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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

EFECTO EN LA RESPUESTA SISMICA DE EDIFICIOS CON AISLADORES DE BASE

UBICADOS EN ENTREPISOS SUPERIORES

Raúl Vera Noguéz 1 , Israel Contreras Olivos y Sandra A. Miranda Navarro

RESUMEN

Se planeta el uso de sistemas histeréticos de disipación de energía junto con aislamiento sísmico, ubicados en los entrepisos superiores de una estructura, esto con la finalidad de controlar la respuesta dinámica de la

misma bajo la acción de movimientos sísmicos. La respuesta de la estructura se determina mediante un

análisis dinámico paso a paso, variando las propiedades dinámicas de los aisladores y de los elementos

disipadores; en términos del desplazamiento máximo de cada nivel, distorsiones de entrepiso y del cortante

basal. Se plantea el uso del sistema en edificios de mediana altura 10, 15 y 20 niveles, desplantados en terreno

blando y terreno firme. Los resultados obtenidos reflejan que ofrece una alternativa atractiva para mejorar el

comportamiento sísmico de estructuras.

ABSTRACT In the present work the use of hysteretic dampers devices combined with seismic isolation systems, located in

the lasts stories of a structure, for dynamical response control under earthquakes actions is proposed. The

structural response is determined with a dynamical step by step analysis, changing the dynamical properties of

the isolation and dampers systems; in terms of the maximum level displacement, inter-story drift and the base

shear. The proposed system is recommended for its use in structures of medium height 10, 15 and 20 levels,

in soft and firm ground. The results shows that offer an attractive alternative to improve the seismic behavior

of structures.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, una tendencia comúnmente aceptada para garantizar un adecuado comportamiento de las estructuras sometidas a acciones sísmicas, consiste en dotarlas de la resistencia y capacidad de deformación

suficiente, para soportar con daño limitado las acciones generadas durante este tipo de eventos.

Si bien es cierto que la ductilidad de una estructura permite reducir substancialmente las acciones de diseño,

se debe reconocer que obligar a los elementos estructurales a incurrir en un comportamiento inelástico, no ha

demostrado ser la opción más satisfactoria, para alcanzar el desempeño deseable.

En contraste, los dispositivos de control sísmico ofrecen una excelente alternativa para encausar la energía

sísmica que recibe la estructura, restringiendo su respuesta inelástica con la consecuente limitación en la

amplitud de los desplazamientos y por lo tanto en el daño estructural.

En los últimos años, se han desarrollado una gran variedad de dispositivos de control sísmico, que emplean

una diversidad de estrategias para proteger a la estructura de la energía inducida por el sismo. Los sistemas de

protección sísmica empleados en la actualidad, comprenden desde relativamente simples dispositivos de

control pasivo hasta avanzados sistemas completamente activos.

1 Profesor, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de México, Cerro de Coatepec S/N,

Ciudad Universitaria, C.P. 50130 Toluca, Estado de México. Teléfono: (722)2151351;

[email protected]

XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural León, Guanajuato 2010.

2

Los mejores resultados en el control de la respuesta se obtiene con los sistemas activos, sin embargo estos

dispositivos demandan grandes recursos para su funcionamiento, en tanto que los dispositivos pasivos limitan

su eficiencia a cierto rango de características dinámicas tanto de la estructura como de las acciones a las que

se verá sometida. Un punto intermedio que trata de aprovechar las ventajas de ambos enfoques son los

sistemas híbridos.

En el ámbito de los sistemas pasivos destacan el aislamiento sísmico, la disipación de energía y los

dispositivos de masa resonante. El aislamiento sísmico es el sistema más desarrollado del segmento, con

continuos avances en dispositivos, aplicaciones y especificaciones de diseño.

El uso de sistemas de aislamiento sísmico ha demostrado su eficiencia en edificaciones de baja altura, sin embargo en estructuras altas su uso es discutible, debido principalmente a la magnitud de las cargas axiales en

las columnas.

