Realidad Problemática

La ingeniería sismorresistente es una de las ramas de la ingeniería civil que estudia el comportamiento sísmico de las edificaciones ante la presencia de algún evento sísmico, además tiene por objetivo principal brindarnos métodos de diseños para los diferentes sistemas estructurales cuyas respuestas sísmicas deben cumplir con una serie de requerimientos mínimos de tal modo que las edificaciones construidas tengan un adecuado comportamiento sismorresistente frente a la presencia de sismos severos, es decir que no colapsen aunque puedan presentar daños importantes estructuralmente que en algunos casos éstos daños puedan ser reparables. En la actualidad la ingeniería sísmica a nivel mundial ha ido evolucionando desarrollando nuevos métodos de protección sísmica para llegar a un mismo propósito el cual consiste en diseñar edificaciones seguras que implican evitar pérdida de vidas humanas, asegurar la continuidad de los servicios básicos y minimizar los daños a la propiedad para lo cual se necesita controlar y regular los parámetros de diseño sísmico. (Muñoz, 2020)

En Chile debido a los catastróficos desastres ocurridos por fuertes terremotos como por ejemplo el terremoto de Valdivia de 1960 con magnitud de 9.6 Mw, dejó colapsadas algunas ciudades del centro y sur de Chile ocasionando enormes pérdidas de vidas humanas, daños de bienes y materiales causados por las grandes disipaciones de energía que produce estos movimientos sísmicos. Es por ello que en base a dichos eventos sísmicos que han ido ocurriendo y además por su ubicación dentro de una zona altamente sísmica como es el cinturón del Fuego del Pacífico han implementado el uso de aisladores sísmicos en sus diseños estructurales en algunas edificaciones, dentro de ellas tenemos el diseño estructural del Hospital Militar de Santiago que cuenta con 164 aisladores elastoméricos en su base, estos aisladores sísmicos son de 70 cm a 90 cm de diámetro cuya respuesta

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2 sísmica como resultado de su diseño es capaz de soportar el peso sísmico total de la estructura de 90445Ton y poder desplazarse lateralmente los aisladores céntricos valores de 23,8cm y 28,7cm para un amortiguamiento ξ=12% considerado en su diseño para sismo de diseño (SDI) y sismo máximo considerado (SMC), mientras que para dispositivos perimetrales se obtuvo valores de desplazamientos laterales de 27,8 cm y 33,6cm , por lo que estos dispositivos mejoran el comportamiento sismorresistente de las edificaciones ocasionado por las fuerzas laterales producida por los sismos, un claro comportamiento logrado en ese hospital con sistema de aislamiento sísmico es que en el sismo producido el 27 de febrero del 2010 con una intensidad de 8.8 grados el hospital no sufrió daño alguno, a diferencia de un edifico ligado sin aislamiento sísmico en la base el cual presentó daños importantes en su estructura. Otro hospital que fue construido después de observar la buena funcionalidad del Hospital Militar de Santiago frente a los terremotos fue el Hospital regional de Antofagasta, el cual cuenta en su diseño sísmico estructural con 420 aisladores y disipadores en la base cuya respuesta sísmica de su diseño estructural es capaz de un terremoto de 9.5 grados de intensidad, y es en base a esa configuración que es capaz de soportar un terremoto de igual magnitud como el producido por el terremoto más fuerte a lo largo de la historia en Chile que fue el de Valdivia de 1960 (El Mercurio de Antofagasta, 2010).

En el Ecuador a diferencia del Hospital Militar de Santiago emplearon aisladores de péndulo de fricción doble para la construcción del Nuevo Hospital de Muisne, el resultado de emplear sistemas de aislamiento sísmico en el hospital ecuatoriano surgió frente al hecho ocurrido el 16 de abril del 2016 donde un enorme terremoto de 7.8 grados en la escala Richter ocasionó fuertes desastres principalmente en las ciudades de Manta, Pedernales, Muisne, Portovejo y Esmeralda, este hecho ocurrido produjo daños estructurales irreparables en las edificaciones de la ciudad de Muisne, por lo que conllevó

