísmicas son las vibraciones en las que se dispersa la energía a partir de un foco(epicentro o hipocentro).

DEFINICIÓN OPERACIONALMovimiento de la superficie terrestre

INDICADORESCantidad de daños ocasionados en las edificaciones

VI. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.A. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

TIPO: cuantitativoDISEÑO DE INVESTIGACIÓN: investigación experimental

B. MÉTODOS, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS- TÉCNICA: observación personal, observación con medios

electrónicos.- INSTRUMENTO: hoja de registro.

MAQUETA SIN EL AISLADOR MAQUETA CON EL AISLADOR

LECTURA

OBSERVACIONES

C. PLAN DE RECOPILACIÓN DE DATOSETAPA I:

- Someter a movimientos nuestras maquetas de edificios.ETAPA II:

- Tomar las lecturas del movimiento sísmico en las maquetas, estas lecturas lo vamos a hacer con un dispositivo electrónico.

- Tomar nota de las observaciones, de lo que va sucediendo.

D. PLAN DE PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.a) FORMA DE PROCESAMIENTO.

- Las lecturas hechas por el dispositivo electrónico comparar las lecturas y ver si ha existió algún cambio.

- Hacer una comparación de las observaciones realizadas.

b) PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN Y LOS RESULTADOS.

-

c) CONTRASTACIÓN DE LA HIPÓTESIS.-

VII. CRONOGRAMA

N° Actividad Periodo en que se desarrollará

desarrollo

ETAPA DE PLANEAMIENTO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN1 Recopilación de ideas 8 de agosto Finalizado

2Elección del tema y revisión bibliográfica

Del 9 al 12 de agosto Finalizado

3 Elección del título12 al 15 de

agosto Finalizado

4 Formulación del problema15 al 21 de

agosto Finalizado

5Exposición del proyecto (primera parte)

22 de agosto Finalizado

6 Objetivos (general y específicos)22 al 25 de

agosto Finalizado

7 Elaboración del marco teórico22 al 25 de

agosto Finalizado

8 Hipótesis y variables25 al 29 de

agosto Finalizado

9 Cronograma del proyecto29 de agosto al 3

de setiembre Finalizado

10 Bibliografía4 y 5 de

setiembre Finalizado

11Exposición del proyecto (segunda parte)

11 de setiembre Finalizado

ETAPA DE DESARROLLO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

12 Elaboración del plano13 al 19 de setiembre Falta

13 Adquisición de materiales20 y 21 de setiembre Falta

14 Diseño de los apoyos de gomaDel 25 al 29 de

setiembre Falta

15Construcción de maquetas de edificios

Del 1 al 3 de octubre Falta

16Construcción de la mesa vibradora

Del 19 al 20 de octubre Falta

17 Prueba experimental 21 de octubre Falta

18Exposición del proyecto (tercera parte)

17 de octubre Falta

VIII. PRESUPUESTO.El presupuesto para el desarrollo de la investigación:

MATERIALESUNIDAD MEDIDA COSTO UNITARIO S/. CANTIDAD SUB TOTAL

PLANCHAS DE TRIPLAY m2 25 2 50LISTONES DE MADERA DE 2m m 10 2 20CLAVOS DE 1 pulg. kg. 5 1/4 1.3CLAVOS DE 2 pulg. Kg. 5 1/2 2.5SILICONA Und. 8 1 8SILICONA EN BARRAS Und. 1 3 3SIERRA (STANLEY) Und. 5 1 5

COSTO TOTAL 89.8

IX. BIBLIOGRAFÍA.

- Antonio Francisco Peña Mora. 2007. Análisis sísmico plano de estructuras con aisladores elastomericos.

- Roberto Aguiar Falconi, José Luis Almazan, Peter Dechent, Vinicio Suarez. Aisladores de Base Elastomericos y FPS

- UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES- PONTIFICIE CATÓLICA DE CHILE- UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DE BOGOTA- UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CHILE