En un sismo severo las ondas sísmicas someten a las edificaciones a grandes deformaciones y aceleraciones que generan incursiones inelásticas, y daño en la estructura y el contenido. Para controlar o evitar las incursiones inelásticas surge la alternativa de la aislación basal que consiste en la separación del movimiento del suelo mediante un sistema de elementos flexibles. El sistema de aislamiento sísmico se ha venido empleando en el mundo desde el año 1969 mientras que en el Perú recién desde el año 2011 se está empezando a usar estos sistemas. Debido a que en el país no existe una norma para el análisis de las edificaciones aisladas, se han venido empleando normas internacionales junto a normas locales y una interpretación ingenieril de la sismicidad peruana. La dinámica de un edificio aislado logra un nuevo sistema flexible que origina que el periodo fundamental de la estructura incremente, de tal manera que la estructura se encuentre en una zona de menor demanda sísmica. Además, la dinámica logra un aumento de amortiguamiento mayor al 5% únicamente en los modos que originan deformaciones predominantes del sistema de aislamiento. La curva fuerza desplazamiento de un aislador elastomérico puede ser idealizada por un modelo bilineal que permite caracterizar el comportamiento no lineal de los aisladores. También, el comportamiento del dispositivo se puede representar mediante un modelo lineal con una rigidez equivalente junto a un amortiguamiento equivalente de fluido viscoso que disipe la misma cantidad de energía que el modelo bilineal. En este trabajo se propone un procedimiento general de diseño de un edificio aislado en base a los requerimientos de diseño propuestos por los códigos internacionales y locales. Se usó como ejemplo un edificio hospitalario representativo de la práctica en Perú. Se realizó el predimensionamiento inicial del sistema de aislamiento empleando el modelo de un grado de libertad. Luego, se hizo un diseño preliminar usando un proceso iterativo de análisis lineal espectral con propiedades nominales que consiste en modificar las propiedades de la estructura y del sistema de aislamiento hasta que se cumpla con los objetivos de diseño propuestos. Se sugirió para el análisis espectral reducir los límites máximos permitidos por las normas en un 30%; de este modo se deja una holgura para el análisis posterior que debe incluir la variabilidad de los dispositivos. En el diseño definitivo de la estructura aislada se siguió otro proceso iterativo usando análisis tiempo historia no lineal y considerando la variabilidad de las propiedades nominales de los dispositivos. Finalmente, se realizó el diseño de un elemento no estructural (tabique) usando espectros de piso que muestran la tendencia de los armónicos predominantes que reciben los elementos no estructurales en su base. / Tesis

El Perú se encuentra en una zona de sismicidad elevada por lo que en algún momento se producirán terremotos de gran magnitud. Además, existe gran informalidad y precariedad en una alta cantidad de construcciones, lo que incrementa el daño que se podría ocasionar. Por ese motivo, se necesita disminuir la vulnerabilidad de las estructuras, especialmente aquellas destinadas a brindar servicios hospitalarios, por medio de la implementación estratégica de sistemas de protección sísmica más eficientes, como lo es el aislamiento de base. El presente documento realiza el diseño del sistema de aislamiento de base y de algunos elementos estructurales de un hospital aporticado de siete niveles, ubicado en el distrito de San Borja, en el departamento de Lima. Para este fin, se propuso una metodología alineada a brindar un rango de propiedades del sistema de aislamiento. Este procedimiento se ha dividido en tres etapas que sintetizan los fundamentos teóricos y normativos que se explican en la presente tesis. En el diseño preliminar se utilizaron métodos estáticos para el predimensionamiento del sistema de aislamiento y un análisis modal espectral para su verificación mediante algunos criterios normativos, en el diseño definitivo se empleó un análisis tiempo-historia no lineal para consolidar las características del sistema de aislamiento y el comportamiento del edificio, y para el diseño de los elementos estructurales se utilizó un análisis modal espectral que incorpora las propiedades finales previamente obtenidas. Se concluyó que la flexibilidad y amortiguamiento que otorga el sistema de aislamiento redujo las derivas y las solicitaciones en el edificio. En ese sentido, la reducción de las deformaciones de entrepiso por la concentración del desplazamiento a nivel de base, que se traduce en una reducción de la demanda sísmica, hizo posible el uso de un sistema aporticado como sistema estructural resistente a cargas laterales.