3 a la reconstrucción del nuevo Hospital de Muisne en la provincia de Esmeraldas, el diseño sísmico estructural de este hospital consta de 65 aisladores RESTON®PENDULUM (también conocido como deslizante de superficie curva) que son aisladores de tipo péndulo de fricción doble cuya respuesta sísmica de su diseño estructural es capaz de soportar un peso de 750 KN y deformaciones laterales de 40 cm, actualmente el hospital con aislamiento sísmico se mantiene aún intacto sin daños estructurales ni en su contenido . (Mageba, 2017)

En Estados Unidos se observó un buen comportamiento en base a la respuesta sísmica estructural de las edificaciones diseñadas con aislación sísmica en la base y que se encontraban ubicadas en zonas de alta sismicidad, una de ellas es el caso del Teaching Hospital de la Universidad de South California (USC) en los Ángeles que no presentó daños estructurales ni en su contenido ante el terremoto de 1994 cuyo epicentro fue en Northridge localizado a 36 km de este. El Hospital USC pudo seguir operativo para la atención de personas afectadas por aquel terremoto, dicho hospital fue diseñado con sistemas de aislación sísmica en la base usando 81 apoyos elastoméricos y 68 aisladores con núcleo de plomo, este sistema de protección sísmica en base a su respuesta sísmica permitió reducir las aceleraciones de campo libre en un 75% traduciéndose en reducción de daños estructurales y no estructurales. A diferencia de esto fue el caso del Centro Médico del Condado de los Ángeles localizado a menos de una milla de distancia y que fue diseñado sin sistemas de aislamiento sísmico el cual conllevó a daños importantes tanto estructurales como no estructurales valorizados en 400 millones de dólares y que se manutuvo inoperativo después del terremoto. (Dynamic Isolation Systems, 2007)

En el Perú en los últimos años se han desarrollado diseños sísmicos estructurales con sistemas de aislamiento sísmico en hospitales de concreto armado para mejorar su respuesta sísmica, dentro de ellos tenemos al Hospital Regional Daniel Alcides Carrión

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4 localizado en Cerro de Pasco que consta de 9 bloques aislados de 6 y 3 pisos con 186 aisladores en su base, el Hospital Regional de Moquegua que consigna 3 edificios de 2 pisos y 3 edificios de 4 pisos todos con aislamiento sísmico en la base con un total de 216 dispositivos elastoméricos de núcleo de plomo y deslizadores, el Hospital de Yurimaguas – Santa Gema que consta de 7 bloques separados de 2 y 4 pisos con un total de 172 elementos de protección sísmica entre aisladores HDR y deslizadores, el Hospital de Bella Vista en San Martín de un solo bloque y con edificios de 1 y 4 pisos que cuenta con 64 dispositivos entre aisladores de núcleo de plomo y deslizadores, la Clínica de Medicina Deportiva en el Callao de 3 pisos que cuenta con 23 aisladores de péndulo de fricción triple en su base. (Talavera , 2017)

En los departamentos del Perú existen algunos hospitales de concreto armado diseñados con sistema de aislamiento sísmico en el suelo de fundación para mejorar la respuesta sísmica en caso de terremotos severos o muy severos, dentro de ellos podemos mencionar al Hospital de la Policía Nacional del Perú en el departamento de Lima construido en un área 28 000 m2 y cuenta con 213 aisladores en la base cuyo desempeño estructural logrado a través de análisis sísmico es que presenta una deriva máxima de 2.8/1000 y una aceleración máxima de 0.28g lo cual se traduce en disminución de daños estructurales y no estructurales. En el departamento de Puno tenemos al Hospital Ilave de 5 bloques de 2 y 3 pisos distribuidos en un área de 6 160 m2, el cual en su diseño sísmico estructural cuenta con dispositivos de aislación sísmica y cuenta con un total de 120 aisladores, el desempeño logrado con aislación sísmica basal produce derivas máximas de 3/1000 y aceleración máxima de 0.25g generando la operacionabilidad de la edificación después de ocurrir un sismo raro con periodo de retorno de 2500 años. (Muñoz A. , 2017) En la ciudad de Trujillo aún no existe hospitales cuyo diseño sísmico estructural se haya realizado y construido con sistemas de aislación sísmica para obtener una mejor

