En este trabajo de título se hace una investigación bibliográfica del tema de la resistencia de aislación, el índice de polarización (IP) y la razón de absorción dieléctrica (DAR) como métodos para diagnosticar el estado de una aislación. Se estudian las características que tienen los sistemas aislantes y los fenómenos que ocurren en ellos al aplicarles una tensión continua. Además se describen niveles de tensión para realizar el test de resistencia de aislación y valores tentativos del IP y del DAR para definir el estado de una aislación. La segunda parte de este trabajo corresponde a la descripción de cuatro experiencias realizadas en laboratorio para verificar la eficacia y veracidad del DAR como método para diagnosticar el estado de una aislación, esto se logra mediante la comparación empírica de los resultados del DAR con los diagnósticos que entrega el IP. Las primeras dos experiencias se realizaron en el laboratorio de Alta Tensión del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile, y las últimas dos experiencias en el laboratorio de la empresa Nexans S. A. Para cada experiencia se simuló distintas condiciones del estado de una aislación, sometiéndola a diferentes anomalías para así poder comparar los resultados de ambas razones en un rango más amplio de situaciones, considerando variados factores que afectan el valor de la resistencia de aislación. En la última parte se discuten las conclusiones ligadas a la comparación entre lo teórico y lo obtenido en laboratorio, y se analiza para cada experiencia la correlación existente entre el DAR y el IP. En resumen, se confirma que el DAR sirve como criterio para determinar el estado de una aislación, existiendo una alta correlación entre ambos índices en los cuatro casos estudiados. Finalmente es importante mencionar la necesidad de realizar un estudio similar, pero en equipos en funcionamiento y con fallas reales.

Los altos costos de reparación, reconstrucción y mortalidad causado por los terremotos obligan a los países sísmicos, como el Perú, a investigar o desarrollar dispositivos que permitan aislar o disipar energía sísmica. La presente tesis se enfocada principalmente en el estudio de los aisladores de péndulo friccional. Primero, se estudiaron los fundamentos del aislamiento sísmico y se desarrolló ejemplos aplicativos con un software de análisis de un modelo de un grado de libertad. Después, se estudiaron los métodos de análisis sísmicos de estructuras: estático, espectral y tiempo historia no lineal; referenciados principalmente del ASCE SEI 7- 10, borrador del ASCE SEI 7-16 y del FEMA 750. Luego, se propuso un procedimiento de análisis y diseño de edificios con aisladores en el Perú. Para los edificios con aisladores sísmicos se tomaron las exigencias del diseño por funcionalidad continua que recomiendan limitar la deriva máxima de piso a 3 ‰, la aceleración máxima de piso a 0.25g para el sismo de diseño (Tr=475 años). Así mismo, se desarrolló el análisis de un edificio hospitalario con aisladores de péndulo de fricción doble, triple y base empotrada; donde se hallaron y compararon los valores globales de respuesta sísmica (periodo, deriva, aceleración, cortante, desplazamiento y amortiguamiento) entre los análisis y los tipos de dispositivos. Tanto en el hospital con aisladores de péndulo friccional doble y triple, los parámetros globales de respuesta sísmica resultaron similares en los análisis espectral y estático. Sin embargo, hay una considerable diferencia en el análisis tiempo historia no lineal (ANLTH), principalmente, para el análisis del edificio con péndulo doble. Según el análisis estático y modal espectral con ambos aisladores se logra satisfacer los requisitos para el desempeño de funcionalidad continua. Sin embargo, para el doble, dado el alto amortiguamiento, en el ANLTH no se lograron aceleraciones a dicho nivel de desempeño. Finalmente, se hizo un análisis estático según el ASCE 7-16, para los dos tipos de aisladores. De este análisis se obtuvo que lo aisladores de péndulo de fricción pueden llegar a variar hasta 30% en función del valor nominal de cortante y 10% en función del desplazamiento nominal. / Tesis

El Perú, Japón y Chile son algunos de los países que presentan un mayor peligro sísmico y, debido a esto, se han enfocado en utilizar dispositivos, como aisladores, que disminuyan la vulnerabilidad de sus estructuras. Los aisladores sísmicos flexibilizan la estructura obteniendo periodos de vibración de hasta tres veces más que el correspondiente a la edificación convencional. Esto genera que la superestructura se mueva como un sólido rígido evitando grandes variaciones de los desplazamientos laterales de entrepiso que son los causantes de los daños en las edificaciones. Este proyecto de tesis realiza un estudio de diferentes modelos estructurales correspondientes a edificaciones en donde se ha variado algún parámetro de la estructura a fin de analizar la influencia de la esbeltez en edificios con base aislada. Las variables que se modificaron fueron el número de crujías (vanos) de la base y el número de pisos en casos diferentes para obtener valores distintos de las esbelteces. Además, se analizaron modelos de edificios de 12 pisos donde se rigidizó la superestructura al aumentar el peralte de las vigas. Asimismo, se realizó un análisis tiempo historia de un edificio convencional y uno con base aislada con características similares utilizando las señales sísmicas de Lima 66, Ancash 70 y Lima 74. Finalmente, se diseñó un edificio convencional y su respectivo de base aislada a fin de realizar comparaciones del comportamiento estructural y de los materiales. / Tesis

