Tesis diseño de edificio de 6 pisos con aisladores de base elastomericos

UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS DE GRADO
Previo a la obtención del título de
INGENIERO CIVIL
Tema:
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE 6 PISOS CON
AISLADORES DE BASE ELASTOMÉRICOS.
Autores:
Paulo Emilio Macías Giraldo.
Víctor Ignacio Suárez Reyes.
La Libertad, Ecuador
2015

UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENA
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS DE GRADO
Previo a la obtención del título de
INGENIERO CIVIL
Tema:
DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE 6 PISOS CON
AISLADORES DE BASE ELASTOMÉRICOS
Autores:
Paulo Emilio Macías Giraldo
Víctor Ignacio Suárez Reyes
La Libertad - Ecuador
2015

DECLARACIÓN
Paulo Emilio Macías Giraldo., Víctor Ignacio Suárez Reyes declaramos bajo
juramento, que el trabajo de titulación “Diseño estructural de un edificio de
6 pisos con aisladores de base elastoméricos”, previo a la obtención del
título de Ingeniero Civil nos corresponde exclusivamente, y el patrimonio
intelectual a la Universidad Estatal Península de Santa Elena.
En honor a esta declaración, somos responsables del contenido, autenticidad
del trabajo de titulación mencionado.

La Libertad, 15 de Julio de 2015
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de tesis, “Diseño estructural de un
edificio de 6 pisos con aisladores de base elastoméricos”, elaborado por los
Sres. Paulo Emilio Macías Giraldo y Víctor Ignacio Suarez Reyes, egresados de la Carrera
de Ingeniería Civil, Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ciencias de la Ingeniera de la
Universidad Estatal Península de Santa Elena, previo a la Obtención del Título de
Ingeniero Civil, me permito declarar, que luego de haber orientado, estudiado y revisado,
lo apruebo en todas sus partes.
Atentamente
………………………………….
Ing. RICHARD RAMÍREZ PALMA
PROFESOR TUTOR

AGRADECIMIENTOS
AGRADECEMOS A Dios, porque cada día nos dio la fortaleza necesaria
para seguir adelante, fe para no derrumbarnos en medio camino de nuestros
estudios y la fe para alcanzar las metas y objetivos trazados durante la carrera
Universitaria.
A mis padres, hermanos y amigos más allegados por el apoyo económico e
incondicional de brindarme la información personal y profesional.
Agradecemos a los docentes de la FACULTAD DE CIENCIAS DE
INGENIERÍA, por habernos impartido los conocimientos necesarios y dichas
sapiencias poder aplicarlos en nuestra carrera profesional.

DEDICATORIA
Este trabajo realizado, se lo dedicamos a Dios porque ha sido nuestra fortaleza,
guía y amigo fiel durante toda nuestras vidas.
También les dedicamos este trabajo a nuestros padres y hermanos porque con sus
guías y el incondicional apoyo hemos logrado culminar este trabajo.
Esta contribución va dedicada a cada uno de nuestros compañeros estudiantes, de la
Carrera de Ingeniería Civil en la Universidad Estatal Península De Santa Elena

TRIBUNAL DE GRADO
Ing. Alamir Álvarez Loor, Mg. Ing. Freddy Huamán Marcillo, Esp.
DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR DE LA CARRERA
CIENCIAS DE LA INGENIERÍA DE INGENIERÍA CIVIL
Ing. Richard Ramírez Palma, Mg. Ing. Juan F. Garcés Vargas, Mg.
PROFESOR TUTOR PROFESOR DE ÁREA
Ab. Joe Espinoza Ayala
SECRETARIO GENERAL

