Antecedentes de la Investigación

“Análisis sísmico comparativo del diseño del hospital de Pacasmayo con aislamiento elastomérico LRB, y aislamiento pendular FPS-Triple”

(Korafi, 2019) Determinó el nivel de daño del Hospital de Pacasmayo con sistemas de protección sísmica considerando los códigos de diseño convencionales como la E.030 y la ASCE/SEI 7 y los comparó con otros códigos como el FEMA P-58-1 que considera comportamientos resilientes para edificaciones con sistemas de funcionabilidad continua (p.44). En su metodología de diseño se basa en un análisis documental en donde obtiene primeramente el expediente técnico del Hospital de Pacasmayo, luego realiza el modelado en el programa ETABS de los 6 módulos, en dónde sigue los procedimientos del ASCE/SEI7 considerando primeramente para su análisis tiempo historia el escalamiento de los 7 registros sísmico además los analiza para un sismo de diseño y un sismo máximo considerado tal como muestran los criterios de los códigos de diseño. Su resultado obtenido al aplicar los criterios de la E.030 y del ASCE/SEI 7 nos indica que para su análisis límite superior con la estructura analizada con aisladores LRB de núcleo de plomo se obtuvo periodos Tx=1.43s y Ty=1.49s así mismo su superestructura recibió una cortante Vs=1420.39Ton, siendo estos resultados una muestra que la estructura no está flexibilizada para reducir la fuerza sísmica, reduciendo así un valor del 38% de la cortante sísmica basal con la estructura en base fija. Del mismo modo siguiendo los lineamientos de las normativas E.030 y ASCE/SEI 7 para el análisis con los aisladores FPT se obtuvo valores Tx=2.51seg y Ty=2.67seg recibiendo así una cortante máxima en la superestructura Vs=738.48Ton lo que nos muestra que la estructura esta flexibilizada para poder reducir la cortante sísmica (p.317). Además de ello para el análisis con aisladores LRB y aisladores FPT siguiendo los lineamientos para sistemas con funcionabilidad continua se muestra que

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16 las distorsiones angulares de entrepiso son pequeñas pero que afectan a las instalaciones y los componentes arquitectónicos (p.449), así mismo obtuvo aceleraciones para el péndulo de fricción triple FPT de 0.290 g para la dirección de análisis X-X y 0.298g para la dirección de análisis Y-Y mientras que para aisladores elastomericos LRB obtuvo valores de 0.46g para la dirección X-X mientras que para la dirección Y-Y obtuvo valores 0.47g, así mismo las derivas para el sistema aislado con LRB fueron de 0.0048 y 0.0039 en las direcciones X-X e Y-Y, mientras que para el FPT fueron de 0.0016 y 0.0011 en las direcciones X-X e Y-Y.

El aporte de la presente investigación nos sirve como una guía para el diseño de estructuras con sistemas de protección sísmica, además nos indica que los aisladores péndulos de fricción presentan un mejor comportamiento que los aisladores núcleo de plomo ya que lo flexibilizan mejor a la estructura, también nos da una idea que las estructuras se pueden diseñar en base a códigos como el FEMA de tal modo que nos permita tener funcionabilidad continua después de ocurrir un catastrófico terremoto.

“Evaluación del comportamiento sísmico del hospital Hipólito Unanue usando estructura de base fija y aisladores LRB y TPF”

Maquera (2019) Comparó el comportamiento sísmico de la estructura utilizando aisladores elastoméricos LRB y aisladores de péndulo de fricción triple TPF. La metodología empleada en su investigación es en base a un análisis documental, en la cual obtiene los planos del Hospital Hipólito Unanue, luego hace uso del software ETABS-16 en la cual cargó tres espectros de sismos peruanos y los escaló en los softwares Seismosignal y Seismomatch para un coeficiente de reducción R=1, luego realizó el análisis estructural para verificar la respuesta sísmica de la estructura aislada con los dos tipos de aislamiento sísmico. En sus resultados obtenidos nos muestra que los resultados