En un sismo severo las ondas sísmicas someten a las edificaciones a grandes deformaciones y aceleraciones que generan incursiones inelásticas, y daño en la estructura y el contenido. Para controlar o evitar las incursiones inelásticas surge la alternativa de la aislación basal que consiste en la separación del movimiento del suelo mediante un sistema de elementos flexibles. El sistema de aislamiento sísmico se ha venido empleando en el mundo desde el año 1969 mientras que en el Perú recién desde el año 2011 se está empezando a usar estos sistemas. Debido a que en el país no existe una norma para el análisis de las edificaciones aisladas, se han venido empleando normas internacionales junto a normas locales y una interpretación ingenieril de la sismicidad peruana. La dinámica de un edificio aislado logra un nuevo sistema flexible que origina que el periodo fundamental de la estructura incremente, de tal manera que la estructura se encuentre en una zona de menor demanda sísmica. Además, la dinámica logra un aumento de amortiguamiento mayor al 5% únicamente en los modos que originan deformaciones predominantes del sistema de aislamiento. La curva fuerza desplazamiento de un aislador elastomérico puede ser idealizada por un modelo bilineal que permite caracterizar el comportamiento no lineal de los aisladores. También, el comportamiento del dispositivo se puede representar mediante un modelo lineal con una rigidez equivalente junto a un amortiguamiento equivalente de fluido viscoso que disipe la misma cantidad de energía que el modelo bilineal. En este trabajo se propone un procedimiento general de diseño de un edificio aislado en base a los requerimientos de diseño propuestos por los códigos internacionales y locales. Se usó como ejemplo un edificio hospitalario representativo de la práctica en Perú. Se realizó el predimensionamiento inicial del sistema de aislamiento empleando el modelo de un grado de libertad. Luego, se hizo un diseño preliminar usando un proceso iterativo de análisis lineal espectral con propiedades nominales que consiste en modificar las propiedades de la estructura y del sistema de aislamiento hasta que se cumpla con los objetivos de diseño propuestos. Se sugirió para el análisis espectral reducir los límites máximos permitidos por las normas en un 30%; de este modo se deja una holgura para el análisis posterior que debe incluir la variabilidad de los dispositivos. En el diseño definitivo de la estructura aislada se siguió otro proceso iterativo usando análisis tiempo historia no lineal y considerando la variabilidad de las propiedades nominales de los dispositivos. Finalmente, se realizó el diseño de un elemento no estructural (tabique) usando espectros de piso que muestran la tendencia de los armónicos predominantes que reciben los elementos no estructurales en su base.

En el presente trabajo se propone un procedimiento general de diseño para estructuras aisladas sobre la base de los requerimientos de la normativa peruana. Primero, se estudia la dinámica de los edificios aislados y los efectos de usar el aislamiento sísmico en una estructura de base fija. Luego, se presentan los dispositivos de aislamiento disponibles en el mercado, así como las propiedades de los materiales que los componen y las ecuaciones necesarias para determinar el comportamiento no lineal de los dispositivos. Después, se describen los métodos de análisis de estructuras aisladas y las maneras de representar el movimiento del terreno. Luego, se propone un procedimiento de diseño para edificios aislados sobre la base de los conceptos estudiados y se desarrolla un ejemplo. El ejemplo que se desarrolla es un hospital de cuatro pisos ubicado en la ciudad de Huancayo (Z3S2). Para el diseño del sistema de aislamiento se utilizó un análisis tiempo historia no lineal con 8 señales espectro compatibles, mientras que para el diseño del concreto armado se usó un análisis modal espectral. La solución propuesta para el sistema de aislamiento incluye dispositivos elastoméricos con un núcleo de plomo (LRB) y deslizadores planos. En cuanto a la superestructura, se ha propuesto un sistema estructural de pórticos.