De igual manera se acepta que en suelos blandos se limita su eficiencia, puesto que este tipo de sistemas

incrementa substancialmente el periodo de la estructura, situación muy favorable en terrenos firmes, ya que

coloca a la estructura en la zona descendente del espectro, sin embargo, en suelos blandos es complicado

lograr ubicar la estructura en las zonas de baja demanda espectral.

Por otro lado la disipación pasiva de energía, es una tecnología que mejora el desempeño de una edificación,

añadiendo amortiguamiento a su estructura, siendo el uso primario de los disipadores de energía la reducción

de los desplazamientos de la estructura. En general, estos dispositivos pueden ser una buena opción a considerar en los casos en los cuales se espera un buen nivel de desempeño en cuanto a la protección de la

vida de las personas o, quizás, respecto de la ocupación inmediata, pero con aplicabilidad limitada en

proyectos con un nivel de desempeño de prevención de colapso.

Los osciladores resonantes (TMD) permiten reducir la respuesta dinámica de una estructura en el rango de

frecuencias donde existe una coincidencia entre las frecuencias naturales de vibración de la estructura y del

oscilador resonante. Los osciladores resonantes son bastante efectivos en la reducción de las vibraciones

producidas por el viento en edificios altos. También puede ser empleados para la reducción de la respuesta

sísmica.

En el presente trabajo se plantea el uso de sistemas histeréticos de disipación de energía combinados con

aislamiento sísmico, ubicados en los entrepisos superiores de una edificación, para control de su respuesta dinámica bajo la acción de movimientos sísmicos. Para lograr este objetivo se analizan edificios de 10, 15 y

20 niveles, los cuales se han diseñado con una metodología convencional, empleando un diseño por

resistencia última, basado en los estados límite de falla y de servicio estipulados en el Reglamento de

Construcciones del Distrito Federal 2004. Las respuestas de las distintas estructuras se analizan bajo la acción

de movimientos sísmicos en suelo blando, a través del registro sísmico de SCT 1985 y en terreno firme

mediante el registro CU 1985.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL SÍSMICO PROPUESTO

ESTRUCTURAS ANALIZADAS

Con la finalidad de emular la acción de un sistema de masa resonante, se propone emplear la masa del último

entrepiso de la edificación, generando el péndulo resonante al utilizar un sistema de aislamiento sísmico en

la base de las columnas de este entrepiso, adicionalmente se emplean disipadores de energía de tipo

histerético en los marcos de fachada del entrepiso. Esto para las estructuras de 10, 15 y 20 niveles.

En base a los resultados obtenidos se tiene que para el caso de una estructura de 20 niveles, también se genera

el péndulo de masa resonante en el penúltimo nivel de la estructura, utilizando el mismo sistema de

aislamiento sísmico y los mismos tipos de disipadores de energía mencionados con anterioridad.

3


Se plantearon tres estructuras, de 10, 15 y 20 niveles respectivamente. Cada una de ellas tiene una planta

cuadrada de 20 x 20 m con cuatro crujías en cada sentido, con alturas de entrepiso de 3.0 m. Para las

columnas se emplearon secciones de acero del tipo HSS, en tanto que para las trabes tanto principales como

secundarias se propusieron perfiles IR, el sistema de piso consiste en una losa de concreto colada sobre

lámina metálica (tipo losacero).

Los modelos fueron diseñados para las combinaciones de acciones gravitacionales, incluyendo el peso propio

y las cargas generadas por un uso correspondiente a oficinas, y acciones laterales generas por sismo,

considerando que la estructura se encuentre desplantada en la zona IIIa, de la zonificación sísmica propuesta

en el reglamento de referencia.

Estas estructuras corresponden a un diseño convencional y en lo sucesivo se denominarán estructuras de

referencia o convencionales. Para su diseño se empleó un análisis lineal de primer orden por elementos finitos

para acciones estáticas y un análisis modal espectral para las acciones sísmicas, considerando en todos los

casos estructuras con base rígida. Los cálculos numéricos se realizaron con ayuda del programa SAP2000

V.11. En el diseño de los diferentes elementos que componen la estructura se verificó que no se sobrepasaran

los estados límite de falla y de servicio estipulados en la reglamentación.

