Diapositiva 1

COMPORTAMIENTO Y DISEÑO
SISMORRESISTENTE
DE CONSTRUCCIONES PREFABRICADAS.
Aplicación de los Disipadores
Sísmicos en las Estructuras
Prefabricadas
Una solución hacia la Sustentabilidad en las
Sociedades Modernas.
Riesgos naturales e
Interrupción de Negocios
 Laboratorio “Análisis de Riesgos Naturales y Antropogenicos de la
FES Acatlán”:
 Responsabilidad Social
 Apoyo a la Comunidad
 Investigación Académica
Carlos Arce León
2
Riesgos naturales e
Interrupción de Negocios
 Laboratorio “Análisis de Riesgos Naturales y Antropogenicos de la FES
Acatlán”:
Carlos Arce León
3
ANTECEDENTES:
DAÑO ESTRUCTURAL Y ENFOQUE FINANCIERO
BUSSINESS INTERRUPTION
Estudio realizado en 2010-2012
Ing. Juan Carlos Delgado Trejo
M. en Ing. Carlos Arce León
Dr. en Ing. Darío Rivera Vargas
Carlos Hugo Delgado Rdz
TEMARIO
•
•
•
•
•
Antecedentes
Desarrollo Histórico
Disipación de energía
Amortiguadores
Aisladores.
–
–
–
–
Antecedentes
Tipos y Utilización
Estado actual: Japón, USA, New Zealand y México
Diseño, propuesta de simplificación.
• Perspectivas y Estrategias: Enfoque Financiero.
TEMARIO
Desarrollo Futuro
y
State-of-art
Panorama general
• Sismos e Impacto social
– México septiembre 19 y 20 de 1985.
– Northridge, 17 de enero de 1994.
– Kobe, 17 de enero de 1995.
– Taiwan, 21 de septiembre de 1999.
– Kocaeli, Turquia, 16 de diciembre de 1999.
– Impacto Social (Vulnerabilidad)
CONCEPTOS BÁSICOS DE
DISIPACIÓN DE ENERGÍA
MÉXICO SEPTIEMBRE 19 Y 20
DE 1985.
MÉXICO SEPTIEMBRE
19 Y 20 DE 1985.
MÉXICO SEPTIEMBRE 19 Y
20 DE 1985.
NORTHRIDGE, USA, 17 DE
ENERO DE 1994
NORTHRIDGE, USA, 17 DE
ENERO DE 1994
NORTHRIDGE, USA, 17
DE ENERO DE 1994
NORTHRIDGE, USA, 17 DE
ENERO DE 1994
KOBE, JAPÓN, 17 DE ENERO DE 1995.
KOBE, JAPÓN, 17 DE ENERO DE 1995.
KOBE, JAPÓN, 17 DE ENERO DE 1995.
KOBE, JAPÓN, 17 DE ENERO DE 1995.
KOBE, JAPÓN, 17 DE ENERO DE 1995.
TAIWAN, 21 DE SEPTIEMBRE DE 1999.
TAIWAN, 21 DE SEPTIEMBRE DE 1999.
TAIWAN, 21 DE SEPTIEMBRE DE 1999.
TAIWAN, 21 DE SEPTIEMBRE DE 1999.
KOCAELI, TURQUIA, 16 DE
DICIEMBRE DE 1999.
KOCAELI, TURQUIA, 16 DE
DICIEMBRE DE 1999.
VULNERABILIDAD
EVITAR DAÑO EN ESTRUCTURAS
– Diseño Estructural
– Arquitectura
– Espacio vs Valor Comercial
– Mantenimiento
• Tendencias en evitar daño y total
operación de las estructuras después
• En la actualidad el Cs o factor de
desempeño sísmico .
AFECTACIÓN
•
•
•
•
Edificios Operativos después de un Sismo intenso
–
–
–
Hospitales
Centrales de Bomberos
Centrales de Policías
Estadios
–
Se utilizan como centros de protección temporal
Estructuras de Comunicación
–
–
–
Antenas
Estaciones de Transporte
Puentes
Estructuras Fabriles y de Producción.
