UPC 2015

7/17/2019 UPC 2015

http://slidepdf.com/reader/full/upc-2015 1/212

INGENIERÍA

SISMO-RESISTENTEDR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia

PROFESOR VISITANTE ULEAM - EcuadorPROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

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TEORIAS SOBRE GENERACION DESISMOS

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PREDICCIÓN SÍSMICA

TEORÍA DEL SILENCIO SÍSMICO

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MEDIDA DE LOS SISMOS

Magnitud Cuantitativo Ej. Sismo de 1970; 7.8

Intensidad. Percepción humana y efectos sobre lasconstrucciones y la naturaleza I-XII.

Escalas de Magnitud: Ms, Mb, Ml, Mw

Escalas de Intensidades: MM, MSK

MMA – 2001

I No sentido. Solo registro instrumental

II – V Percepción humanaVI – IX Daños en construcciones

X – XII Efectos sobre la Naturaleza

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EFECTOS SÍSMICOS, ESCALA MM

FALTA UNA FIGURA MAS

VI

VII

VIII

IX

XI

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PELIGRO O AMENAZA SÍSMICA

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INFLUENCIA DEL SITIO

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REGISTROS DE SISMOS DE GRANMAGNITUD

Influencia del sitio

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REGISTRO DE ACELEROGRAMAS

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TSUNAMIS“Grandes olas en la costa”

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VICTIMAS Y DAÑOS CAUSADOS PORTSUNAMIS

En Sanriku, Japón: 20000 víctimas en 1896 y 3000 en

1933

Callao, Perú, 1746, de 5000 habitantes sólo sesalvaron 200

Sur de Chile 1960, 1000 víctimas

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TSUNAMI, EFECTOS REGIONALES,23.06.2001

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DAÑOS AL SUR DE CAMANA 2001

IMPACTO & EROSION

SALINIZACION

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GENERACIÓN DE TSUNAMIS

Gran mayoría, origen tectónico(Embolo de forma elíptica)

Erupciones volcánicas

Grandes deslizamientos

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MAGNITUD DE TSUNAMIS(Según Imamura)

Magnitud Alturam Daños

0

1

2

3*

4*

1 a 2

2 a 3

4 a 6

10 ~ 20

> 30 m

No hay

Inundación. Viviendas de madera yadobe dañadas. Botes arrastrados.

Construcciones de madera.Embarcaciones y personasarrastradas

Graves daños en 400 km costa

Destrucción > 500 km costa

* Usar con reserva, fuera de Sanriku, Japón

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FACTORES QUE AFECTAN MAGNITUDDE TSUNAMIS

Magnitud sismo y profundidad focal

Área dislocada en el fondo oceánico

Ruta de propagación

Ángulo de entrada a la bahía

Forma de la bahía

Topografía zona inundada

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PROPAGACIÓN DE TSUNAMIS

Curvas de refracción Tsunami, Lima 03.10.1974

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MAPA DE INUNDACIÓN DEL CALLAO

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RIESGO COMPUESTOColapso de viviendas/tsunamis

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COMPLEJO DE REFUGIO TEMPORAL

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LECCIONES DE UN ENSAYO DEEVACUACIÓN (1988)

• Formulación del plan • Supervisión y evaluación

• Ensayos previos de evacuación • Evaluación integral

• Difusión

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DAÑOS

ESTRUCTURALES ENEDIFICACIONESDR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia


PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPNPREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

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«...a las personas no los mata el sismo, sino los edificios»

Kliachko M.A.

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MAPA SISMICO DEL PERU

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ACTIVIDAD SISMICA EN EL PERU

ENTRE 1960-1995

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ENSEÑANZAS

DEJADAS POR LOSSISMOS EN EL PERU

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SISMO DE CHIMBOTE

31 DE MAYO DE 1970

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EPICENTRO

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MAPA DE INTENSIDADES ZONA NORTE

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MAPA DE INTENSIDADES ZONA CENTRAL

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MAPA DE INTENSIDADES ZONA SUR

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PLAZA DE ARMAS DE YUNGAY DESPUESDEL SISMO

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SISMO DE NAZCA

12 DE NOVIEMBRE DE 1996

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MAPA DE INTENSIDADES

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900 REPLICAS

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PROBLEMAS EN JUNTAS

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SISMO DE OCOÑA

23 DE JUNIO DEL 2001

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REPLICAS AL 25 DE JUNIO DEL 2001