-ii-
RESUMEN
Se ha analizado la respuesta estructural de un edificio de 6 pisos ante la acción de
un sismo empleando aisladores de base elastoméricos. En el cual se han respetado los
parámetros locales de la norma NEC 14. Adicionalmente se hace la comparación de la
respuesta estructural de dicha estructura en la cual se empleó aisladores de base
elastoméricos con respecto a la estructura convencional.
También se ha procedido a prediseñar elementos estructurales a partir de las
dimensiones del diseño arquitectónico existente, además las cargas de servicio y las
configuraciones estructurales como los espesores y secciones mínimas empleadas en el
análisis estuvieron conforme a los parámetros del código ACI-318-08 y la norma NEC-14.
La cimentación fue previamente estudiada para que la estructura responda a la
acción de un posible sismo, Todos los parámetros en la estructura convencional diseñada
estuvieron conforme a los códigos en mención. La configuración técnico-económico final
de la estructura convencional sirvió como base para la interacion en la que se diseñó la
aislación basal más favorable para los aspectos que propone la norma FEMA-450.
Con esto el procedimiento de análisis concluyó con una estructura aislada de en su
base según los datos de los catálogos a emplear.
El diseño se logró utilizado el software Etabs v15 para ordenadores el cual hizo
versátil el diseño por el método matricial y modal espectral empleado un espectro
inelástico lineal para la estructura convencional y no lineal para la aislada basal.
Como resultado se ha comprobado que con la configuración de aislación basal
analizada, se logra que se reduzcan considerablemente los esfuerzos en los elementos
estructurales por la separación con el suelo que proveen las características de los aisladores
diseñados.
La disminución del 54% de aceleración de la gravedad por piso durante el sismo,
compensa el encarecimiento de construcción del 19,26%. Ya que esté brindó un
formidable desempeño post-sismo.

-iii-
Es preciso ahondar en el tema de una microzonificación de suelos de la ciudad de
Salinas para que la opción de aislar la base de edificios logre el aumento de periodo
satisfactorio. Por otro lado se recomienda también hacer un estudio socioeconómico que
incluya los efectos psicológicos post-sismo.

-ii-
Índice
Índice ....................................................................................................................................... ii
CAPITULO I............................................................................................................................1
1. Introducción.........................................................................................................................1
1.1 Generalidades ...............................................................................................................1
1.2 Antecedentes.................................................................................................................2
1.3 Planteamiento del problema. ........................................................................................2
1.4 Formulación del problema............................................................................................4
1.5 Justificación ..................................................................................................................4
1.6 Objetivos.......................................................................................................................5
1.6.1 Objetivo general. .................................................................................................5
1.6.2 Objetivos específicos...........................................................................................5
1.7 Hipótesis. ......................................................................................................................6
1.8 Variables.......................................................................................................................6
1.8.1 Variable independiente........................................................................................6
1.8.2 Variable dependiente...........................................................................................7
1.9 Metodología..................................................................................................................7
CAPITULO II...........................................................................................................................8
2 Fundamentos de la aislación sísmica...................................................................................8
2.1 Aislamiento sísmico......................................................................................................8
2.1.1 Sistemas de control pasivo. ...............................................................................10
2.1.1.1 Sistema pasivo con aislamiento de la base. ............................................10
2.1.1.2 Sistemas pasivos con disipadores de energía..........................................12
2.1.1.3 Sistemas inerciales acoplados................................................................12
2.1.2 Sistemas de control activo.................................................................................13

-iii-
2.1.3 Sistemas de control hibrido...............................................................................14
2.1.4 Sistemas de control semiactivo. ........................................................................14
2.2 Amortiguamiento en los sistemas aislados.................................................................15
2.3 Componentes básicos de todo sistema de aislamiento. ..............................................16
2.4 Tipos de aisladores sísmicos.......................................................................................17
2.4.1 Aisladores elastoméricos de bajo amortiguamiento (LDR). .............................18
2.4.2 Aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDR)...............................18
2.4.3 Aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB).....................................19
2.4.4 Otros tipos de aisladores. ..................................................................................20
2.5 Influencia del tipo de suelo y altura del edificio en la efectividad del aislamiento
sísmico. .............................................................................................................................21
2.6 Algunos edificios construidos con aisladores sísmicos..............................................22
CAPITULO III .......................................................................................................................30
3 Análisis y diseño de la estructura convencional. ...............................................................30
3.1 Antecedentes y conceptos básicos de sísmica. ...........................................................30
3.1.1 Regiones sísmicas. ............................................................................................31
3.1.2 Tectónica de placas. ..........................................................................................32
3.1.3 Causas de los sismos. ........................................................................................33
3.1.3.1 Terremotos volcánicos............................................................................33
3.1.3.2 Terremoto tectónico-volcánico...............................................................33
3.1.3.3 Terremotos tectónicos.............................................................................34
3.1.4 Tasas de recurrencia..........................................................................................34
3.1.5 Ondas sísmicas. .................................................................................................35
3.1.5.1 Ondas P (PUSH). ....................................................................................36
3.1.5.2 Ondas s (SHEAR)...................................................................................36