– Fabricas
– Almacenes de Distribución
– Centros Comerciales
ETICA Y ECONOMÍA
• Optimización del Diseño
– Utilización de métodos matriciales
– Utilización de análisis dinámico
• Concurso de Procesos Constructivos
–
–
–
–
Proceso Constructivo más adecuado
Concreto versus Acero
Calidad de materiales
Calidad de la Mano de Obra
• Diseño Óptimo y Control Constructivo
• Costo inicial versus Costo Final (Costo de Propietario).
ESTRATEGIA DE MERCADOTECNIA
• Mejorar las respuestas de una estructura a un sismo intenso
• Educación y capacitación de los cuerpos de auxilio
• Educación de la gente para evitar pánico y adiestrar que
hacer durante y después de un Sismo
• Conciencia del papel social de Ingeniero estructurista y del
ingeniero constructor
• Consciencia de los dueños de inmuebles.
DISEÑO POR DESEMPEÑO
• Tendencias en el diseño Estructural:
– Performance (Desempeño).
– Diseñar por comportamiento
• El cliente escoge su capacidad de daño:
– Construcciones con poco daño, diseño
elástico, factor Q igual a 1.
– Construcciones con mucho daño, Diseño
Elastoplástico factor Q grande.
FILOSOFÍA ACTUAL DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
International Handbook of Earthquake Engineering:
Codes, Programs, and Examples,
Mario Paz
FILOSOFÍA ACTUAL DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
Idealizacion de las Fuerzas de Diseño
FILOSOFÍA ACTUAL DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
Resultado de la Filosofía Actual
Impacto de los Terremotos en los últimos 20 años
Resultado de la Filosofía Actual
ANTECEDENTES
• Primeras estructuras aisladas
– Grecia, El Partenón
– Macedonia
– Inglaterra, patente.
– Reglamentos Rango Inelástico.
– Nueva Zelanda, Prof W. Robinson.
– USA, Dr. James Kelly.
– México.
Posibilidades modernas de Sostenibilidad y
Sustentabilidad
GRECIA Y PERSIA
INGLATERRA
J.A. Calantarients
Scarborough
1909.
Primera Patente
INGLATERRA
MACEDONIA
Escuela Pestalozzi
Skopje.
ESTADOS UNIDOS
Foothill Communities Law
and Justice Center,
Rancho Cucamonga,
California.
Emergency Operations Center,
Los Angeles, California.
Fire Command and
Control Facility, Los
Angeles, California.
ESTADOS UNIDOS
ML King Drew Diagnostics Center,
Willowbrook, California.
Flight Simulator Manufacturing Facility,
Salt Lake City, Utah.
ESTADOS UNIDOS
San Francisco City Hall,
San Francisco, California.
Aisladores bajo los soportes de San Francisco
City Hall
ESTADOS UNIDOS
Los Angeles City Hall,
Los Angeles, California.
Oakland City Hall,
Oaklands, California.
ESTADOS UNIDOS
Marina Apartments, San Francisco,
California.
US Court of Appels, San Francisco,
California
Mackay School of Mines
Reno, Nevada.
MÉXICO
Escuela en la calle de Lago Ximilpa, en Ciudad de México
Amortiguadores durante la construcción, Torre Mayor, México DF
Dispositivos de aislamiento de las maquinas impresoras del:
Periódico “Reforma” a la izquierda y Periódico “El Mural” a la
derecha
MÉXICO
Proyecto de Oficinas de Gobierno del Estado de Guerrero, en Acapulco,
México
MÉXICO
Edificios con Amortiguadores en México, Torre Panorama, Torre Santa Fe Pads (llamada Torre Impulso), Torre
Libertad (St. Regis H&R), Torre Altus, Torres Bosques Residencial 1 y 2, Torre Mural y City Santa Fe (torres Milán,
Ámsterdam y Barcelona), presentadas las fotos en sentido de las manecillas del reloj
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
ESTADO ACTUAL: NUEVA ZELANDA
CONCEPTOS BÁSICOS DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA
• Enfoque energético. La energía de ingreso se disipa mediante diversas formas:
• Enfoque tradicional de diseño. Disipación de energía por ductilidad (ED);
mecanismos de articulación plástica.