17 obtenidos el Hospital Hipólito Unanue de Tacna analizado con sistema de base fija no cumple con los requerimientos de distorsiones angulares de entrepiso puesto que arroja derivas mayores al 0.007 para sistema dual no cumpliendo con los requisitos que indica la norma E.030 de diseño sismorresistente puesto que obtuvo derivas en la dirección X-X de 0.010 y para el eje Y-Y 0.014 siendo valores que indican flexibilidad para la estructura con base fija. También nos indica que los aisladores TPF tienen la mejor respuesta sísmica dado que dan periodos más flexibles y reducen en mayor grado la cortante basal de la edificación, las derivas máximas obtenidas para dispositivos FPT fueron de 0.0015 en las direcciones X-X e Y-Y con un mientras que para dispositivos LRB obtuvieron derivas para la dirección de análisis X-X un valor de 0.0031 y para la dirección Y-Y un valor de 0.0034. (p.94)

El aporte de esta investigación nos sirve como una guía al emplear softwares de escalamiento de espectros de sismo, puesto que en la normativa E.031 de aislamiento sísmico nos dice que para hacer el diseño con sistemas de protección sísmica se tiene que escalar como mínimo 7 espectros de sismo, además nos sirve como una guía para el diseño de nuestra estructura que vamos a realizar en la presente investigación.

“Evaluación del aislador elastomérico y triple péndulo según norma E.031, para la mejora de la respuesta sísmica del Hospital mi Perú, región callao”

Durand (2020) Determinó el comportamiento sísmico de la estructura de análisis empleando aisladores elastoméricos y de fricción y siguiendo los criterios y lineamientos de la norma E.031 de aislamiento sísmico. Su metodología empleada parte de la recopilación del expediente técnico del Hospital, luego realiza el modelamiento estructural de la edificación con el Software de análisis ETABS para finalmente realizar el análisis comparativo de los aisladores LRB y aisladores de fricción FPS siguiendo los criterios de análisis y diseño de la nueva norma de aislamiento sísmico E.031. Los resultados del

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18 análisis muestran que para la estructura asilada con dispositivos elastoméricos LRB se obtuvo desplazamientos en X-X de 31.2cm y en la dirección Y-Y de 31.09 mientras que para la estructura con aisladores FPS se obtuvo desplazamientos en dirección X-X de 29.50cm y en la dirección Y-Y de 28.30cm, así mismo las cortantes basales con aisladores LRB en la dirección X-X e Y-Y fue de 2769,72Ton mientras que para aisladores de fricción FPS fueron en ambas direcciones un valor de 2411.28 Ton, asi mismo las derivas para el sistema con dispositivos FPT fue de 0.006078 en la dirección X-X y para la dirección Y-Y un valor de 0.006772 mientras que para los dispositivos elastoméricos LRB presenta derivas en X-X con un valor de 0.006456 y para la dirección Y-Y un valor de 0.006993 (p.122). En base a los resultados obtenidos se observa que los aisladores de péndulo de fricción tienen un mejor comportamiento estructural puesto que tienen un mayor amortiguamiento dado que disminuyen significativamente las cortantes basales en una mayor proporción que los aisladores elastoméricos LRB por lo que su efecto es que las estructuras con aisladores de fricción van a disminuir en mayor medida el daño estructural y en el contenido de la edificación. (p.136)

El aporte de esta investigación nos sirve como una guía al emplear softwares de diseño estructural para sistemas de aislamiento sísmico dado que es objetivo de la investigación hacer el diseño de una estructura con sistemas de protección sísmica, además de ello nos indica que los aisladores de péndulo de fricción presentan un mejor comportamiento estructural de la edificación puesto que tienen un mejor amortiguamiento

“Aislamiento sísmico de un hospital de 4 pisos en la región de Arequipa”

Cáceres & Aquino (2017) Llevó a cabo el modelamiento, análisis y diseño de un hospital de 4 pisos en la región de Arequipa, aplicando el aislamiento sísmico basal. (p.2).