-iv-
3.1.6 Movimiento armónico simple ...........................................................................38
3.1.7 Energía transmitida por ondas...........................................................................41
3.1.8 Medición de los terremotos...............................................................................42
3.2 Riegos sísmicos en la provincia de Santa Elena.........................................................42
3.2.1 Análisis de la peligrosidad sísmica para diseñar una estructura. .....................44
3.3 Primeras consideraciones sísmicas en la Norma Ecuatoriana. ...................................46
3.4 Definición de espectro. ...............................................................................................46
3.5 Análisis espectral.......................................................................................................48
3.6 Metodología de Diseño...............................................................................................48
3.6.1 Cargas de servicio. ............................................................................................49
3.6.2 Carga muerta. ....................................................................................................54
3.6.3 Carga viva. ........................................................................................................56
3.7 Pre-diseño de elementos estructurales........................................................................57
3.7.1 Pre -diseño de losa y viga..................................................................................57
3.7.2 Pre -diseño de columna. ....................................................................................64
3.8 Cargas Sísmicas Nec-14 .............................................................................................65
3.9 Método Estático..........................................................................................................71
3.10 Método Dinámico..................................................................................................72
3.11 Modelación estructural mediante software ETABS..............................................74
3.11.1 Unidades a utilizar. .......................................................................................74
3.11.2 Geometría del modelo estructural.................................................................74
3.11.3 Definición de materiales ...............................................................................77
3.11.4 Definición de las secciones a utilizar............................................................78
3.11.5 Secciones agrietadas .....................................................................................79
3.11.6 Definición del sistema de piso a emplear .....................................................81

-v-
3.11.7 Definición de los casos de carga...................................................................82
3.11.8 Definición de las combinaciones de carga....................................................84
3.11.9 Asignación de cargas a las losas...................................................................86
3.11.10 Asignación de diafragmas.........................................................................86
3.11.11 Opciones de análisis de la estructura.........................................................87
3.11.12 Definición del espectro dinámico..............................................................88
3.11.13 Masas en el método dinámico...................................................................91
CAPITULO IV .......................................................................................................................93
4 Análisis y diseño con aisladores sísmicos .........................................................................93
4.1 Criterio de diseño........................................................................................................93
4.1.1 Disipación de energía........................................................................................93
4.2 Proceso de diseño. .....................................................................................................99
4.3 Normativa para el diseño..........................................................................................100
4.3.1 Norma de diseño............................................................................................100
4.3.2 Dimensionamiento. .........................................................................................101
4.3.3 Reacciones de diseño ......................................................................................102
4.3.4 Masa reactiva por piso.....................................................................................104
4.3.5 Método de aplicación. .....................................................................................105
4.3.5.1 Método fuerza lateral equivalente (FLE)..............................................106
4.3.5.1.1 Obtención de datos del fabricante.................................................108
4.3.5.1.2 Cálculo de los periodos de vibración ............................................109
4.3.5.1.3 Cálculo de los desplazamientos laterales ......................................110
4.3.5.1.4 Fuerza lateral por las propiedades encontradas............................112
4.3.5.1.5 Diseño del aislador de base LRB. ................................................114
4.3.5.2 Modelamiento de la estructura aislada..................................................124