• Nuevo enfoque energético. Disipación de energía por el amortiguamiento
suplementario, conservando la disipación por ductilidad del sistema casi
intacta
DISIPADORES DE ENERGÍA
• TAIWAN
PROYECTO
ANÁLISIS
MARCOS
CON
CONTRAVENTEOS EXCÉNTRICOS
 En K
 En el plano del
marco
 Cubre un piso
Es del tipo:
“Excéntrico”
(se conectan a un tramo de viga con atiesadores para
comportamiento plástico)
CASO PRÁCTICO (ALONSO Y GARCÍA, 2002)
Ubicación: Terreno tipo II
AMORTIGUADORES
•AMORTIGUADORES VISCOSOS (TAIWAN)
Amortiguadores viscosos (Kawashima, 2009)
AISLADORES DE BASE
COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
Estructura aislada
Estructura convencional
PRINCIPIOS DE AISLAMIENTO SÍSMICO
AISLADOR TIPO ELASTÓMERO
Hule laminado
Hule laminado con corazón de plomo
ELASTOMÉRICOS
ELASTOMÉRICOS CON CENTRO DE PLOMO
PÉNDULO INVERTIDO
VIDEOS DE AISLAMIENTO SISMICO
Disipación y Aislamiento en
Teatros y Auditorios
Aplicación Práctica
Concert Hall - The Bridgewater Hall –
Manchester/ UK
Project
The Bridgewater Hall Manchester / UK
Building
Concert hall, 2400 seats
Structure
Reinforced concrete building, Long span steel and concrete truss roof
Noise and vibration source
Light railway system
Base isolation system
Fully-prestressable GERB spring elements, Type GP
Vertical system natural frequency: 3,5 Hz
Design load
266,370 kN
Arrangement of spring elements
Base isolation system on columns
Founded on deep pad footings
Vibration Control effect
85-90%
Completion: 1996
Client
City of Manchester
Concert Hall - The Bridgewater Hall – Manchester/ UK
Kwai Tsing Theatre,
Hong Kong.
2 Recital halls at the Conservatorium of Music,
Sydney/Australia
Project
2 Recital halls at the Conservatorium of Music, Sydney, Australia
Noise and vibration source
subway
Base isolation system
on fully prestressable GERB-spring elements, Type GP with CRDS
Vertical system natural frequency
3,5 Hz
Design Load
32.000 kN
Arrangement of spring elements
on column heads and wall recesses
Completion: 2001
Owner
NSW Department of Public Works and Services
2 Recital halls at the Conservatorium of Music,
Sydney/Australia
Imax Cinema Waterloo –
London/UK
Project
Imax Cinema Waterloo
London / UK
Building
Movie Theatre, 500 seats
Noise and vibration source
Subway lines less than 5 m below foundation level
Base isolation system
Fully-prestressable GERB spring elements, Type GP, arranged on column heads.
Vertical system natural frequency 3,5 Hz
Design load
50.000 kN
Structure
Steel structure above elevated, spring supported RC slab
Vibration Control effect
Insertion loss 25dB (measured)
Completion: 1999
Client
British Film Institute
Imax Cinema Waterloo –
London/UK
Le CORUM / L'AUDITORIUM BERLIOZ,
Montpellier / France
Project
Le Corum / l’Auditorium Berlioz
Montpellier
Building
Centre for Opera, Concert, Congress, etc., 2000 seats
Structure
Isolated auditorium within the main structure
Noise and vibration source
Nearby railway track
Base isolation system
Fully-prestressable GERB spring elements, Type GP + GPV
Vertical system natural frequency 4,0 Hz
Design load
230.000 kN
Arrangement of spring elements
Supporting the auditorium including the orchestra pit and stage
Vibration Control effect
Insertion Loss 20 dB (measured)
Completion: 1990
Client
Ville de Montpellie
Le CORUM / L'AUDITORIUM BERLIOZ,
Montpellier / France
Teatro Diana, Guadalajara, Jalisco, México.