5 respuesta sísmica; pero según ( Programa Nacional de Inversiones en Salud – PRONIS,2018) en la ciudad de Trujillo el proyecto que está en fase de evaluación es el proyecto denominado “Mejoramiento de los Servicios de Salud del Hospital Distrital de El Porvenir Santa Isabel, Distrito de El Porvenir, Provincia de Trujillo, Departamento de La Libertad” el cual consiste en la reconstrucción y remodelación del antiguo Hospital Santa Isabel, así mismo nos informa que la remodelación total del hospital será diseñado considerando los criterios de aislamiento sísmico para edificaciones esenciales de categoría A1 según indica el RNE(Reglamento Nacional de Edificaciones) en el capítulo de estructuras en la norma E.030 de diseño sismorresistente, por lo cual se implementará en su diseño estructural sistemas de protección sísmica en la base usando aisladores para mejorar la respuesta sísmica de la estructura y mantener operativo ante la presencia inesperada de algún terremoto que pueda suceder.

El Perú no tenía una norma propia de diseño estructural con sistemas con aislamiento sísmico hasta fines del 2019 a pesar que la norma de diseño sismorresistente del año 2016 ya exigía el uso obligatorio de aislamiento sísmico en hospitales de categoría A1 y A2 establecidos por el MINSA y que se encontraban en zonas 3 y 4, sin embargo el código de diseño sismorresistente nos sugería utilizar normativas de países que tengan su propio reglamento de diseño estructural con sistemas de protección sísmica en la base, visto esta necesidad de tener un propio reglamento para diseños con sistemas de aislamiento sísmico para mejorar la respuesta sísmica de las edificaciones se aprueba por decreto de ley la norma de aislamiento sísmico E.031 el año 2019, en la cual se establecen los criterios mínimos a tomar en cuenta para el diseño y construcción de edificaciones con cualquier tipo de sistema de aislamiento sísmico. Los criterios de diseño de elementos de concreto armado son establecidos en el del Reglamento Nacional de Edificaciones en la norma E.060 y son de carácter obligatorio ser aplicados hasta donde la normativa se limite. La asignación

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6 y combinaciones de cargas aplicas a los ambientes según su uso previsto se establecen en la norma E.020 de cargas del Reglamento Nacional de Edificaciones. (Norma Técnica Peruana E.031, 2019)

Durand (2020) Encontró en su investigación en base a los resultados de las respuestas sísmicas de sus edificación aislada, que los aisladores FPS absorben en promedio un 74% de la cortante basal de la edificación, mientras que los aisladores elastoméricos LRB absorben un 84% de la cortante basal, además según sus resultados obtenidos especifica que los aisladores triple péndulo aporta un mejor comportamiento estructural en las edificaciones dado que mitigaran el daño en la estructura como en el contenido manteniendo a la edificación funcional y operativa después de un movimiento sísmico considerado.

Cáceres & Aquino (2017) Encontraron en su investigación en base a resultados de la respuesta sísmica de hospital irregular de concreto armado, cuya configuración es en forma de L, que la presencia de 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) analizados bajo la normativa norteamericana UBC-97, les condujo a disminuir 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 dirección X y para la dirección Y se redujo en un 62% con respecto a una edificación convencional de base fija.

Mantilla & Apaza (2019) Encontraron en su investigación en base a los resultados de la respuesta sísmica estructural del Hospital regular de concreto armado de 4 pisos que fue analizados bajo las consideraciones de las normas a ASCE/SEI 7-10 capítulo 17 y la norma nacional E.030 – 2018, que el sistema de aislación sísmica en su base con aisladores

7 elastoméricos de núcleo de plomo LRB incrementan el periodo fundamental de la edificación desde T=0.289 para la edificación convencional de base fija hasta un periodo fundamental objetivo de 2.331 segundos. En lo referente a derivas de entrepiso se observa una reducción de 4.48 y 4.89 veces en la dirección XX e YY respectivamente.