La metodología empleada para el análisis y diseño sísmico parte de una configuración irregular en planta en forma de L y en altura una estructura regular. Luego se hacer un

19 análisis sísmico bajo las consideraciones de la norma norteamericana UBC-97, conjuntamente con la norma E.030 de diseño sismorresistente, considerando aisladores tipo HDR (aisladores de alto amortiguamiento) y la otra una combinación de aisladores conformados por aisladores HDR y LRB (aisladores con núcleo de plomo). Finalmente se hace una comparación de los sistemas de aislación basal para observar cual es que mejor comportamiento aporta a la estructura. De acuerdo a los datos obtenidos del análisis para el sistema de aislamiento con aisladores tipo HDR se obtuvo un periodo fundamental de 2.22 segundos, mientras que para la combinación HDR+LRB el periodo fundamental de vibración de la edificación fue de 2.12 segundos, la diferencia radica al aporte de rigidez por parte de los aisladores de núcleo de plomo LBR (p.119). Según la gráfica de resultados de aceleraciones absolutas para ambos sistemas de aislación en la base, se obtuvo un mejor comportamiento con la combinación mixta de aisladores HDR+LRB, llegando a obtener un valor máximo de 1.647 m/s2 en el sentido X y un valor de 1.596 m/s2 para el sentido en Y. Las derivas de entrepiso resultaron satisfactorias para ambos sistemas de aislamiento reduciéndose en la dirección X desde 0.007 hasta el orden de 0.0027 mientras que para la dirección Y se redujeron desde 0.006 hasta el orden de 0.0025 Las fuerzas que se generan en cada piso representan en promedio el 36% para la misma estructura, pero bajo las condiciones de base fija. (p.134). Cómo conclusión se llega que la masa participativa, desplazamiento de diseño total, fuerza cortante basal y desplazamiento total fueron satisfactorios para los dos sistemas de aislación sísmica. El sistema que mejor comportamiento sísmico estructural presenta la combinación HDR+LRB ya que para la edificación se generan efectos torsionantes mínimos lo cual conduce a disminuir el efecto de aleteo. El sistema de aislación redujo los desplazamientos de la superestructura en las dos direcciones, para la dirección X se redujo hasta un 55% y para la dirección y se redujo hasta un 53%, en el tema de derivas de entrepiso llegaron a reducciones de 62 % para la

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20 dirección X y para la dirección Y se redujo en un 62% con respecto a una edificación convencional de base fija. También realizaron un cálculo de aceleraciones para ver si existen daños en el contenido y equipamiento de la superestructura, llegando a obtener aceleraciones absolutas en los pisos que varían desde 0.148g a 0.165g para la dirección X-X y una aceleración que va desde 0.147g a 0.160g para la dirección Y-Y, reduciendo las aceleraciones absolutas en un rango de un 40 a 75% en comparación a la estructura convencional. Las fuerzas laterales distribuidas para cada entrepiso representan en promedio el 36% de las fuerzas de piso de la estructura convencional. (p,230).

La presente tesis nos aporta una metodología de análisis que consiste en realizar una comparación de comportamiento sísmico estructural de una estructura con base fija y una estructura con aislación sísmica en la base con aisladores elastoméricos de núcleo de plomo LRB y aisladores de alto amortiguamiento HDR, la cual nos ayuda en nuestra tesis a tomar una adecuada distribución de los aisladores en la base de la estructura.

“Diseño del anteproyecto “hospital rio seco – Arequipa” con aislamiento de base”

Gonzales & Gutierrez (2019) Realizó el análisis y diseño estructural del anteproyecto “Hospital Rio Seco – Arequipa” con aislamiento de base, aisladores de tipo LRB y deslizantes. (p.2). En su investigación la estructura de base fija lo analizó con dispositivos de aislamiento sísmico para luego realizar su diseño estructural. Para su diseño tomo como referencia los requerimientos mínimos que estableces el código ASCE/SEI 7-16. Para la estructuración de los tres módulos y A,B,C, tomaron como referencia la arquitectura del centro hospitalario en base fija con los planos del anteproyecto establecidos en el año 2004. Para los sistemas de aislamiento sísmico propuestos en el diseño de su investigación se empleó en total 6 tipos de dispositivos o unidades de aislamiento, 3 tipo LRB (aisladores elastoméricos con núcleo de plomo) y 3 tipo ESB (aisladores