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REPLICAS AL 27 DE JUNIO DEL 2001

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REPLICAS AL 10 DE JULIO DEL 2001

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COLUMNA CORTA

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SISMO DEMOYOBAMBA

03 DE OCTUBRE DEL 2005

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DAÑOS EN VIVIENDAS DE TAPIAL

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LICUACION DE SUELOS Y AGRIETAMIENTOS

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ENSEÑANZAS

DEJADAS POR LOSSISMOS EN EL MUNDO

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SISMO DE ALASKA

27 DE MARZO DE 1964

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EDIFICIO DE LA CALLE L

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ROTULAS PLASTICAS EN LAS COLUMNAS

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LICUACION DE SUELOS

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CIUDAD DE SEWARD DESPUES DEL TSUNAMI

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SISMO DE CARACAS

29 DE JULIO DE 1967

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CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN LASCOLUMNAS DEBIDO AL CAMBIO DE RIGIDEZ EL EL

3ER PISO

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DERRUMBE DE LOS 4 ULTIMOS PISOS DEL

EDIFICIO MANSION CHARAIMA(11 PISOS)

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FALLA EN CONEXION VIGA COLUMNA

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FALLA POR CORTE EN COLUMNA

DEL 1ER PISO

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FALLA POR CORTE EN LAS VIGAS

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PISO BLANDO

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SISMO DE MEXICO

19 DE SETIEMBRE DE 1985

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CONFIGURACION EN “L”

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CENTRAL DE TELECOMUNICACIONES

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SISMO DE KOBE

17 DE ENERO DE 1995

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DESTRUCCION DE VIVIENDAS

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FALLA POR TIPO DE SUELO

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ESTADO DE LA LINEA EXPRESA

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INCENDIO EN LA FABRICA DE ACERO ESTRUCTURAL

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COMUNICACION TEMPORAL

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MAREMOTO

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REFUGIO DE DAMNIFICADOS

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COLAS PARA OBTENER ALIMENTOS

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INSCRIPCION DE DAMNIFICADOS

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ZONA DE PREVENCION ANTE

POSIBLES REPLICAS

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PROCESO DE RECONSTRUCCION

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KOBE DESPUES DEL SISMO

DEL 17 DE ENERO DE 1995 YEN LA ACTUALIDAD

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CRITERIOS ESTRUCTURALES Y

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Es el armazón que le daforma a un edificio(Esqueleto)

Sostiene a un edificio, lofija al suelo y hace quelas cargas setransmitan a éste

Lo que hace resistente a

una edificación antemovimientos sísmicos

GEOTECNICOS EN EDIFICACIONES

ARQUITECTURA

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ESTRUCTURACIÓN

PRE-DIMENSIONAMIENTO

METRADOCARGA VERTICAL

100%CM+100%CV

METRADOCARGA LATERAL (SISMO)

100%CM+___%CV

NORMADISEÑOSÍSMICO

MODELACIÓN 1 MODELACIÓN 2

ANÁLISIS PORCARGA VERTICAL

CONTROL 1 , 2

ANÁLISIS PORCARGA LATERAL

CONTROL 3OkOk No

DISEÑO ESTRUCTURAL

No

C t l ti l

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Controles por carga vertical

E030 – 2006

PERFIL SUELO qa (kg/cm2)

S1 RIGIDO >3

S2 INTERMEDIO 1.2 – 3

S3 FLEXIBLE

E030 – 2014

S0 ROCA DURA >6

S1 MUY RIGIDO 3– 6

S2 INTERMEDIO 1.2 – 3

S3 FLEXIBLE

1) Capacidad Portante: Resistencia del terreno

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2) Asentamiento

2.1) Asentamiento tolerable: Consecuencia del procesoconstructivo (cohesión molecular del suelo)

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E030 - 2006

PERFIL SUELO St (cm) C1 kg/cm3

S1 Rígido

S2 Intermedio 0.5 – 1 3 – 6

S3 Flexible 1–

1.5E030 – 2014

S0 Roca 0

S1 Rígido 6 – 12

S2 Intermedio 0.5– 1 3

– 6

S3 Flexible 1 – 1.5

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2.2) Asentamiento diferencial: Es la diferencia que seproduce entre las zapatas en relación una con otra.