-vi-
4.3.5.2.1 Criterios previos al modelamiento en programa ETABS. ............125
4.3.5.2.2 Método de diseño ELF (fuerza lateral equivalente), en el ETABS127
4.3.5.2.3 Creación de las propiedades del Aislador. ...................................128
4.3.5.2.4 Creación del aislador.....................................................................129
4.3.5.2.5 Espectro de respuesta ....................................................................131
4.3.5.2.1 Run analysis ..................................................................................132
CAPÍTULO V ......................................................................................................................134
5 Interpretación y evaluación de resultados........................................................................134
5.1 Pasos de evaluación. .................................................................................................134
5.2 Resultados para ELF (Fuerza lateral equivalente)....................................................135
5.3 Revisión de los diagramas de momentos para análisis modal..................................142
5.4 Revisión de los diagramas de cortantes....................................................................146
5.5 Revisión de los desplazamientos en los elementos...................................................149
5.6 Revisión de irregularidad por torsión: .....................................................................149
5.7 Participación de la Masa en los modos de vibración................................................155
5.8 Revisión de la deriva de piso....................................................................................161
5.9 Análisis comparativo. ...............................................................................................171
5.10 Propiedades del “slider” (deslizador) propuesto por DIS....................................172
5.11 Análisis económico: Estructura convencional- estructura mixta LRB-SLIDER181
CAPITULO VI .....................................................................................................................189
6 Conclusiones y Recomendaciones...................................................................................189
6.1 Conclusiones.............................................................................................................189
6.2 Recomendaciones. ....................................................................................................191
CAPITULO VII....................................................................................................................192
7 Bibliografía. .....................................................................................................................192

-vii-
Anexos..................................................................................................................................194

-viii-
Índice de anexos
Anexo A perfil estratigráfico…………………………………………………………………195
Anexo B cimentación. ……………………………………………………………………….…197
Anexo C normativa y tablas………………………………………………………………….209
Índice de tablas
Tabla 3.1: Ecuaciones principales del movimiento armónico simple................................. 40
Tabla 3.2: Calculo de carga de pared................................................................................. 54
Tabla 3.3: Carga de piso..................................................................................................... 56
Tabla 3.4: Cargas adicionales. ........................................................................................... 56
Tabla 3.5 Carga viva........................................................................................................... 56
Tabla 3.6 Altura mínima de vigas o losas en una dirección cuando no se calculan
deflexiones. .......................................................................................................................... 57
Tabla 3.7 Altura mínima de losas en dos direcciones cuando no se calculan deflexiones. 58
Tabla 3.8 Dimensiones de inicio de cálculo en programa.................................................. 63
Tabla 3.9 Pre dimensión de columna.................................................................................. 65
Tabla 3.10 Factor de zona Z. .............................................................................................. 66
Tabla 3.11 Factor de zona Z correspondiente. ................................................................... 66
Tabla 3.12 Clasificación de los perfiles de suelo (NEC-14).............................................. 67
Tabla 3.13 Tipo de perfil de suelo de proyecto................................................................... 68
Tabla 3.14 Coeficientes de amplificación dinámica. .......................................................... 68
Tabla 3.15 Periodo de vibración aproximado..................................................................... 69
Tabla 3.16 Parámetros calculados...................................................................................... 70
Tabla 3.17 Cortante basal de diseño................................................................................... 72

-ix-
Tabla 3.18 Valores para espectro de diseño. ...................................................................... 73
Tabla 4.1 Requerimiento de la FEMA para los tipos diseños........................................... 101
Tabla 4.2 Resumen: Ubicación, Coordenadas y Pmax..................................................... 103
Tabla 4.3 Carga reactiva por piso. ................................................................................... 104
Tabla 4.4 Cortante estática por piso................................................................................. 107
Tabla 4.5 Datos de las propiedades del aislador LRB...................................................... 108
Tabla 4.6: Periodo efectivo de desplazamiento mínimo.................................................... 109
Tabla 4.7: Periodo efectivo de desplazamiento máximo................................................... 109
Tabla 4.8 Desplazamiento lateral mínimo. ....................................................................... 110
Tabla 4.9: Desplazamiento lateral máximo. ..................................................................... 111
Tabla 4.10: Desplazamiento lateral mínimo (incluida torsión)........................................ 111
Tabla 4.11: Desplazamiento lateral máximo (incluida torsión). ...................................... 111
Tabla 4.12: Fuerza lateral mínima y fuerza lateral mínima con reducción de ductilidad.112
Tabla 4.13: Revisión por FEMA. ...................................................................................... 114
Tabla 4.14: Secciones y diámetros del aislador LRB....................................................... 115
Tabla 4.15: Energía disipada por el aislador................................................................... 116
Tabla 4.16: Fuerza axial del disipador cuando no existe fuerza lateral. ......................... 117
Tabla 4.17 Rigidez post-Fluencia...................................................................................... 117
Tabla 4.18 Rigidez de fluencia. ......................................................................................... 118
Tabla 4.19 Altura de la goma por desplazamiento de diseño. ......................................... 119
Tabla 4.20 Altura del aislador por desplazamiento total máximo.................................... 119
Tabla 4.21 Rigidez Horizontal por aislador...................................................................... 120
Tabla 4.22 Revisión de la rigidez horizontal..................................................................... 120
Tabla 4.23 Resultado de aislador...................................................................................... 124
Tabla 5.1 Máximos desplazamientos................................................................................. 149