La tabla 1 muestra las secciones de los diferentes elementos que componen el sistema estructural en cada

caso, la vista general de los diferentes modelos se muestra en la figura 1.

Tabla 1 Sección transversal de los elementos estructurales

No. de niveles Columnas Niveles Trabes Niveles 20 HSS-450x19

HSS-350x13 HSS-200x13

1-5

6-10 11-15

IR 254x32.9

IR 254X38.5 IR 203x31.2

1-9

10-14 15

15 HSS-450x19 HSS-350x13 HSS-200x13

1-5 6-10 11-15

IR 254x32.9 IR 254X38.5 IR 203x31.2

1-9 10-14 15

10 HSS-450x19 HSS-350x13 HSS-200x13

1-5 6-10 11-15

IR 254x32.9 IR 254X38.5 IR 203x31.2

1-9 10-14 15

ESTRUCTURAS MODIFICADAS

Para analizar el efecto en la respuesta dinámica que se obtiene al emplear el último entrepiso; y en el caso de

20 niveles también el penúltimo entrepiso, como una masa resonante se modificaron las estructuras de control

adicionando asilamiento sísmico en la base de las columnas del último entrepiso así como disipadores de

energía de tipo histerético en los marcos de fachada. Para cada una de las estructuras planteadas 10,15 y 20

niveles se generaron tres modelos. Mientras que para 20 niveles también se genrarón 3 modelos adicionales

donde a la estructura de control se le colocó aislamiento sísmico en la base de las columnas pero del

penúlrimo entrepiso así como disipadores de energía de tipo histerético en los marcos de fachada de dicho

nivel.

El objetivo principal de este arreglo es generar un desplazamiento relativo importante en el último y

penúltimo entrepiso, el cual como ya se mencionó se espera actúe como un péndulo resonante, además de aprovechar la deformación del entrepiso para obligar a los amortiguadores histeréticos a disipar la energía por

deformación inelástica.

Con el objetivo de evaluar la influencia del periodo del péndulo resonante en la eficiencia del sistema, se hace

variar la rigidez del control sísmico para modificar su periodo, ya que la masa permanece constante.


4

Figura 1 Modelos de 20, 15 y 10 niveles

Estos modelos fueron calibrados para que la rigidez conjunta que aporta el sistema de aislamiento y los

disipadores de energía arrojaran una rigidez equivalente al 10, 20 y 30% de la rigidez correspondiente al

último entrepiso de la estructura de control. Mientras que para el caso donde el sistema de aislamiento y los

disipadores energía se ubican en el penúmtimo nivel de la estructura, la rigidez desarrolladas por éstos es

equivalente al 10, 20 y 30% de la rigidez correspondiente al penúltimo entrepiso de la estrucura de control de

20 niveles.

Para fines de nomenclatura las estructuras se denominaron por el número de niveles, el porcentaje de rigidez

del último entrepiso con respecto a la estructura de control, el tipo de terreno de desplante y la ubiación del

sistema de aislamiento y de los disipadores de energía; por ejemplo el modelo correspondiente a la estructura de 20 niveles, con el 30% de la rigidez de entrepiso, desplantado en terreno firme y el sistema de aislamiento

en el último nivel se denominó N20R30TFU, mientras que para el mismo caso pero con el sistema de

aislamiento en el penúltimo nivel se tiene N20R30TFPU; y la estructura de control para éste número de

niveles N20R100TF. Así mismo para dichas estructuras pero desplantadas en terreno blando se tiene

respectivamente la siguiente nomenclatura N20R30TBU, N20R30TBPU y N20R100TB.