Actualmente existen países que cuentan con códigos para el análisis y diseño de edificaciones aisladas, sin embargo el Perú, a pesar de ser un país con alta sismicidad, no cuenta con una norma propia al respecto. Es por esto que resulta imprescindible contar con un documento que regule los procedimientos de análisis y diseño de los sistemas de aislamiento. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo contribuir al desarrollo de una normativa que regule el diseño de edificios aislados en el Perú, por tal razón se elabora un documento que presentará lineamientos para el análisis y diseño de edificaciones aisladas. Esta tesis presenta una descripción de las características físicas y mecánicas de los dispositivos de aislamiento usados en nuestro medio. Se realiza un resumen de tres códigos internacionales: ASCE7 [1], FEMA 356 [2] y NCh2745 [3], los cuales contienen reglas para el análisis y diseño de edificaciones aisladas. Adicionalmente, se recomienda la construcción de espectros de diseño apropiados para la zona de “períodos largos”, la cual corresponde a los edificios aislados, utilizando técnicas y procedimientos estadísticos aceptados. También se elaboran señales sísmicas sintéticas compatibles al espectro de diseño desarrollado. En base a lo que se indica en normas existentes y empleando como marco de referencia a la norma peruana E.030, se proponen lineamientos y procedimientos de análisis y diseño para estructuras aisladas. Mediante un ejemplo práctico, se desarrolla el análisis sísmico de una edificación real con aislamiento sísmico. / Tesis

En este trabajo se proponen los requisitos de análisis y diseño de sistemas de aislación sísmica tomando como referencia las normas americanas NEHRP Recommended Seismic Provisions FEMA P-750 (2009) y ASCE/SEI 7-10 (2010), la norma chilena NCh2745-2003 y su actualización del 2013. Esto surge como una necesidad debido al incremento de construcciones con sistemas de aislación sísmica en el Perú, sumado al requisito establecido en la actualización del proyecto de norma E.030 del 2015, para el uso de sistemas de aislación sísmica en la base en establecimientos de salud del Sector Salud del segundo y tercer nivel. Entre las propuestas desarrolladas se encuentran las aceleraciones para el sismo de diseño y sismo máximo probable que permiten construir el espectro de diseño considerando un objetivo de riesgo uniforme de 1% en 50 años, los factores de modificación por incorporación de amortiguamiento (Bd), los factores de amplificación de suelo para periodos estructurales mayores a 1,0 seg y los límites de desplazamiento para las estructuras sobre el sistema de aislación. Además, se propone adoptar la forma del espectro de diseño establecido en las normas americanas NEHRP 2009 ó ACE/SEI 7-10, el cual se construye con aceleraciones para periodos de 0,2 seg y 1,0 seg. Las aceleraciones para estas ordenadas espectrales se obtuvieron del estudio de peligro sísmico de 11 ciudades del Perú agrupadas en 4 zonas según el proyecto de norma E.030 del 2015, amplificadas para considerar de una manera simple y práctica el efecto de la máxima dirección, mediante un factor calculado como la relación entre la ordenada espectral máxima de las dos componentes registradas en un señal sísmica y la aceleración correspondiente a la media geométrica o geoman (√S1.S2). El factor de amplificación que define el sismo máximo probable, fue calculado mediante la relación entre las aceleraciones para un objetivo de riesgo uniforme de 1% en 50 años (convolución de las curvas de peligro sísmico y las curvas de fragilidad) y las aceleraciones para el sismo de diseño (geoman) de las 11 ciudades consideradas en este trabajo, amplificadas para considerar el efecto de máxima dirección. Los factores de modificación amortiguamiento (Bd) fueron calculados en base a la respuesta de desplazamientos de 14 señales sísmicas (dos componentes por señal) ajustando el promedio de la combinación SRSS de las dos componentes al espectro de diseño propuesto, usando el método denominado Mean Spectrum Matching. Los factores de amplificación de sitio se ajustaron a las funciones de amplificación propuestas por Roger D. Borcherdt para el territorio de Estados Unidos. Finalmente, se desarrolla un ejemplo de cálculo de un edificio con aislamiento sísmico comparando su respuesta estructural considerando los requisitos propuestos en este trabajo y los requisitos establecidos en la norma NCh2745-2003 y el ASCE SEI7-10 / Tesis