Evitar pérdida deestabilidad de la

superestructura

Control por carga lateral (sismo)

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Control por carga lateral (sismo) Control de desplazamiento lateral o control de deriva

(drift)

-Se procede arealizar las

combinacionesde cargas segúnE060

-Si no cumple,es un Edificio

Flexible, por lotanto se debereforzar.

Evitarperdida deestabilidad

100

∆4

∆3

∆2

∆1

H4

H3

H2

H1

∆i-1

Hiβ

Δi-1 Δi-Δi-1 Δi-Δi-1

Hi

F4

F3

F2

F1

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REQUISITOS

PARA MUROS

CONFINADOS

SEGÚN

NORMA E 7

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PREDIMENSIONAMIENTO

DE ELEMENTOSESTRUCTURALES

Dr. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-BoliviaPROFESOR VISITANTE ULEAM-EcuadorPROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO


LOSAS ALIGERADAS:

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El peralte de las losas aligeradas podrán serdimensionadas considerando el siguiente criterio:

H=Ln/25Siendo:Ln – longitud del lado menor

H = altura o espesor total de la losa aligerada y

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por tanto incluye los 5cm de losa superior y elespesor del ladrillo de techo. Los ladrillos serán

de 12, 15, 20 y 25cm respectivamente

El Arquitecto y el Ingeniero Civil deberán tener

en cuenta la determinación de la altura de pisoa piso, el espesor anteriormente indicado y laconsideración de 5cm adicionales para eldenominado piso terminado

LOSAS MACIZAS:

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LOSAS MACIZAS:

Las losas macizas pueden ser dimensionadasen forma aproximada, considerando:

Hmaciza = Haligerada – 5cm

También se puede aplicar el siguiente criterio:

H=L/40Siendo:L – longitud del lado mayor

PREDIMENSIONAMIENTO DE

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PREDIMENSIONAMIENTO DEVIGAS

Las vigas se dimensionan generalmenteconsiderando un peralte del orden de 1/10a 1/12 de la luz libre. Debe aclararse queesta altura incluye el espesor de la losadel techo o pisoEl ancho es variable de 1/2 a 2/3 veces sualtura, teniendo en cuenta un anchomínimo de 25cm, con la finalidad de evitarel congestionamiento del acero ypresencia de cangrejeras

PREDIMENSIONAMIENTO DE

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COLUMNAS

Las columnas al ser sometidas a cargasaxiales y momento flector, tienen que serdimensionadas considerando los dos efectos

simultáneamente, tratando de evaluar cual delos dos es el que gobierna en forma másinfluyente en dimensionamiento

En base a todo lo indicado se puederecomendar el siguiente criterio dedimensionamiento:

1) COLUMNAS CENTRADAS :

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Área de columna = P (servicio) / 0,45f„c

2) COLUMNAS EXCENTRICAS Y ESQUINADAS :

Área de columna = P (servicio) / 0,35f‟c Siendo:

P(servicio) = P . A . N

Edificios categoría A (ver E030) P = 1500 kg/m2

Edificios categoría B (ver E030) P = 1250 kg/m2

Edificios categoría C (ver E030) P = 1000 kg/m2

A – área tributaria

N – número de pisos

METODO PRACTICO 1

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METODO PRACTICO 1

TIPO 1 : lado = H/8TIPO 2 : lado = H/10

TIPO 3 : lado = H/9

Donde: H = alturadel piso

METODO PRACTICO 2El lado de la columna debe ser entre el 80% y 90% delperalte de la viga

PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS

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PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS

Es difícil poder fijar un dimensionamiento para las placaspuesto que, como su principal función es absorber lasfuerzas de sismo, mientras más importantes sean, tomaránun mayor porcentaje del cortante sísmico total, aliviandomás a los pórticos.

Las placas pueden hacerse mínimo de 10cm de espesor(muros de ductilidad limitada), pero generalmente seconsideran de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el

numero de pisos o disminuyamos su densidad

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ANALISIS SISMICO

ESTATICODR. GENNER VILLARREAL CASTRO

PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – BoliviaPROFESOR VISITANTE ULEAM - EcuadorPROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO


CRITERIOS DE MODELACIONESTRUCTURAL

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ESTRUCTURAL

1 DIAGRAMA RIGIDO LA LOSA TRABAJA COMO UNA PLACA HORIZONTAL DONDE EL

MOVIMIENTO DE CADA NUDO DEPENDERA DEL MOVIMIENTODEL CENTRO DE MASA

SAP 2000 DIAFRAGMA CONTRAIDO

CM2

CM1

CG

CM Debe alinearse lo mas cercano posible(evitar daños en los elementos de corte portorsión diferente en cada piso)