En la tabla 2 se observan los periodos de la estructura de control y los periodos correspondientes al péndulo

resonante formado por el último entrepiso o el penúltimo entrepiso (20 niveles) y el sistema de aislamiento y

disipación de energía. En la figura 2 se observa la ubicación de los aisladores y los amortiguadores para la

estructura de 20 niveles, tanto para el caso de estudio donde se encuentran en el último nivel como para el

caso donde se ubican en el penúltimo nivel de la estructura.

Tabla 2 Periodos de los diferentes modelos y los correspondientes péndulos resonantes

Estructura Periodo Fundamental

(Seg.) Péndulo Resonante

Periodo del Péndulo (Seg.)

N20

1.452 R10U—R10PU R20U—R10PU R30U—R10PU

1.469—1.453 1.460—1.483 1.458—1.473

N15

1.035

R10U R20U R30U

1.098 1.056 1.050

N10

0.757

R10U

R20U R30U

0.923

0.824 0.796

5


Figura 2 Ubicación de aisladores y disipadores de energía en el modelo de 20 niveles

ANALISIS DE LA RESPUESTA DINÁMICA DE LOS MODELOS Los diferentes modelos propuestos incluyendo las estructuras de control se analizaron bajo la acción del

registro de SCT 1985 en su componente EW, en el caso de estructuras desplantadas en terreno blando;

mientras que para terreno firme se analizaron bajo el registro sísmico de CU 1985 también en su componente

EW. La respuesta estructural se determinó mediante un análisis dinámico paso a paso. El análisis fue

realizado con la ayuda del programa SAP2000 v.11.

ANALISIS DE RESULTADOS

Para evaluar la eficiencia del arreglo propuesto se compara la respuesta de las estructuras de control con los

modelos correspondientes a los diferentes niveles de rigidez de entrepiso, para los cada uno de los tipos de

suelo. Como es sabido, durante un evento sísmico, el daño tanto en elementos estructurales como en los no estructurales se relaciona esencialmente con los desplazamientos de los diferentes niveles, mas concretamente

con la distorsión de entrepiso, en este sentido se considera que el arreglo propuesto mejora el comportamiento

estructural en la medida que logre reducir los desplazamientos de la estructura, sin embargo en esta valoración

se excluye el último o penúltimo entrepiso, ya que es ahí donde se ubica el sistema de aislamiento y por tanto

cuenta con una capacidad de deformación considerable.

Por otro lado es importante evaluar la influencia del sistema en el cortante basal de la estructura, ya que éste

impacta en la resistencia requerida en las columnas y por consecuencia en el comportamiento de la estructura

de cimentación. Por lo anterior el comportamiento de los diferentes modelos se compara en términos de los

desplazamientos de cada nivel, desplazamientos relativos de entrepiso y cortante basal.

En la figura 3 se presenta un gráfico comparativo de la historia de desplazamientos del noveno nivel de los modelos N10R10TBU y N10R100TB, donde se puede observar que el arreglo de dispositivos de control

sísmico propuesto reduce la amplitud de los desplazamientos principalmente en la zona de intensidades

máximas. Mientras que en la figura 4 se presenta un gráfico con los mismos modelos pero para terreno firme;

N10R10TFU contra N10R100TF, se aprecia que la disminución de los desplazamientos en el noveno nivel es

considerable y en la figura 5 se presenta un gráfico donde se muestra el comparativo de la historia de

desplazamientos del décimo octavo nivel de los modelos N20R20TBPU y N20R100TB, donde se aprecia que

el arreglo propuesto disminuye los desplazamientos de manera conservadora.