-x-
Tabla 5.2 Frecuencias en estructura convencional........................................................... 156
Tabla 5.3 Frecuencias en estructura aislada.................................................................... 156
Tabla 5.4 Revisiones de drift............................................................................................. 161
Tabla 5.5 Desplazamientos relativos estructura aislada. ................................................. 162
Tabla 5.6 Comparación de desplazamientos..................................................................... 171
Tabla 5.7 Aceleraciones en el primer piso........................................................................ 171
Tabla 5.8 Comparación de los desplazamientos laterales máximos................................. 175
Tabla 5.9 Pesos de elementos de hormigón por piso en estructura convencional............ 181
Tabla 5.10 Pesos de elementos de hormigón por piso en estructura aislada. .................. 182
Tabla 5.11 Pesos de Acero longitudinal en estructura convencional. .............................. 183
Tabla 5.12 Pesos de Acero longitudinal en estructura aislada......................................... 183
Tabla 5.13 Secciones de hormigón reducciones y aumentos ............................................ 185
Tabla 5.14 Resumen de comparativo de ambas estructuras. ............................................ 185
Tabla 5.15 Costo global del sistema Aislado. ................................................................... 186
Tabla 5.16 Comparación de materiales y económica de ambas estructuras.................... 187
Tabla 5.17 Comparación económica de ambas estructura............................................. 187

-xi-
Índice de figuras.
Figura 1.1 Vista sector San Lorenzo..................................................................................... 4
Figura 2.1 Esquema de la clasificación de sistemas de control de respuesta sísmica. ........ 9
Figura 2.2 Esquema de un aislador sísmico. ...................................................................... 11
Figura 2.3 Esquema del montaje de un aislador sísmico. .................................................. 11
Figura 2.4 Reducción del cortante debido al amortiguamiento. ........................................ 15
Figura 2.5 Reducción de desplazamiento para un aumento de amortiguamiento. .............. 16
Figura 2.6 Esquema de los componentes de un sistema de aislamiento. ........................... 17
Figura 2.7 Esquema de aislador de bajo amortiguamiento. (LDR)..................................... 18
Figura 2.8 Ejemplo de aislador de alto amortiguamiento.................................................... 19
Figura 2.9 Aislador elastomérico con núcleo de plomo (HDR).......................................... 20
Figura 2.10 Aislador péndulo de fricción............................................................................ 21
Figura 2.11 Respuesta de estructura aislada en suelos diferentes. ..................................... 22
Figura 2.12 Foothill Communties Law Justice Center primer edificio que utilizo sistemas
de aislamiento sísmico (elastomérico de alto amortiguamiento)......................................... 23
Figura 2.13 Fire Department Command and Control Facility............................................. 23
Figura 2.14 University of Southern California University Hospital. .................................. 24
Figura 2.15 Centro Regional de telecomunicaciones en Ancona 1992............................... 24
Figura 2.16 Centro Medico de la Marina. ........................................................................... 25
Figura 2.17 Edificio de Apartamentos de la Marina ........................................................... 25
Figura 2.18 Aislador con núcleo de plomo soportando tanque de GLN. ............................ 26
Figura 2.19 Vista del tanque de almacenamiento de GLN con aisladores de núcleo de
plomo................................................................................................................................... 26
Figura 2.20 Tohoku Power Electric Company, Japón......................................................... 27
Figura 2.21 Aislador sísmico edificio Andalucía. ............................................................... 27