Desempeño de Edificios con Aislamiento Sísmico
y Disipación en
i) el Sismo de Chile (2010)
ii) el Sismo de Japón (2011)
• REPORTE PRACTICO
DE VISITA DE
CAMPO
Application Example
114
2010 Chile Earthquake
• 3:30 am February 27, 2010
• Magnitude Mw = 8.8
• Strong movement in 70% of the wine
production areas in Chile
• Significant damage:
-Energy, transport, communications
-Process Equipment Wine and Beer
-Tanks, barrels and bottles of Beer and Wine (storage)
Structures of Wine and Beer.
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
115
J Carlos Delgado T
116
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
J Carlos Delgado T
117
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
J Carlos Delgado T
118
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
119
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
120
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
121
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
122
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
123
Market
Cost
Impact
J Carlos Delgado T
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
124
70
60
Investment in Project new
building
50
40
30
20
MM USD
10
0
INITIAL
YEAR 01 YEAR 02 YEAR 03 YEAR 04 YEAR 05
WITHOUT ISOLATION
WITH ISOLATION
YEAR 06
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
• Cost
components
of the
project
Financial
evaluation
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
126
Investment in Project new building
120
100
80
60
MM USD
40
20
0
INITIAL
YEAR 01
YEAR 02
YEAR 03
WITHOUT ISOLATION
YEAR 04
WITH ISOLATION
YEAR 05
YEAR 06
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
• Total Cost of
Ownership:
components
of the
project
financial
evaluation
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Initial cost of
construction
Cost 10 years
operation
Retrofit (Damage
EQ, Logistics)
Impact of
Bussiness
Interruption
Without
Isolation
System
40 MM USD
100 MM USD
10 MM USD
2,500 MM USD !!!
With Isolation
System
60 MM USD
40 MM USD
5 MM USD
25 MM USD
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Investement Scenario Initial Cost in 10
years.
Scenary
>Probability of an
earthquake in first
10 years
Optimistic
200
10 %
150
Neutral
100
Pessimistic
50
0
MM USD
Project with IS
Optimistic
Project without IS
Neutral
Pessimistic
*From an Study of risk
analisys site
20 %
40 %
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Investement Scenario Total Cost of
Ownership in 10 years.
Scenary
Optimistic
1000
>Probability of an
earthquake in first
10 years
10 %
800
Neutral
600
400
Pessimistic
200
20 %
40 %
0
MM USD
Project with IS
Optimistic
Project without IS
Neutral
Pessimistic
*From an Study of risk analisys
site
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
131
Analysis
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Total Cost of Ownership
2.8
0.28
0.028
8.2
Equipment
0.308
Architectural finishes
Structure
Example in CCZ, México
Total Cost Ownership is 600 MM USD
Enginering
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Bussines Interruption:
a financial scope with isolations systems
Desempeño de Estructuras con Aisladores
durante el Sismo de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante
el Sismo de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
Desempeño de Estructuras con Aisladores durante el Sismo
de Hokoku, Japon 2011
TENDENCIAS FUTURAS
EN SUSTENTABILIDAD
13th World Conference on Seismic
Isolation, Energy Dissipation and Active
Vibration Control of Structures
- commemorating JSSI 20th
Anniversary -
Sustentabilidad en Construcción
Prefabricada
Tendencias en el Diseño de Estructuras Prefabricadas con
Amortiguamiento o Aislamiento sísmico.
Ventajas de Estructura Prefabricada con
Aislamiento Sísmico.
Ventajas de Estructura Prefabricada con
Aislamiento Sísmico.
Ventajas de Estructura Prefabricada con Aislamiento
Sísmico.
Pasos de Diseño en Estructuras
Prefabricadas con Amortiguamiento o
Aislamiento sísmico.
Pasos de Diseño en Estructuras Prefabricadas con
Amortiguamiento o Aislamiento sísmico.
C
o
n
c
e
p
t
o
Ante
proyec
to
Proyecto
Construcción
Impacto Financiero y Bussiness Interruption
Impacto Financiero y Bussiness Interruption
Pasos de Diseño en Estructuras Prefabricadas
con Amortiguamiento o Aislamiento sísmico.
Pasos de Diseño en Estructuras Prefabricadas
con Amortiguamiento o Aislamiento sísmico.
Video de Aislamiento
Sísmico
GRACIAS…