2 BRAZO RIGIDO

VIGA - COLUMNA

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INICIO c/2FINAL d/2

FACTOR 1

COLUMNA - ZAPATA

INICIO z/2FINAL 0FACTOR 1

RESTRICCIONES CINEMÁTICAS

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ANALISIS ESTATICO POR LA

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NORMA PERUANA E030-2014

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DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO SISMICO

Base aisladaBase

empotrada

junta sísmica

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Irregularidades en altura (Tabla N 8)

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g ( )

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131

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Irregularidades en planta (Tabla N 9)

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Junta Sísmica (Art. 5.3)

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Junta Sísmica (Art. 5.3)

Distancia mínimaque separa a dosestructuras para

evitar el contactodurante unsismo.

La distancia no será menor a 2/3 de lasuma de los desplazamientos máxima enlos bloques adyacentes:

JuntaSísmica

Fuerza Sísmica de Diseño(Art 5 4)

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(Art. 5.4)

“Si un muro o pórtico absorbe >

30% Vtotal será diseñado con un25% adicional”

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ANALISIS SISMICO

DINAMICODR. GENNER VILLARREAL CASTRO



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Análisis

Sísmico

Análisis

Modal

Análisis

Espectral

+

ANALISIS MODAL

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T1 = 0,1 . (Npisos) (seg)

OFICINA DE PROYECTO APLICA 3 MODOS POR CADA PISO

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MODO

PERIODO (seg)

MODO

1 2 3 4 3 6 71 2 3 4 3 6 7

FRECUENCIA (Hz)

MASAS

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ACELERACION ESPECTRAL 2014

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FACTOR DE ESCALA

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INTERACCION

SUELO-ESTRUCTURADR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia



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ES UN TRABAJO CONJUNTO SUELO – CIMENTACION – SUPERESTRUCTURA

TRABAJO MAS REAL Y CUMPLE LOS FINES DE LA INGENIERIA SISMORESISTENTE

ENFOQUE TRADICIONAL : EMPOTRAMIENTO EN LA BASE(ESTRUCTURA MUY ENTERRADA Y EL SUELO ES MUY RIGIDO)

ENFOQUE ISE

GEOTECNICO - Comité TC207 de ISSMGE www.issmge.org ESTRUCTURAL – Normas de Diseño Sismo-Resistente – utilizandocoeficientes de rigidez

http://www.issmge.org/

http://www.issmge.org/

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www.tc207ssi.org

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www.georec.spb.ru

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www.niiosp.ru

APORTES DE LA ISE AL CALCULO ESTRUCTURAL

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- MAYOR EXIGENCIA EN EL CONTROL DE DESPLAZAMINETO LATERAL (SE

INCREMENTA EN COMPARACION CON EL MODELO EMPOTRADO EN LA BASE)

- LOGRA UNA MEJOR REDISTRIBUCION DE ESFUERZOS (SE REDUCEN LASFUERZAS INTERNAS DE DISEÑO POR SISMO, SI EL EDIFICIO ESTACORRECTAMENTE MODELADO, CASO CONTRARIO SE INCREMENTARA

Δ.emp < Δ.ISE

F.emp > F.ISE

- DETERMINAN FALLAS A PRIORI COMO ALABEO EN LOSAS

ALABEO EN LOSAS

2 3

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1

2 3

4

Z1 Z3 + -

Z2 Z4 - +

- SE DETERMINA CON EXACTITUD LA UBICACIÓN DE LAS ROTULAS PLASTICAS EN COLUMNAS(PUEDE GENERAR COLAPSO O DAÑO INESPERADO)

ROTULA PLASTICA (ALTA CONCENTRACION DE ESFUERZOS

I.col > I.viga EVITA UNA RAPIDA APARICION DE ROTURA PLASTICA

- LOGRA UNA OPTIMIZACION ESTRUCTURAL

ZAPATAS AISLADAS (PARALELEPIPEDO RECTANGULAR)

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MASAS (Mx, My, Mz, Mφx, Mφy, MΨz)

COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz,Kφx, Kφy, KΨz)

MATERIALE zapata = 9.10e8T/m2μ zapata = 0,05

Zapata se modela como infinitamente rígido

(tn.s²/m)

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(tn.s².m)

(tn.s².m)

(tn.s².m)