Tesis de Doctorado para optar al grado de Doctor en Ciencias con mención en Física. / Los aisladores topológicos a grandes rasgos son aisladores en el bulto y presentan estados de borde metálicos que están protegidos por alguna simetría del sistema, mediciones ARPES han logrado detectar estos estados, mientras que en experimentos de transporte, estos estados son empañados por una contribución debido a los defectos e impurezas del bulto. El objetivo de esta tesis es proponer un modelo teórico, que sea capaz de entregar una mayor robustez a los estados de superficies de los aisladores topológicos. Para este fin, usaremos una geometría de heteroestructuras o super-redes, ya que dada la gran experiencia experimental en el crecimiento de este tipo de sistema, su realización experimental es factible. Debido el vertiginoso avance del área de los aisladores topológicos, comenzaremos con una breve reseña histórica de el surgimiento de este tipo de materiales (capítulo 1), para luego explicar la física subyacente de los aisladores topológicos en uno de los modelos de aislador topológico mas sencillos, el modelo SSH (capítulo 2) y un modelo mas interesante, el modelo BHZ (capítulo 4), este último fue comprobado experimentalmente. Luego, pasaremos a implementar la estrategia de super-redes para generar nuevos estados de borde topológicamente protegidos, que tienen como base el modelo SSH (capítulo 3) y el modelo BHZ (capítulo 5). En esta tesis, mediante el método tight-binding y los modelos sencillos anteriormente mencionados, logramos diseñar exitosamente nuevos estados de borde topológicos, los que son mucho más resistentes al desorden atómico que sus estructuras base (SSH o BHZ), incluso cuando este desorden destruye la simetría que permite la existencia del orden topológico.

Esta investigación consiste en la evaluación del comportamiento inelástico y no lineal de un hospital de concreto armado diseñado con aisladores sísmicos de base. Además, busca revisar su desempeño y capacidad de ductilidad a partir de la comparación de las derivas de entrepiso con y sin aisladores, considerando el comportamiento inelástico de la superestructura. La investigación se basa, en un principio, en modelar la estructura de un hospital, previamente diseñado, e introducir las propiedades inelásticas de los elementos como rótulas plásticas y aisladores, utilizando los principios de equilibrio, compatibilidad y relaciones constitutivas para construir curvas momento-curvatura para cada sección que requiera ser analizada. Todo esto con el fin de conocer el comportamiento estructural y secuencia de agotamiento de capacidad de las secciones para la estructura con y sin aisladores, empleando un análisis pushover y tiempo-historia. Se espera comprobar la eficiencia de los aisladores para reducir la deriva de entrepiso y mejorar el desempeño sísmico del hospital. / Tesis

La aislación de edificaciones consiste en colocar una interfase flexible entre el suelo y la estructura de forma que se reduzcan considerablemente las solicitaciones sísmicas a las que ésta estaría sometida. Así, se puede optar por un diseño con un factor de reducción de fuerza sísmica menor y se puede obtener como resultado una edificación que no sufrirá daños y permanecerá totalmente operativa durante y después de un evento sísmico. Las reducidas aceleraciones también protegen a los elementos no estructurales y a los contenidos de la edificación. Los aisladores son dispositivos que cuentan con una elevada rigidez a cargas verticales, pero son flexibles frente a solicitaciones laterales. Por consiguiente, las fuerzas transmitidas a la estructura por un sismo severo generan desplazamientos del orden de 25 centímetros en la interfase de aislación, pero derivas significativamente menores en la superestructura. Esta tesis se enfoca en el uso de aisladores elastoméricos, los cuales aprovechan la flexibilidad de un material similar al caucho para conseguir una baja rigidez lateral, pero lo combinan con planchas de acero para elevar la rigidez vertical. Al realizar un análisis del comportamiento de diferentes tipos de estructuras con aisladores, se comprobó que ciertas estructuras se benefician de la aislación más que otras, siendo la esbeltez y el periodo de vibración los factores más influyentes. Como ventaja adicional a la reducción de las fuerzas, se ha encontrado, por ejemplo, que la aislación concentra la participación modal a sólo un modo por cada dirección, reduciendo así, la incertidumbre del comportamiento sísmico. Luego, se seleccionó una de las estructuras analizadas y se diseñó con el fin de observar las ventajas en el comportamiento estructural y diferencias en los costos. Se observó que el uso de concreto y acero en la superestructura disminuye, pero aumenta en la cimentación. En términos de costo, no se estima una reducción importante, sino un incremento debido a los aisladores. No obstante, deben cuantificarse los costos indirectos como las pólizas de seguros y el costo de cese de operación de una estructura esencial durante una emergencia como ventajas económicas. Finalmente, se incluye un detalle del procedimiento y recomendaciones para el diseño. / Tesis