21 elastoméricos deslizantes). El análisis comparativo de sus respuestas sísmicas para los tres módulos resultó que las derivas del piso del sistema aislado mostraron valores de 0.0023 frente a 0.0076 de la estructura no aislada, una aceleración de piso máxima de 0.195 g frente a 0.734 g de la estructura no aislada, una fuerza de diseño en la superestructura de 604.82 Tonf frente a 902.88 Tonf de la estructura no aislada. Resaltando que todo ello para un sismo con periodo de retorno de 2475 años, frente a un sismo de 475 años de periodo de retorno para la estructura no aislada, y los coeficientes de ductilidad en

“superestructuras”, R=2 para estructura aislada y R=6 para estructura no aislada. Con todo ello, se observa también que, el peso sísmico del módulo ABC es de 5866.92 Tonf, frente a 4299.10 Tonf en general. (p.87). Se concluye que el comportamiento real de una estructura aislada debe ser muy cercano a lo estimado en su modelo analítico, es seguro, ya que se considera su comportamiento en un estado elástico (R=1) ante eventos sísmicos (en este caso, un espectro respuesta de diseño con PGA 1.575 g (Mendo, 2015)), y el análisis estructural se centra en el comportamiento de las unidades de aislamiento en conjunto, sistema de aislamiento, cuyo comportamiento se puede estimar de forma precisa al tener que realizar pruebas de laboratorio normativas para asegurar el desempeño y las propiedades de estos dispositivos, por el contrario, una estructura con base fija bajo los requerimientos normativos, estará sujeta a un valor general de reducción por ductilidad para determinado sistema estructural (R máximo normativo, R = 6 en este caso, con un espectro respuesta de diseño con PGA 0.40 g), con un análisis estructural cuyo modelo analítico podría no reflejar con exactitud el comportamiento real debido al proceso constructivo para asegurar el desarrollo de esta ductilidad, a la incursión en el rango no lineal durante algún evento sísmico, a la probabilidad de que ocurra un sismo con periodo de recurrencia menor a 475 años (normativo considerado). (p.138).

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22 La presente tesis nos aporta un modelo de cómo realizar un análisis y comparación de costos y presupuestos para la posterior realización de factibilidad económica en nuestra tesis. Así mismo nos brinda una posible configuración de aisladores elastómeros con núcleo de plomo y deslizantes los cuales fueron usados en el módulo aislado ABC definido en su proyecto de tesis.

“Análisis y diseño estructural con aislamiento sísmico en la base del Hospital en el Distrito de Yarabamba”

Mantilla & Apaza (2019) Desarrolló el análisis y diseño de un centro hospitalario con aislamiento sísmico en la base. La metodología parte de la distribución y estructuración del Hospital de 4 pisos, luego se aplica los parámetros sísmicos de diseño, su análisis y diseño sisimico estructural lo realizan siguiendo los lineamientos de la norma ASCE/SEI 7-10 capítulo 17, la norma E.030-2018 de diseño sismorresistente, E-020-2006 de cargas y la norma E.060-2009 para el diseño de los elementos de concreto armado. El sistema de aislación empleado es a base de aisladores de núcleo de plomo LRB, finalmente los resultados obtenidos del análisis y diseños en los softwares Etabs, Excel y Safe son presentados en tablas para que finalmente se llegue a sacar conclusiones. (p,35). En el análisis se obtuvo un periodo fundamental de vibración para el sistema aislado de T=2.331 segundos mientras que para la estructura convencional resultó un periodo menor con un valor de T=0.289 segundos. Las distorsiones angulares de entrepiso para la estructura convencional están entre 0.00175 y 0.00278 para la dirección X-X, mientras que para la dirección Y-Y se obtuvo una deriva están entre 0.00142 a 0.00264, Las distorsiones angulares de entrepiso para la estructura aislada están entre 0.00032 y 0.00054 para la dirección X-X, mientras que para la dirección Y-Y se obtuvo una deriva están entre 0.00038 y 0.00045. El periodo fundamental de vibración para el sistema aislado de T=2.331 segundos mientras que para la estructura convencional resultó un periodo menor con un

23 valor de T=0.289 segundos con una reducción de 8.06 veces lo que traduciría en un mejor comportamiento sísmico con un menor poder destructivo para los elementos no estructurales y equipamientos. En el análisis de derivas de entrepiso se observa una reducción de 4.48 veces para la dirección X-X, mientras que para la dirección Y-Y se redujo a 4.89 veces, legando a ocasionar entonces de ese modo reducción de daños a los elementos estructurales. En el análisis de costos comparativos se llegó a la conclusión que la diferencia es de un 41.45% entre la estructura convencional y la estructura con sistema de aislamiento sísmico, esto es debido a en la estructura con aislamiento sísmico en la base se va a incrementar elementos estructurales como losa maciza, pedestal, cimentación y capiteles para la base aislada(p,112).

