COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE UNA ESTRUCTURA DE HOSPITAL EQUIPADA CON DIFERENTES SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE UNA ESTRUCTURA DE HOSPITAL EQUIPADA CON DIFERENTES SISTEMAS DE PROTECCIÓN SÍSMICA

TESIS:

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN INGENIERÍA

PRESENTA:

ING. JOSÉ ABRAHAM AGUIRRE SANTA CRUZ

TUTOR PRINCIPAL:

DR. JOSÉ ALBERTO ESCOBAR SÁNCHEZ

CIUDAD DE MÉXICO, JUNIO 2020

RESUMEN

Se compara la respuesta sísmica de un edificio de hospital, calculada empleando la metodología del FEMA P58 en cuatro casos de estudio: Caso 1) edificio con diseño convencional a base de marcos y contraventeos concéntricos de acero, Caso 2) edificio equipado con aisladores sísmicos de tipo péndulo de fricción, Caso 3) edificio equipado con amortiguadores viscosos no lineales y Caso 4) edificio equipado con disipadores de energía tipo Contraventeos Restringidos al Pandeo (CRP). El estudio indica que los casos con sistemas de protección sísmica reducen la probabilidad de colapso, minimizan el daño estructural y no estructural y promueven el uso inmediato de la instalación después de un evento sísmico. Esto correlaciona a las pérdidas económicas, las cuales fueron estimadas con costos y tiempo de reparación para cada caso. Con base en los resultados obtenidos, se elige el sistema que presenta un mejor desempeño sísmico y económico para el edificio.

CONTENIDO

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CONTENIDO        iv

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN         1

1.1.        PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA        1

1.2.        OBJETIVOS        3

1.2.1.        Objetivo general        3

1.2.2.        Objetivos particulares        3

CAPÍTULO 2. JUSTIFICACIÓN Y ALCANCES         4

CAPÍTULO 3. ESTADO DEL ARTE        6

3.1.        DISEÑO SÍSMICO BASADO EN DESEMPEÑO        6

3.1.1.        VISION 2000        9

3.1.2.        ASCE 41        10

3.1.3.        FEMA P-58        12

3.2.        DISEÑO SÍSMICO BASADO EN RESILIENCIA        14

3.3.        AISLAMIENTO SÍSMICO        18

3.3.1.        Metodología del ASCE 7-16        18

3.3.2.        Aislador de péndulo de fricción        21

3.4.        AMORTIGUADORES VISCOSOS NO LINEALES        24

3.4.1.        Metodología de diseño        26

3.5.        CONTRAVENTEOS RESTRINGIDOS AL PANDEO        29

3.5.1.        Metodología de diseño        31

CAPÍTULO 4. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN         33

4.1.        RESUMEN        33

4.2.        SITIO Y DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO        33

4.2.1.        Descripción de sitio        33

4.2.2.        Espectros de respuesta        34

4.2.3.        Acelerogramas        35

4.2.4.        Descripción de la estructura        37

4.2.4.1. Geometría        37

4.2.4.2. Materiales        38

4.2.4.3. Cargas        39

4.3.        TIPO DE EVALUACIÓN Y OBJETIVOS DE DESEMPEÑO        41

4.4.        DISEÑO ESTRUCTURAL        42

4.4.1.        Diseño de la estructura convencional        42

4.4.2.        Diseño de aisladores de péndulo de fricción        43

4.4.3.        Diseño de los amortiguadores viscosos no lineales        47

4.4.4.        Diseño de los contraventeos restringidos al pandeo        48

4.5.        CASOS DE ESTUDIO        50

4.6.        RESULTADOS        51

4.6.1.        Ahorro estructural        51

4.6.2.        Revisión para sismo de servicio (SS)        52

4.6.3.        Revisión para sismo de diseño (SD)        54

4.6.4.        Revisión para sismo máximo considerado (SMC)        56

4.6.5.        Conclusiones de la respuesta dinámica        58

4.7.        DESEMPEÑO ECONÓMICO DEL EDIFICIO        59

4.7.1.        Información del edificio        59

4.7.2.        Componentes estructurales y no estructurales        61

4.7.2.1. Especificaciones de fragilidad de componentes estructurales        61

4.7.2.2. Especificaciones de fragilidad de componentes no estructurales        61

4.7.3.        Fragilidad de Colapso        62

4.7.4.        Curvas de Amenaza Sísmica        63

4.7.5.        Resultados del desempeño económico        64

4.7.5.1. Costos de reparación        65

4.7.5.2. Tiempo de reparación        66

4.7.5.3. Seguridad: muertes y lesiones        67

4.8.        Clasificación REDiTM        68

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES        69

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA        70

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1.        PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

México se ubica en una de las zonas con mayor actividad sísmica en el mundo. Está situado geográficamente sobre el anillo de fuego del Pacífico. En éste interactúan cinco placas tectónicas: Pacífico, Cocos, Norteamericana, Rivera y Caribe. Por esta razón, las estructuras deben ser diseñadas para tener la capacidad de resistir grandes demandas sísmicas, garantizando la seguridad de las personas. Así mismo, en estructuras de gran importancia como los hospitales, es necesario que se tomen previsiones para minimizar los daños significativos, con el fin de garantizar que las labores continúen con normalidad y se disminuyan las pérdidas económicas.  

Los reglamentos de construcción en México proporcionan estándares mínimos para garantizar que la probabilidad de que los nuevos edificios colapsen en algún evento sísmico sea muy baja o nula. Suponen que las estructuras estarán sometidas a la acción de sismos de baja intensidad y de ocurrencia frecuente, y de gran intensidad y de ocurrencia poco probable. La filosofía de diseño actual incluye los objetivos de desempeño siguientes:

• Para sismos frecuentes, de baja intensidad, las estructuras no deben sufrir daños en los elementos estructurales, ni los no estructurales y deben continuar operativas.
• Para sismos severos, se permite que la estructura sufra daños generalizados y hasta puede llegar a quedar inservible, pero sin que ocurra el colapso estructural, a fin de preservar las vidas humanas.

Esta filosofía de diseño puede traer consecuencias negativas, tanto económicas como operacionales. estructuras estratégicas como hospitales, cuarteles de bomberos, aeropuertos, entre otras, deberían continuar su funcionamiento luego de la ocurrencia de un evento sísmico, por lo que es necesario que el diseño cumpla con ese objetivo.

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