6

-12.00

-10.00

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0 20 40 60 80 100 120 140 160

TIEMPO

DESPLAZAM

IENTO

LATERAL

OR 10%

Figura 3 Historia de desplazamientos del noveno nivel en las estructuras N10R10TBU y N10R100TB

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

0 5 10 15 20 25

DE

SP

LA

ZA

MIE

NT

O L

AT

ER

AL

TIEMPO

OR 10%

Figura 4 Historia de desplazamientos del noveno nivel en las estructuras N10R10TFU y N10R100TF

Figura 5 Historia de desplazamientos del noveno nivel en las estructuras N20R20TBPU y N20R100TB

7


Terreno Blando

En la figura 6 se presenta el comparativo del desplazamiento por nivel entre la estructura de referencia y los

modelos con aislamiento (R10U, R10PU, R20U, R20PU, R30U y R30PU) para los grupos de estructuras de

10,15 y 20 niveles con el sistema de aislamiento y disipadores de energía en el ultimo nivel o en el penultimo

nivel. En todos los casos se obtiene una reducción en el desplazamiento por nivel, con excepción del último o

penúltimo entrepiso. La ventaja del sistema es limitada en el caso del modelo de 20 niveles, no obstante en los

dos casos restantes las reducciones en los desplazamientos son significativas. Para el caso de 20 niveles con el

sistema en el penúltimo nivel, la respuesta es mejor en comparación a su similar con el sistema en el último

nivel, a excpeción del caso (N20R10TBPU). El caso correspondiente a los desplazamientos relativos de entrepiso se presenta en la figura 7, donde se observa que la mayor eficiencia del sistema se presentó para los

modelos de 15 y 10 niveles, en tanto que en el modelo de 20 niveles nuevamente se tiene una ventaja

marginal, en ambos casos de estudio del mismo.

En las figuras 6 y 7, en casi todos los casos, se observa que el mayor control en desplazamientos se obtiene

con una rigidez baja R10U, lo cual no se cumple con R10PU; sin embargo la diferencia en la respuesta que se

presenta contra los modelos con los otros niveles de rigidez de entrepiso (R20U, R20PU, R30U y R30PU) no

es radicalmente distinta y puede considerarse que en cualquiera de los casos se obtiene una mejora

equivalente en la respuesta estructural, sin embargo cuando observamos los desplazamientos relativos del

último o penúltimo entrepiso, según sea el caso, se aprecia que los sistemas con menor rigidez (R10U y

R20U) generan mayores demandas de desplazamiento, con distorsiones del orden de 0.05 para las estructuras de 10 y 15 niveles y hasta 0.15 para el modelo de 20 niveles en los modelos R10U. Mientras que para el

modelo donde los aisladores y los disipadores se ubican en el penúltimo nivel esta tendencia se revierte un

poco.

No obstante que se parte de la idea de que el último o penúltimo entrepiso debe contar con una capacidad de

deformación importante, se debe considerar que entre mayor sea la magnitud de las distorsiones, se deberán

tomar en cuenta los detalles pertinentes para garantizar el adecuado funcionamiento de la estructura.

En lo referente al cortante basal el comportamiento observado es similar al caso de los desplazamientos, pues

las mayores reducciones se obtienen en los modelos de 10 y 15 niveles y el efecto es menor para la estructura

de 20 niveles. La figura 8 muestra el cortante máximo en la base de la estructura para los modelos R10U,

R10PU, R20U, R20PU, R30U y R30PU en comparación con la estructura de control, para la cual, su cortante basal se muestra con una línea horizontal.

Un aspecto importante que se debe resaltar es el hecho de que la eficiencia del sistema se ve más influenciada

por la rigidez relativa del entrepiso flexibilizado, que por la relación de periodos del péndulo resonante y la

estructura principal, esto se debe en parte a que la rigidez de entrepiso es proporcionada principalmente por el

sistema de disipadores de energía y aunque en los modelos R10U y R10PU la fluencia del sistema se plantea a

menores fuerzas, estos presentan sistemáticamente mayores deformaciones.

En la tabla 3 se resumen los porcentajes de reducción en los diferentes parámetros para cada uno de los

modelos analizados, en terreno blando. En el caso de los desplazamientos los resultados representan el

promedio de los valores máximos registrados para cada entrepiso o nivel normalizados con respecto a los correspondientes desplazamientos del modelo de control, para cada grupo de estructuras con el mismo

número de niveles. En el caso del cortante basal se presenta el porcentaje del cortante basal máximo respecto

a la estructura de control de manera análoga a los desplazamientos.