-xii-
Figura 2.22 Edificio comunidad de Andalucía.................................................................... 27
Figura 2.23 Construcción del Edificio San Agustín de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Católica. .......................................................................................................... 28
Figura 2.24 Ubicación de aisladores en Puente de Bahía - San Vicente............................. 29
Figura 2.25 Edificio de la UNASUR................................................................................... 29
Figura 3.1 Tipos de deformaciones causados por sísmico. ................................................ 31
Figura 3.2 Placas tectónicas y registros entre 1978-1987. ................................................ 32
Figura 3.3 Dirección del desplazamiento de las placas tectónicas. ................................... 33
Figura 3.4 Grafica de energía liberada en ondas sísmicas. ............................................... 35
Figura 3.5 Tipos de ondas. ` ............................................................................................... 36
Figura 3.6 Forma en que viajan las ondas longitudinales y transversales. ....................... 37
Figura 3.7 Relación de un sistema mecánico (una masa en un resorte con movimiento
periódico) con la onda sinusoidal no amortiguada que la misma produce. ....................... 38
Figura 3.8 Partes de una onda............................................................................................ 39
Figura 3.9 Tipos de frecuencia de una onda....................................................................... 39
Figura 3.10 Sismógrafo....................................................................................................... 42
Figura 3.11 Tectónica de placas en costa de Ecuador. ...................................................... 43
Figura 3.12 Registro de actividad sísmica......................................................................... 44
Figura 3.13 Analogía de un péndulo invertido sometido a sismo. ...................................... 46
Figura 3.14 Respuestas de masas de diferente altura ante un registro sísmico. .................. 47
Figura 3.15 Fuerzas internas de la estructura ...................................................................... 48
Figura 3.16 Vista Isométrica arquitectónica del proyecto................................................... 49
Figura 3.17 Niveles de la estructura. ................................................................................... 50
Figura 3.18 Vista de planta tipo. ......................................................................................... 51
Figura 3.19 Vista de planta pent-house. .............................................................................. 52

-xiii-
Figura 3.20 Vista de planta mezanine pent-house............................................................... 53
Figura 3.21 Carga por pared................................................................................................ 54
Figura 3.22 Esquema de carga sobre viga. .......................................................................... 55
Figura 3.23 Carga por piso. ................................................................................................. 55
Figura 3.24 Esquema de losa en una dirección. ................................................................. 58
Figura 3.25 Requisitos para elementos a flexión control de deflexiones. (NEC-14).......... 59
Figura 3.26 Longitudes de elementos estructurales hasta nivel 12.50m. ........................... 60
Figura 3.27 Longitudes de elementos estructurales nivel 15.30.......................................... 61
Figura 3.28 Longitudes de elementos estructurales nivel 18.10m ..................................... 62
Figura 3.29 Zonas sísmicas del ecuador (NEC-14)............................................................ 66
Figura 3.30 Componentes horizontales de la carga sísmica (NEC-14)............................... 70
Figura 3.31 Espectro elástico de diseño. ............................................................................. 73
Figura 3.32 Selección de unidades ..................................................................................... 74
Figura 3.33 Selección de Nuevo Modelo. ........................................................................... 75
Figura 3.34 Selección de Nuevo Modelo sin pre-configuraciones...................................... 75
Figura 3.35 Definición de la geometría............................................................................... 76
Figura 3.36 Edición de la geometría................................................................................... 76
Figura 3.37 Definición de materiales. ................................................................................ 77
Figura 3.38 Edición de los materiales. ............................................................................... 78
Figura 3.39 Definición de secciones. .................................................................................. 78
Figura 3.40 Creación de secciones. ..................................................................................... 79
Figura 3.41 Creación de secciones. ..................................................................................... 80
Figura 3.42 Agrietamiento de columnas. ............................................................................ 80
Figura 3.43 Definición de pisos........................................................................................... 81
Figura 3.44 Creación de pisos. ............................................................................................ 81