PLATEA (LAMINA RECTANGULAR DELGADA)

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MASAS (Mx, My, Mz, Mφx, Mφy, MΨz)

COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz,Kφx, Kφy, KΨz)

MATERIALE platea = 9.10e8 tn/m²

μ platea = 0,05

Platea se modela como infinitamente rígido

(tn.s²/m)

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(tn.s².m)

(tn.s².m)

(tn.s².m)

1) PRESION ESTATICA

MODELO BARKAN - SAVINOV

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ZAPATA

(kg/cm²)

PLATEA

(kg/cm²)

2) COEFICIENTE Co (tabla 2.1 texto)

3) COEFICIENTE Do

Coeficiente de POISSON

4) COEFICIENTES ( Cx, Cy, Cz, Cφx, Cφy)

(kg/ ³)

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(kg/cm³)

(kg/cm³)

(kg/cm³)

(kg/cm³)

5) COEFICIENTES DE RIGIDEZ

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Kx = Ky = Cx.A (tn/m)

Kz = Cz.A (tn/m)

Kφx = Cφx.Ix (tn.m)

Kφy = Cφy.Iy (tn.m)

MODELO NORMA RUSA

1) COEFICIENTE C

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1) COEFICIENTE CzSiendo:

A10 = 10 m²A = AREA DECIMENTACION

2) COEFICIENTES Cx, Cy, Cφx, Cφy, CΨz )

Cx = Cy = 0,7 Cz (kg/cm³)

Cφx = Cφy = 2Cz (kg/cm³)

Cφz =Cz (kg/cm³)

(kg/cm³)

3) COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky; Kz, Kφx, Kφy, KΨz)

K K C A (t / )

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Kx = Ky = Cx.A (tn/m)

Kz = Cz.A (tn/m)

Kφz = Cφx.Ix (tn.m)

Kφy = Cφy.Iy (tn.m)

KΨz = CΨz.Iz (tn.m)

Iz = Ix + Iy

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EDIFICACIONES CONDISIPADORES DE

ENERGIADR. GENNER VILLARREAL CASTRO



VENTAJAS DE UTILIZAR LOS

DISIPADORES DE ENERGÍA

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VENTAJAS

TÉCNICAS

VENTAJAS

FUNCIONALES

VENTAJAS

ECONÓMICAS Reducen los

desplazamientos de la

estructura.

Disipan entre un 20%

y 40% la energíasísmica.

Reducen fuerzas de

diseño sísmico .

Ideales para

aplicaciones en

edificios nuevos ytambién para

reforzamientos.

Estéticos.

Fácil montaje e

instalación.

Retornan a su posición

inicial luego de un

sismo severo.

• Calibración post

sismo.

• Permiten reducir

volumen de concreto y

acero con menoresespesores de placas,

columnas y vigas.

• Disminuyen daños en

equipamiento y

elementos

no estructurales.

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EDIFICIO REDUCTO

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PREMIO NACIONALANR 2008

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-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

A c e l e r

a c i ó n ( c m / s 2 )

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2

Periodo s

P s e u d o a c e l e r a c i o n e s p e c t r a l ( c m / s 2 )

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Nº Coeficiente de

amortiguamiento

(T.s/m)

Exponente de

amortiguamiento

Rigidez

(T/m)

Fluencia

(T)

Radio de

rigidez

post-

fluencia

Exponente

de fluencia

VD 10,85 0,5 54,25 - - -

VE 177,65 1,0 882,43 - - -

FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5

YD - - 2500 3,25 0,025 2,0

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REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966

Nº Período de vibración por la forma (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

SD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

VD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

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VE 0.815 0,510 0,473 0,259 0,160 0,150 0,147 0,091 0,081 0,027 0,027 0,027

FD 0,382 0,286 0,218 0,128 0,095 0,079 0,074 0,058 0,046 0,027 0,027 0,027

YD 0,705 0,457 0,418 0,230 0,145 0,138 0,135 0,084 0,078 0,027 0,027 0,027

Nº Estructura Piso

Desplazamiento Distorsión

(cm) (cm)