8

Tabla 3 Periodos de los diferentes modelos y los correspondientes péndulos resonantes (TB)

Estructura Desplazamiento por nivel Distorsión de entrepiso Cortante basal N10R100TB 100.0 100.0 100.0 N10R10TBU 58.10 56.96 56.33 N10R20TBU 60.90 61.86 61.53

N10R30TBU 63.70 64.69 64.54 N15R100TB 100.0 100.0 100.0 N15R10TBU 43.10 39.01 51.10 N15R20TBU 48.95 44.95 54.14 N15R30TBU 52.05 47.86 58.36 N20R100TB 100.0 100.0 100.0 N20R10TBU 86.42 85.00 82.30 N20R20TBU 92.39 98.45 94.10

N20R30TBU 94.80 101.5 95.39 N20R10TBPU 100.00 100.00 100.00 N20R20TBPU 83.84 81.95 87.32 N20R30TBPU 86.24 87.32 89.34

ESTRUCTURA 10 NIVELES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00

DESPLAZAMIENTO LATERAL

NIV

EL

OR 10% 20% 30%


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00


NIV

EL

OR 10% 20% 30%


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1011

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00


NIV

EL

OR 10% 20% 30%

Figura 6 Desplazamientos por nivel; terreno blando

9



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50

DESPLAZAMIENTO RELATIVO

NIV

EL

OR 10% 20% 30%


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00


NIV

EL

OR 10% 20% 30%


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00


NIV

EL

OR 10% 20% 30%

Figura 7 Desplazamiento relativo de entrepiso, terreno blando


40,000

46,000

52,000

58,000

64,000

70,000

76,000

82,000

88,000

10 20 30 40

RIGIDEZ

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

10% 20% 30% OR


80,000

92,000

104,000

116,000

128,000

140,000

152,000

164,000

176,000

10 20 30 40

RIGIDEZ

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

10% 20% 30% OR


245,000

250,000

255,000

260,000

265,000

270,000

275,000

280,000

10 20 30 40

RIGIDEZ

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

10% 20% 30% OR

Figura 8 Cortante basal, terreno blando


10

Terreno firme

La figura 9 representa el comprativo del desplazamiento por nivel de la estructura de referencia y los modelos

con aislamiento, mientras que la figura 10 corresponde a los desplazamientos relativos de entrepiso, para el

caso de terreno firme. Congruente con el caso de terreno blando, en todos los casos se obtiene una reducción

en el desplazamiento por nivel, destacando que ahora se tiene una ventaja prácticamente nula en el caso del

modelo de 20 niveles cuando el sistema se plantea en el último entrepiso, ya que para el caso donde el sistema

se ubica en el penúltimo se aprecia una buena disminución en los desplazamientos en particular en el caso

R20PU.

Se tiene que el mayor control en desplazamientos se obtiene con una rigidez baja (R10U), al igual que el caso anterior no se cumple para el caso N20R10TFPU, así mismo la diferencia en la respuesta que se presenta

contra los modelos con los otros niveles de rigidez de entrepiso (R20U, R20PU, R30U Y R30PU) no es

radicalmente distinta y también puede considerarse que en cualquiera de los casos se obtiene una mejora

equivalente en la respuesta estructural, sin embargo cuando observamos los desplazamientos relativos, se

aprecia que los sistemas con menor rigidez (R10U y R20U) generan mayores demandas de desplazamiento,

con distorsiones del orden de 0.04 para las estructuras de 10 y 15 niveles y de 0.008 para el modelo de 20

niveles en los modelos R10U. Mientras que para el modelo donde los aisladores y los disipadores se ubican

en el penúltimo nivel esta tendencia se revierte un poco, congruente con los resultados en terreno blando.