El creciente desarrollo de proyectos en el Perú, que involucran el uso de aisladores sísmicos, trae consigo la necesidad de investigar en detalle ciertos aspectos que influyen en la respuesta estructural de estas edificaciones, un aspecto relevante y recientemente actualizado en el estándar ASCE 7-16 es el relacionado a la respuesta torsional de sistemas sísmicamente aislados. En razón de lo indicado, es reconocido que la demanda sísmica característica de una región particular influye sobre la respuesta que posean las estructuras, por ello, el presente trabajo discute sobre la aplicación directa de las expresiones para estimar la máxima respuesta torsional de estructuras sísmicamente aisladas en el Perú, según el código ASCE 7 en sus versiones 2010 y 2016; para tal propósito, múltiples análisis numéricos se realizaron sobre la base de estructuras aporticadas, estableciéndose en las mismas: tres relaciones de aspecto en planta, dos alturas típicas, tres porcentajes diferentes de excentricidad (del orden de 0%, 5% y 10%) y múltiples acciones sísmicas espectro-compatibles, aplicadas de forma bidireccional, tanto para demandas de diseño (con Tr=500 años) como para máximas consideradas (con Tr=2500 años). Encontrándose finalmente, que para el caso de suelos rígidos y zonificación sísmica 4 del Perú, es posible plantear expresiones de mejor ajuste basadas en los códigos ASCE 7-10 y ASCE 7-16, todo ello establecido como producto del análisis de las relaciones entre métodos estáticos y dinámicos (espectral y tiempo-historia). / Tesis

Ingeniero Civil / El objetivo de esta memoria es emplear el método de múltiples sub-estructuras para estudiar la respuesta de edificios aislados desagregando la respuesta histerética del sistema de aislación y estudiar sus ventajas y desventajas. Para estudiar la evolución temporal de las propiedades dinámicas (periodo, razones de amortiguamiento crítico y formas modales) de edificios con y sin aislación basal se emplea el método (DSI) por pequeñas ventanas de tiempo. Los resultados son validados a través de un método denominado Función de Transferencia por pequeñas ventanas (tfTF) propuesto e implementado en este trabajo de título. El análisis se lleva a cabo para tres estructuras: i) datos obtenidos de una simulación numérica de un edificio aislado en SAP2000, ii) datos experimentales obtenidos para un edificio (BNCS con y sin aislación) que fue ensayado a escala real en la mesa de vibrar de la Universidad de California, San Diego (Estados Unidos), y iii) datos de los edificios chilenos con y sin aislación de la Comunidad Andalucía sujetos a eventos sísmicos de mediana intensidad. De los resultados de la identificación del modelo numérico realizado en SAP2000, se observó el comportamiento elástico-lineal de la superestructura, estudiando la respuesta de la estructura relativa al sistema de aislación; es decir, las propiedades dinámicas de la superestructura fueron invariantes en el tiempo. De igual forma, se observó que las propiedades dinámicas obtenidas para la superestructura coinciden con los valores obtenidos cuando la estructura es modelada con base fija. Por otra parte, el comportamiento histerético bi-lineal del sistema de aislación generó la variación de las propiedades dinámicas de todos los modos de la estructura cuando la identificación se realizó en relación a su movimiento basal. Adicionalmente, se comprueba que el método de múltiples sub-estructuras se puede emplear en estructuras aisladas sujetas a ensayos del tipo pull-back . En el edificio BNCS, la superestructura presentó cambios de frecuencias durante la acción sísmica, comportándose de forma similar a la estructura con base fija. Sin embargo, la superestructura mostro un grado menor de cambios de frecuencias y no se observaron cambios residuales de sus propiedades dinámicas (a diferencia de lo observado para la estructura con base fija) indicando que la superestructura no sufrió daño durante los ensayos sísmicos (lo cual coincide con las observaciones en terreno). Del análisis de las estructuras asociadas a la comunidad Andalucía se apreció que las frecuencias de la superestructura determinadas con el método de múltiples sub-estructuras, son similares a las identificadas para la estructura vecina (con base fija), identificándose el primer modo longitudinal y transversal. También fue posible identificar la evolución temporal de las frecuencias de la estructura aislada, a pesar de los pocos datos de salida disponibles, a la poca instrumentación y a la baja calidad de los equipos que se emplean en los edificios de la comunidad Andalucía.