-xiv-
Figura 3.45 Casos de carga.................................................................................................. 82
Figura 3.46 Casos de carga para el diseño. ......................................................................... 82
Figura 3.47 Sismo excentricidad positiva en Y................................................................... 83
Figura 3.48 Sismo excentricidad negativa en Y.................................................................. 83
Figura 3.49 Sismo excentricidad positiva en X................................................................... 84
Figura 3.50 Sismo excentricidad negativa en X.................................................................. 84
Figura 3.51 Definición de combinaciones de carga. ........................................................... 85
Figura 3.52 Combinaciones de carga y envolventes. .......................................................... 85
Figura 3.53 Losas definición de cargas. .............................................................................. 86
Figura 3.54 Ingreso de cargas a losas.................................................................................. 86
Figura 3.55 Diafragmas definición...................................................................................... 87
Figura 3.56 Creación de diafragmas.................................................................................... 87
Figura 3.57 Opciones de análisis del proyecto.................................................................... 88
Figura 3.58 Determinación de modos.................................................................................. 88
Figura 3.59 Definición de espectro dinámico...................................................................... 89
Figura 3.60 Espectro dinámico NEC-14. ............................................................................ 89
Figura 3.61 Espectro dinámico en X. .................................................................................. 90
Figura 3.62 Espectro dinámico en Y. .................................................................................. 90
Figura 3.63 Definición de masas......................................................................................... 91
Figura 3.64 Ingreso de factores definición de masas........................................................... 92
Figura 4.1 Sistema de 1 grado de libertad sometido a una excitación armónica FoSen(wt).93
Figura 4.2 Comparación de los ciclos de histéresis de un LRB para un terremoto con
probabilidad de excedencia de 10% en 50 años (izquierda) y el 10% en 100 años (derecha).98
Figura 4.3 Modelo bilineal tomado de la FEMA. ............................................................... 98
Figura 4.4 Esquema del proceso de diseño ......................................................................... 99

-xv-
Figura 4.5 Modelo de la estructura convencional con la cual se pre diseña los LRB´S.. 101
Figura 4.6 Área de aportación de carga para cada viga (I) – combinación de carga
pmax.sof-etabs (D). ........................................................................................................... 102
Figura 4.7 Distribución del cortante Basal........................................................................ 106
Figura 4.8 Esquema del desplazamiento en el diseño con LRB. (Chavez, 2007)............ 110
Figura 4.9 Representación de modelo bilineal de la curva de Histéresis. ......................... 116
Figura 4.10 Aislador diseño. ............................................................................................. 124
Figura 4.11 Torsión accidental y diafragma rígidos.......................................................... 125
Figura 4.12 diafragmas rígido en desplazamiento (i); asignación de diafragma rígido por
piso en ETABS.(d) ............................................................................................................ 126
Figura 4.13 Propiedades de cortante biaxial-deformación................................................ 126
Figura 4.14Esquema de propiedades lineales (i); y propiedades no lineales (d) en el
programa ETABS. ............................................................................................................. 127
Figura 4.15 Coeficientes c y k........................................................................................... 127
Figura 4.16 Coeficiente reducido por ductilidad............................................................... 128
Figura 4.17 Asignación de propiedades del aislador......................................................... 128
Figura 4.18 Asignación de las propiedades del aislador en U2, U3.................................. 129
Figura 4.19 Creación del aislador...................................................................................... 130
Figura 4.20 aisladores creados y ubicados ........................................................................ 130
Figura 4.21Espectro elastico nec14................................................................................... 131
Figura 4.22Espectro elastico nec14 con reduccion ri....................................................... 131
Figura 4.23 Espectros de respuesta.................................................................................... 131
Figura 4.24 Run Analysis.................................................................................................. 132
Figura 4.25 desplazamientos máximos por sismo dinámico en X. ................................... 132
Figura 4.26 desplazamiento en la base aislada.................................................................. 133