La presente tesis nos aporta una forma de realizar el análisis estructural estático, modal espectral y tiempo historia de un Hospital con sistemas de aislamiento sísmico a base de aisladores de núcleo de plomo bajo los criterios de la norma norteamericana ASCE/SEI 7-10, también nos aporta algunos criterios de diseño de los elementos de concreto armado y del sistema de aislación sísmica en la base.

“Protección sísmica de edificaciones hospitalarias peruanas por aislamiento sísmico”

Olivos (2018) En cuanto a las edificaciones hospitalarias del Perú (estructura y componentes no estructurales) cooperar a su seguridad sísmica (p.17). Realizó el análisis no lineal Pushover para determinar el nivel de desempeño de la estructura para los 4 niveles básicos de sismos que son conocidos como sismos frecuentes, sismos ocasionales, sismos raros y sismos muy raros con los que se diseña los sistemas de aislamiento sísmico, este análisis de incrementos de demanda sísmica lo realizó empleando dispositivos sísmicos LRB y para sus análisis tomó como referencia el código ASCE 41-13 para determinar los niveles de desempeño sísmico de la estructura. Además, realizó una estimación de costos

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24 para los diversos niveles de daño para determinar las pérdidas económicas de acuerdo al sismo presentado en el análisis. (p.53). Sus respuestas sísmicas de su modelo de análisis muestran que para un sismo muy raro con periodo de retorno de 2475 años las derivas de la estructura con sistemas de protección sísmica usando dispositivos elastoméricos LRB fue de 4.89‰ y 3.96‰, en las direcciones X e Y. Además, obtuvo como resultado aceleraciones de piso con un valor de 0.22g en las dos direcciones y la fuerza cortante basal de la estructura para una el sismo máximo considerado fue de 860.8 Tn y 873.7 Tn, para las direcciones X e Y, de manera respectiva.

La presente tesis nos aporta un ejemplo del uso de las técnicas de análisis estático no lineal (Pushover). Además, nos ayuda con un resumen de Los niveles de desempeño estructural y no estructural establecidos con los lineamientos de ASCE 41-13. Los cuales servirán para realizan una discusión con nuestros resultados.

“Diseño estructural comparativo entre los sistemas: dual y aporticado con aislamiento sísmico en la base para un hospital de cuatro pisos ubicado en el distrito de Lircay – Angaraes – Hvca”

Calderón (2018) En su investigación evaluó el comportamiento de un Hospital de 4 pisos localizado en el distrito de Lircay en Huancavelica, para ello analiza la estructura en sistema de base fija y lo compara al mismo Hospital bajo un sistema aporticado empleando aisladores elastoméricos de núcleo de plomo (p.2). Su diseño de investigación empleado para realizar su análisis comparativo es de tipo transversal correlacional puesto el autor los puede observar directamente desde la realidad y plantear sus propios conceptos de acuerdo a la finalidad de su investigación, para finalmente obtener sus propias conclusiones, para desarrollar su análisis estructural utilizó el software estructural Etabs, en lo cual modela su configuración estructural, ingresa las características propias de los