SD Sin disipadores

3

2 1

7,15

5,86 3,43

5,12

4,09 2,22

0,0043

0,0081 0,0098

0,0034

0,0062 0,0063

VD

Disipadores

viscosos

no-lineales

3

2

1

4,19

3,47

2,09

4,56

3,64

1,99

0,0024

0,0046

0,0060

0,0031

0,0055

0,0057

VE

Disipadores

viscoelásticos

sólidos

3

2

1

4,67

3,76

2,10

4,05

3,23

1,77

0,0031

0,0055

0,0060

0,0027

0,0049

0,0050

FD

Disipadores

por

fricción

3

2

1

4,43

3,59

2,11

4,49

3,60

1,96

0,0028

0,0049

0,0060

0,0030

0,0055

0,0056

YD

Disipadores por

plastificación de

metales (fluencia)

3

2

1

4,61

3,72

2,10

3,93

3,10

1,63

0,0030

0,0054

0,0060

0,0028

0,0049

0,0047

máxX máxYmáxx máxy

Nº Estructura

Fuerzas internas (columnas 1er piso)

(T) (T) (T.m) (T.m)

SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64

máx N máxV máxM máx,tM

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SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64

VD Dis. Viscosos NL 192,89 260,26 555,24 5,92

VE Dis. Viscoelásticos 211,75 262,85 555,53 5,93

FD Dis. Fricción 205,96 261,97 558,05 4,92

YD Dis. Fluencia 196,26 255,36 546,39 4,56

Nº Estructura

Columna

(T) (T) (T.m) (T.m)

SD Sin disipadores 29,24

(2,62)

23,00

(6,10)

46,57

(6,10)

0,54

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 23,55

(2,62)

20,69

(6,10)

41,81

(6,10)

0,37

(varios)

VE Dis. Viscoelásticos 22,52

(18,46)

18,55

(6,10)

37,32

(6,10)

0,37

(varios) FD Dis. Fricción 23,70

(2,62)

20,26

(6,10)

41,04

(6,10)

0,31

(varios)

YD Dis. Fluencia 23,44

(2,62)

15,39

(6,10)

34,45

(6,10)

0,28

(varios)

máx N máxV máxM máx,tM

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Disipador viscoelástico

Edificio con disipador

por fluencia

2

3

o s

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0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

P i s o

VD SD VE FD YD

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinámicos

M o m e

n t o f l e c t o

( T . m

)

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

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EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL YOPTIMIZACION DEL DISEÑO CON DISIPADORES

DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR PARA UNAEDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS

Autor : Bach. Díaz la Rosa Sánchez, MarcoAsesor : Ph.D. Genner Villarreal Castro

La Libertad – Trujillo – Noviembre del 2014

Área de Investigación: Ingeniería Estructural

SISTEMAS CON DISIPADORES DE ENERGÍADisipadores de energía

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Dependientes del

desplazamiento Dependientes de

la velocidad

Dependientes del

desplazamiento y la velocidad

Viscosos Histeréticos

Fluido viscosos Fricción Plastificación

Viscoelásticos

Sólido Viscoelástico Fluido Viscoelástico

Flexión Corte

TorsiónExtrusión

Fuente : Norma ASCE 7-10 / Cap.18Disipador metálico ADAS

TAYLOR Y EL FUNCIONAMIENTO DE LOS DISIPADORES

Pistón Cilindro Fluido de Silicona

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Pistón Cilindro Fluido de Siliconacompresible

Cabeza del pistón(con orificios)

Cámara 2 Cámara 3

Cámara 1

Cámara de estancamiento Fluido compresible

Entrada principal

Entrada Secundaria

Corte de un disipador viscoso

Detalle de la cabeza del pistón

Funcionamiento de losdisipadores viscosos

MODELAMIENTO DE LOS DISIPADORES EN EL ETABS V.9.7.4

SAP 2000 / ETABS Modeling

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Rigidez del brazo metálico(K)

Coeficiente de amortiguamiento(C)

E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.A: Área de la sección del brazo metálico. L: Longitud del brazo metálico.

Se calcula en base a un amortiguamiento objetivo

Su valor se fija usualmente en 0.4 a 0.6 para edificaciones

CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO C

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Ecuaciones del Fema 273 y 274

Seismic Design of Structures withViscous Dampers

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Factor de reducción de respuesta (B)

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RELACION DAÑO-DERIVA SEGÚN METODOLOGIA HAZUS

COMPORTAMIENTO HISTERETICO

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La curva que describe el comportamientoHistéretico de un disipador de energía

fluido-viscoso es generalmente degeometría elíptica, alcanzando los valoresmáximos de fuerza para desplazamientos

nulos.