Marcelo (2019) Encontró en base a los resultados de las respuestas sísmicas que los hospitales de concreto armado con diseño sísmico estructural que cuentan con sistemas de protección sísmica, cumplen con el criterio de funcionalidad continua ya que al acoplar estos dispositivos en la base de la edificación estos reducen los daños en elementos estructurales, no estructurales y a sus componentes sujetos a tolerar daños ocasionados por los desplazamientos laterales, obteniéndose derivas de entre piso del orden de 3/1000 lo que se traduce en que la edificación no va a sufrir daños estructurales, del mismo modo encontró que estos dispositivos reducen en cierto modo las aceleraciones de suelo obteniéndose aceleraciones bajas menores a 0.4g generando que los elementos no estructurales no sufran falla alguna.

Según los antecedentes descritos anteriormente se puede evidenciar que los dispositivos de aislamiento sísmico mejoran significativamente la respuesta sísmica de las estructuras, puesto que amplifican periodos y amortiguamientos, dando como resultados derivas y aceleraciones que cumplen con los requerimientos de la norma de aislamiento E.031.

Ingenieros Civiles y Contratistas Generales S.A.ICCGSA.RUC 20100114187 e INCOT S.A.C. RUC: 20101029442 son las empresas que construyeron y realizaron el diseño sísmico estructural del Hospital Regional de Moquegua, éste hospital fue diseñado con sistema estructural en base a concreto armado y consta de protección sísmica en la basal para asegurar su funcionalidad continua en caso de que ocurra un terremoto

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8 imprevisto y mejorar la respuesta sísmica, para ello en la base de su fundación se colocaron 216 aisladores elastoméricos con núcleo de plomo y deslizadores. (Talavera , 2017)

HIGASHI Ingenieros SAC RUC.20514824500 y SAINC Ingenieros Consultores SA RUC.20523534590 son las empresas que se encargaron del diseño sísmico estructural y la construcción del Hospital de Bella Vista en la región San Martín en el año 2016, el Hospital cuenta con un conjunto de bloques con edificación de 1 y 4 pisos, para el diseño sismo estructural de la edificación se emplearon 64 dispositivos de protección sísmica entre aisladores de núcleo de plomo y deslizadores con la finalidad de mantener operativo la edificación ante la presencia de algún evento sísmico considerado como sismo raro y mejorar su respuesta sísmica. (Talavera , 2017)

Hay una latente necesidad de Hospitales modernos de alto nivel de atención con protección sísmica en la ciudad de Trujillo. Se requiere de estos sistemas de protección debido a que el Perú se encuentra localizado en una zona de alta peligrosidad sísmica al formar parte del Cinturón del Fuego del Pacífico dónde se producen movimientos de subducción de la Placa de Nazca respecto a la Placa Sudamericana ocasionando terremotos de gran magnitud que a lo largo de la historia sísmica peruana la región costa siempre ha sido la más afectada causando daños estructurales y en el contenido, así como pérdida de vidas humanas. Los grandes movimientos telúricos generados han conllevado a realizar normas y códigos de diseños estructurales sismorresistentes para asegurar un adecuado comportamiento estructural (Talavera , 2017). Así mismo según estimaciones del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS), cerca del 70% de las viviendas que se construyen en el país son informales, es decir se construyeron por un maestro de obra sin un documento técnico que sustente su diseño estructural traduciéndose en edificaciones que sufren desplomes o carecen de un diseño con aislación sísmica

9 trayendo resultados desfavorables como resultado viviendas vulnerables frente a sismos con riesgos muy altos o altos para cientos de miles de familias (Kuroiwa, 2016)

Lo que se pretende investigar es determinar la respuesta sísmica de un Hospital de concreto armado con aislamiento sísmico en base, empleando aisladores de tipo elastoméricos y de fricción, para luego hacer una comparación del comportamiento estructural y elegir del sistema de aislamiento más apropiado, el diseño se realizará tomando en consideración las normas nacionales de diseño sismorresistente (E-030) así como la norma de aislamiento sísmico (E-031).

Las consecuencias de no hacer la investigación radican en que para construcciones hospitalarias futuras se tenga una propuesta del diseño sísmico con sistemas aislamiento en la base para mejorar la respuesta sísmica de las edificaciones hospitalarias y edificios en general construidos con elementos de concreto armado, los cuales brindan un buen sustento técnico, y así conllevaría a realizar edificaciones de este tipo con comportamientos estructurales adecuados ante la presencia de eventos sísmico de gran importancia, protegiendo a la edificación y al contenido de este asegurando la continuidad de sus servicios.