25 materiales a emplear, ubica las secciones correspondientes de la estructura, carga sus espectros sísmicos, asigna sus propiedades inherentes a los aisladores los procesa y obtiene sus propios resultados para luego reportarlos(p.18). En base a sus resultados de control estructural por derivas obtuvo en la dirección X-X para su sistema dual valores menores a 5‰ y para el sistema de asilamiento sísmico son menores al 3‰, mientras que para la dirección Y-Y sus derivas de entre piso varían para el sistema en base fija son menores a 5.3‰ y para sistema con aislamiento son valores menores al 1.6‰, el desplazamiento estructural para sistema en base fija es mayor en 50% en la dirección X-X y 73% en la dirección Y-Y, además de ello el periodo aislado fue de 2.226 segundos mientras que el de base fija fue de 0.646 segundos llegando a obtenerse un periodo aislado de la estructura de 3.45 veces el periodo base fija del sistema dual, así mismo las aceleraciones de entrepiso obtenidas para el sistema aislado fue mucho menore al sistema base fija en un 56%. En base a los resultados obtenidos concluye que la estructura aislada presente un mejor comportamiento sismorresistente puesto que reduce derivas y aceleraciones en cantidades elevadas lo que implica mejor comportamiento estructural y cumplen con los requisitos técnicos de las normas con las cuales realizaron su diseño sísmico ASCE/SEI y la UBC 97, llegando a una conclusión general que el sistema de aislamiento mejora significativamente el comportamiento estructural dado que incrementa el amortiguamiento y el periodo lo que conlleva a disminución de fuerzas cortantes, derivas de entre piso y aceleraciones (p.204).

La presente investigación nos aporta una metodología para realizar diseños con sistemas de protección sísmica, y ver cuál es el comportamiento de una estructura en base fija comparada con una estructura en la que se acopla sistema de aislamiento en la base, esta investigación nos servirá como una guía para realizar diseños estructurales aislados sísmicamente.

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26 “Desempeño sísmico de una estructura de concreto armado con aisladores sísmicos LRB para uso esencial en la ciudad de Trujillo, región La Libertad, 2018.”

Tocto (2018) En su investigación determinó el desempeño estructural de una edificación correspondiente a un centro educativo de tres niveles que va a estar ubicado en la ciudad de Trujillo (p.76). El diseño investigativo de la tesis es de tipo no experimental transversal puesto que presenta una única variable de estudio(p.79), para su análisis estructural empleó el software de diseño ETABS en los que realizó primeramente un análisis modal espectral y seguidamente un análisis no lineal Tiempo-Historia para determinar el desempeño estructural de la edificación, el análisis PUSHOVER realizado para determinar el desempeño estructural realizó su diseño sísmico siguiendo los lineamientos del ASCE/SEI 7-16.(p.86). En base a sus resultados obtenidos se puede mencionar que para el análisis no lineal Tiempo-Historia en las direcciones X-X e Y-Y se obtuvieron fuerzas cortantes menores con sistema aislado en comparación con sistema en base fija en magnitudes de 581 KN y 741KN, estos resultados implican menores derivas, menores aceleraciones de entrepiso, menor área de acero en superestructura, así mismo en el balance energético de la estructura se aprecia que el sistema de aislamiento sísmico absorbe y disipa alrededor del 84% de la energía entrante del sismo(p.192). En base al desempeño sísmico estructural se puede concluir que la estructura presenta un desempeño operacional con un desplazamiento máximo del sistema de aislamiento DTM de 25 cm y un desplazamiento total máximo DTM de 30cm, las derivas máximas de entre piso para sistema aislado fue de 1.32‰ para la dirección de análisis X-X mientras que para la dirección de análisis Y-Y fue de 1.48‰, el punto de desempeño estructural para un sismo máximo considerado para la dirección X-X muestra una fuerza cortante de 4332.698 KN y un desplazamiento 0.169426m y para la dirección Y-Y la cortante fue de 4531.0164 KN y un desplazamiento de 0.133126 m, además de ello para el sismo máximo considerado la

27 estructura base aislada está en el desempeño de ocupación inmediata mientras que la empotrada está en rango de prevención al colapso (p.193).

La presente tesis nos aporta una forma de determinar el desempeño estructural de las edificaciones en base a las matrices de desempeño que nos da el ASCE/SEI 7-16, además de ello nos aporta como obtener un balance energético de estructuras aisladas y empotradas, también sirve como una guía para realizar diseños con sistemas aislados LRB.

Así mismo, ver el cumplimiento de la finalidad normativa al aislar una edificación esencial tipo A2, y contrastar con el aislamiento del centro hospitalario que son edificaciones esenciales tipo A1, ya que tiene que cumplir los mismos o mejores objetivos de desempeño sísmico que los centros educativos.