Comportamiento histerético del disipador viscoso

Comportamiento histerético del disipador viscoso

Relación desplazamiento Vs Fuerza (Curva Histéretica)de un disipador viscoso.

(Dispositivos pasivos de disipación de energía paradiseño sismorresistente de estructuras)

(Diseño de un edificio aporticado con amortiguadores de fluido-viscoso en disposición diagonal)

RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO(ASCE 7-10 CAPITULO 18)

Procedimientos para el analisis

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Procedimientos no lineales Análisis de la respuesta No-Lineal Tiempo-Historia. Análisis No-lineal estático.

Procedimientos lineales Análisis de la respuesta espectral. Análisis de fuerza lateral equivalente.

Procedimientos para el analisis

Recomendaciones para el análisis tiempo historia

Los registros deben ser concordantes con las características del suelo decimentación del proyecto

Los registros deben ser escalados individualmente (E-W y N-S por separado) alespectro de diseño (con R=1)

Se debe emplear un mínimo de 3 pares de registros sísmicos

Recomendaciones para el diseño de las conexiones metálicas

Las conexiones deben ser diseñadas empleando el criterio de diseño por resistencia

Deben ser diseñadas para que resistan las fuerzas, desplazamientos y velocidades

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Recomendaciones para la modelación

del máximo sismo esperado (igual a 1.5 del sismo de diseño)

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

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Ubicación:

Región Lambayeque, Distritode Chiclayo, Provincia de

Chiclayo

Corresponde al proyecto deun Hospital Clínico

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DisipadoresViscosos

DisipadoresViscosos

DisipadoresViscosos

Vista en planta – elementos de corte (1er-5to nivel)

Arriostramiento

metálico

Arriostramientometálico

Vista en planta – elementos de corte (6to nivel)

ESCALAMIENTO DE ACELEROGRAMAS AL ESPECTRO DE DISEÑO

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Tiempo (s) Vs Aceleración (cm/seg2)

Periodo (s) Vs Aceleración (cm/seg2)

Sismomatch versión 2.1.0

AMORTIGUAMIENTO REQUERIDO

Moquegua 2001

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Deriva máximaEn Y-Y es de 9.71‰

En X-X es de 3.37‰

Deriva Objetivo

Metodología HAZUSRealizando cálculos

Consideración adicional

Siguiendo este concepto

CALCULO DE LA RIGIDEZ DEL BRAZO METÁLICO (K)

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E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.A: Área de la sección del brazo metálico. L: Longitud del brazo metálico.

CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO (C)

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Empleando seis disipadorespor nivel se tendrá:

RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA CON LOS DISIPADORES

Reducción de derivas

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Reducción de derivas

Como se puede observar la deriva máxima de 9.71‰ (edifico sin disipadores) seredujo hasta 5.87 ‰, valor que es mucho menor al máximo permitido (7‰) deesta manera se satisfacerle las condiciones de la norma en cuanto al control de

derivas.

VERIFICACIÓN DEL COMPORTAMIENTO HISTERÉTICO

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El comportamientohisterético del disipador D6no se ajusta al esperado .

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Verificación de derivas

Se puede ver un ligero incrementoen los desplazamientos de cadanivel, así mismo la deriva máxima

de entrepiso se incrementó 0.07‰,lo cual demuestra que efectivamentesolo se requería de una arreglodiagonal en el primer nivel en lugarde un arreglo en doble diagonal.

DESPLAZAMIENTOS EN LOS CENTROS DE MASA

La incorporación de disipadores de energía viscosos a la estructura reduce losdesplazamientos de piso en un rango de entre 38 a 41% tal como se muestra en la

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fig. 106 y tabla 62

DERIVAS DE ENTREPISO

Las derivas de entrepiso se redujeron en un rango de entre 38 a 50% tal como seaprecia en la fig.107 y tabla 63; es importante mencionar que la deriva máxima enla estructura con disipadores de energía viscosos se presenta en el tercer piso y

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es igual a 5.94 ‰

ESFUERZOS MÁXIMOS EN LOS ELEMENTOS DE CORTE

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Las fuerzas axiales ,cortantes ymomentos flectores se redujeron

tanto en placas como en columnas ,acontinuación se muestran los

resultados obtenidos en la Placa P4

Los momentos flectores para esta placa(P4) se redujeron en el orden de34-36% ,tal como se muestra en la fig.114 y tabla 68

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Tabla Nº 68 Porcentaje de reducción del momento flector en la Placa P4

ACELERACIÓN Y VELOCIDADES

En las gráficas 123 y 125 se puede ver la comparación entre las aceleraciones yvelocidades máximas del edificio sin/con disipadores; así mismo en las tablas 79 y 81se muestra el porcentaje de reducción de estos valores con el uso de disipadores

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se muestra el porcentaje de reducción de estos valores con el uso de disipadores

viscosos.