La Norma Peruana NTE.030 de Diseño Sismorresistente exige el uso de sistemas de aislamiento de base para edificaciones hospitalarias en las zonas de alta sismicidad, debido a la necesidad de garantizar su operatividad en un sismo severo. En esta tesis, se desarrolla el análisis y diseño de una edificación con elementos prefabricados de concreto y con un sistema de aislamiento. La decisión por emplear este sistema estructural tiene como finalidad presentar el diseño de una edificación aislada considerando un sistema industrializado y eficaz de construcción para la superestructura, que reduce los tiempos de ejecución y la variabilidad durante la construcción. La edificación seleccionada para el diseño es uno de los bloques de un hospital de cuatro niveles en Moquegua. Esta cuenta con un área techada de 4012 m2, ubicada sobre un suelo tipo S2. El diseño del sistema de aislamiento, compuesto por dispositivos elastoméricos y deslizadores, se desarrolló a partir del análisis considerando el Sismo Máximo Considerado (SMC) presentado en la Norma E.031. Se realizó un diseño preliminar del sistema de aislamiento empleando métodos estáticos y de superposición espectral. El diseño final se logró mediante procedimientos de análisis tiempo – historia. La superestructura del centro de salud es aporticada y se diseñó en base a elementos prefabricados de concreto pretensado y armado, siguiendo los lineamientos de la Norma E.060 Concreto Armado. Los resultados mostraron que el hospital tendría un buen desempeño permitiendo así su ocupación inmediatamente después de ocurrido un sismo severo de PGA=0.709g, correspondiente a Tr=2500 años.

La construcción de edificios aislados es cada vez más importante en países sísmicos dado que el sistema de aislamiento protege a la estructura de los efectos de un sismo mediante la separación de la base con el movimiento del suelo. El daño se logra controlar por medio de la restricción de desplazamientos relativos de entrepiso y de aceleraciones de piso. La mayoría de casos de aplicación corresponden a edificios esenciales; es decir, aquellos cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después de un sismo. Según la Norma E.030 “Diseño Sismorresistente”, las edificaciones esenciales tales como hospitales, y que se ubican dentro de las zonas sísmicas tres y cuatro, deben ser construidas con aislamiento sísmico conforme a los lineamientos de la Norma E.031 “Aislamiento Sísmico”. En consecuencia, el objetivo de esta tesis es elaborar el diseño estructural de un pabellón de hospital de cuatro pisos con aisladores sísmicos ubicado en la costa de Lima de acuerdo a la normativa peruana. Para ello se plantean tres objetivos específicos: diseñar las propiedades de los dispositivos en el sistema de aislamiento, evaluar la respuesta del edificio ante un sismo extremo (2500 años de periodo de retorno) y desarrollar el diseño en concreto armado de los elementos estructurales. La metodología consistió, en primer lugar, en una revisión de la base teórica del aislamiento sísmico donde se estudió el comportamiento dinámico de los edificios de base aislada. Además, se investigó los principales tipos de dispositivos de aislamiento y se describió la modelación tridimensional del sistema de aislamiento. En segundo lugar, se inició el diseño del edificio de base aislada a partir de la estructuración y el predimensionamiento de los elementos estructurales. Luego, se pre diseñaron las propiedades de los dispositivos del sistema de aislamiento con un análisis lineal espectral. El diseño definitivo de las propiedades de los dispositivos se realizó a través de un análisis dinámico no lineal Tiempo Historia donde se calcularon las máximas respuestas del edificio en términos de derivas, aceleraciones y fuerzas. Por último, se desarrolló el diseño en concreto armado de los elementos estructurales y sus correspondientes planos. Los resultados indicaron que el edificio tendría daño leve en los elementos estructurales y no estructurales luego del sismo extremo.