En lo referente al cortante basal el comportamiento observado es similar al caso de los desplazamientos, pues

las mayores reducciones se obtienen en los modelos de 10 y 15 niveles y el efecto es prácticamente nulo para la estructura de 20 niveles cuando el sistema se ubica en el ultimo nivel, ya que para el caso del sistema en el

penúltimo nivel se tiene una reducción considerable en la magnitud del cortante en la base de la estrucura. La

figura 11 muestra el cortante máximo en la base de la estructura para los modelos R10U, R10PU, R20U,

R20PU, R30U y R30PU en comparación con la estructura de control, para la cual, su cortante basal se

muestra con una línea horizontal.

En la tabla 4 se resumen los porcentajes de reducción en los diferentes parámetros para cada uno de los

modelos analizados, en terreno blando. En el caso de los desplazamientos los resultados representan el

promedio de los valores máximos registrados para cada entrepiso o nivel normalizados con respecto a los

correspondientes desplazamientos del modelo de control, para cada grupo de estructuras con el mismo

número de niveles. En el caso del cortante basal se presenta el porcentaje del cortante basal máximo respecto

a la estructura de control de manera análoga a los desplazamientos.

Tabla 4 Periodos de los diferentes modelos y los correspondientes péndulos resonantes (TF)

Estructura Desplazamiento por nivel Distorsión de entrepiso Cortante basal

N10R100TF 100.0 100.0 100.0 N10R10TFU 30.74 30.40 33.25 N10R20TFU 49.88 52.08 49.97

N10R30TFU 52.88 51.26 51.10 N15R100TF 100.0 100.0 100.0 N15R10TFU 32.86 35.97 31.11 N15R20TFU 51.40 50.36 48.31 N15R30TFU 66.93 67.29 64.02 N20R100TF 100.0 100.0 100.0 N20R10TFU 97.76 93.88 90.09 N20R20TFU 98.96 93.51 94.51

N20R30TFU 95.96 97.65 87.28 N20R10TFPU 100.00 99.95 98.27 N20R20TFPU 67.36 80.40 62.94 N20R30TFPU 82.87 98.57 74.34

11


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

Figura 9 Desplazamientos por nivel; terreno firme

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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14

15

16

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

NIV

EL



OR 10% 20% 30%

Figura 10 Desplazamiento relativo de entrepiso, terreno firme


12

5,000

9,000

13,000

17,000

21,000

25,000

29,000

33,000

10 20 30 40

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

RIGIDEZ

ESTRUCTURA 10 NIVELES (TERRENO FIRME)

10% 20% 30% OR

25,000

35,000

45,000

55,000

65,000

75,000

85,000

95,000

10 20 30 40

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

RIGIDEZ


10% 20% 30% OR

37,000

38,000

39,000

40,000

41,000

42,000

43,000

44,000

10 20 30 40

CO

RT

AN

TE

BA

SA

L

RIGIDEZ


10% 20% 30% OR

Figura 11 Cortante basal, terreno firme

CONCLUSIONES

En el caso en que el sistema propiuesto se ubica en el útlimo entrepiso de la estructura, el sistema es aplicable

para estructuras de 10 y 15 niveles desplantadas tanto en terreno blando como en terreno firme, mientras que para el caso en que el sistema se propone en estructuras de 20 niveles en el penúltimo nivel, el sistema puede

ser empleado en estructuras desplantadas en terreno firme, siempre y cuando el sistema desarrolle el 20% de

la rigidez de la estructura de control correspondiente en dicho entrepiso.

De los resultados observados se puede concluir que el arreglo de asilamiento sísmico y disipadores de energía

propuesto, ofrece una alternativa atractiva para mejorar el comportamiento sísmico de estructuras tanto

nuevas como existentes, ya que su implementación en proyectos nuevos no representa costos significativos

pues los sistemas de aislamiento sísmico trabajarán bajo cargas axiales relativamente pequeñas y en contraste

su colocación permite reducciones importantes tanto en los elementos estructurales como en la cimentación.

En el caso de estructuras existentes el costo de la implementación del sistema, se ve compensado por el área útil que se puede agregar a la construcción, además de resultar poco invasivo y su colocación se puede

realizar sin interferir con el uso del inmueble.

REFERENCIAS

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