Tabla 79 Tabla 81

AGRUPACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS POR NIVELES DE FUERZA

En las tablas 83 y 84 se muestran los valores de las fuerzas máximas (ya seacompresión/tracción) que se obtuvieron en los disipadores de energía bajo el

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p ) q p g j

análisis tiempo historia considerando el sismo de diseño. Así mismo estasfuerzas fueron normalizadas a los valores estándar del mercado (110Kip y 165Kip)

Disipadoresal frente del

edificio

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PRECIOS UNITARIOS DE LOS DISPOSITIVOS

Los disipadores viscosos Taylor tienden por lo general a presentar una bajaincidencia económica en el presupuesto total de los proyectos donde sonimplementados

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implementados.

CDV Representaciones, empresa importadora y comercializadora de productosespecializados para la construcción, es la representante de la marca Taylor en elPerú. Para poder determinar el costo de cada disipador, esta empresa solicita lasiguiente información:

Además recomienda que para el diseño de los dispositivos se hayan tenidoen cuenta las recomendaciones del ASCE 7-10 (Capitulo18), y que losregistros tiempo historia empleados estén acorde a la realidad del proyecto(esdecir tomados en un suelo S3 – Chiclayo), señala que estos registros debende haber sido escalados adecuadamente al espectro de diseño (considerandolas condiciones de importancia tipo de suelo etc )

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las condiciones de importancia, tipo de suelo, etc.)

Para este trabajo se tomaron en consideración las recomendacionesseñaladas; de esta manera para el cálculo de costos se cuenta con lossiguientes resultados del diseño.

4)Máximo StrokeEl máximo stroke es el desplazamiento máximo que obtenemos en los dispositivos,este dato es empleado para el diseño de la cámara de acumulación.

Este valor se puede obtener evaluando las curvas hiteréticas de cada disipador, eneste caso el má imo stroke se enc entra en el dispositi o 4 ( er fig ra180)

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este caso, el máximo stroke se encuentra en el dispositivo 4 (ver figura180)

Por lo general el fabricante maneja un factor de seguridad estableciendousualmente el stroke en 5cm

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6)Indicar la disposición del disipador (diagonal, doble diagonal, Chevron)

Disposición diagonal para los disipadores del primer nivelDisposición doble diagonal para los disipadores del 2-5to nivel

7)Cantidad de dispositivos(ver tabla 85 - diapositiva 39)

En total 27 dispositivos, 6 de 110KIP y 21 de 165KIP

Una vez se brindó la información requerida, los precios unitarios que se obtuvieron

fueron los siguientes:

Disipador de 110KIP: 6700 dólaresDisipador de 165KIP: 8500 dólares

Así mismo, CDV representaciones nos brinda las siguientes consideraciones

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relativas al precio:

- Los precios NO incluyen IGV.

- El precio de los disipadores es muy sensible con las cantidades que se requieren,no es lo mismo solicitar 1 disipador, que 25 del mismo tipo; el precio variará en cada

caso.-La actualización de precios se da muchas veces mensualmente, por lo que losprecios para este proyecto no podrán ser empleados para otros trabajos deinvestigación.

-Los precios establecidos incluyen ensayos de presión hidrostática y ensayos develocidad (a cada disipador) para verificar las fuerzas pico. Los ensayos seránhechos en los laboratorios del fabricante. La carga de prueba de cada disipadorserá 150% de la carga de diseño.

- Los precios incluyen capacitación/asesoría en obra para la correcta colocación y

montaje de los disipadores sísmicos.

- Los precios NO incluyen diagonales metálicas ni anclajes embebidos, ni ningún otroaccesorio metálico complementario.

L di i d í i ti d t t ió ti i

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- Los disipadores sísmicos cotizados cuentan con protección anticorrosiva para uso eninteriores.

-La Garantía del fabricante es de 35 años

- Cualquier cambio en las cantidades implicará un cambio en los precios.

-La validez de la oferta es de 30 días.

INCREMENTO DEL PRESUPUESTO POR METRO CUADRADO

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¡MUCHAS GRACIAS!

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