-xvi-
Figura 4.27 desplazamiento máxima en el eje A´ ............................................................. 133
Figura 5.1 Momentos de sismo dinámico en el eje A´ en la estructura convencional,
periodo fundamental (0,803) ............................................................................................. 135
Figura 5.2 Momentos de sismo estático x en el eje A´ en la estructura aislada con LRB.135
Figura 5.3 Momentos de sismo dinámico en el eje 1 en la estructura convencional,...... 136
Figura 5.4 Momentos de sismo estático en el eje 1 en la estructura aislada con LRB,... 136
Figura 5.5 Cortante en el eje A’ por carga sísmica en la estructura convencional, periodo
fundamental (0,803)........................................................................................................... 137
Figura 5.6 Cortante en el eje A’ por carga sísmica estática en la estructura aislada con
LRB. .................................................................................................................................. 137
Figura 5.7 Cortante en el eje 1 por carga sísmica en la estructura convencional, periodo
fundamental (0,803)........................................................................................................... 138
Figura 5.8 Cortante en el eje 1 por carga sísmica en la estructura aislada LRB.. ........... 138
Figura 5.10 Momentos de sismo dinámico en el eje A´ en la estructura aislada con LRB,
Figura 5.11 Momentos de sismo dinámico en el eje 1 en la estructura convencional,.... 143
Figura 5.12 Momentos de sismo dinámico en el eje 1 en la estructura aislada con LRB,143
Figura 5.13 Momento en el eje A´ por carga muerta en la estructura convencional......... 144
Figura 5.14 Momentos en el eje1 en la estructura aislada LRB....................................... 144
Figura 5.15 Momento en el eje 1 por carga muerta en la estructura ................................. 145
Figura 5.16 Momento en el eje 1 por carga muerta en la estructura aislada LRB ............ 145
fundamental (0,803)........................................................................................................... 146

-xvii-
fundamental (1,293)........................................................................................................... 146
fundamental (0,803)........................................................................................................... 147
fundamental (1,293)........................................................................................................... 147
Figura 5.21 Cortante en el eje A’ por carga muerta en la estructura convencional.......... 148
Figura 5.22 Cortante en el eje 1 por carga muerta en la estructura aislada LRB ............. 148
Figura 5.23 Aislador tipo slider......................................................................................... 172
Figura 5.24 Asignación de las propiedades en el etabs del Slider ................................... 174
Figura 5.25 Asignación de las propiedades en dirección U1 ............................................ 174
Figura 5.26 Asignación de las propiedades en U2 y U3. .................................................. 174
Figura 5.27 Desplazamiento en el periodo fundamental con el sistema mixto. ................ 175
Figura 5.28 Desplazamiento en planta - Periodo de vibración.......................................... 175
Figura 5.30 Momentos de sismo dinámico en el eje 1 en la estructura convencional,
Figura 5.31 fuerza cortante de sismo dinámico en el eje A´ en la estructura convencional,
Figura 5.32 fuerza cortante de sismo dinámico en el eje 1 en la estructura convencional,
Figura 5.33 Comparación área de acero. ........................................................................... 180
Figura 5.34 Desplazamiento en X y Y. ............................................................................. 180

-1-
CAPITULO I
1. Introducción
1.1 Generalidades
Es indiscutible que una de las mayores preocupaciones mundiales en cuanto a
fenómenos naturales se trata; son los sismos, ya que son tan comunes y se ha convivido
con ellos desde siempre. Pero hay lugares en los que estos eventos naturales varían, en
cuanto a su recurrencia e intensidad o energía liberada; por lo que hay sitios dentro del
planeta que son catalogados como de alto riesgo sísmico, como es el caso del perfil
costanero sudamericano.
Así pues, con el fin de aminorar los daños producidos por estos eventos sísmicos se
han desarrollado diferentes tecnologías que han ayudado a que las estructuras tengan un
comportamiento satisfactorio ante la acción de las fuerzas que dichos eventos producen,
tanto ha sido el desarrollo a lo largo de los años que hoy no solo se considera que la
estructura no colapse sino que se requiere que hasta los elementos no estructurales tengan
daños mínimos para que la estructura siga funcional, luego de la acción sísmica.
Una de las tecnologías que en la actualidad está ampliamente desarrollada, es la de
aislación sísmica, que en países como Chile tienen su propia producción de aisladores, lo
que podría ser una ventaja económica para la industria de la construcción. En el país se
está empezando a implementar estas tecnologías en sus estructuras, por lo que este trabajo
pretende sumar y ampliar en el conocimiento de estas.
Al inicio del presente trabajo se estudiaron los conceptos, que siempre son
necesarios para irse abriendo paso en la comprensión de nuevas ideas; para el caso en
particular de la aislación basal está dentro de los primeros capítulos; posterior a esto se
diseñó la estructura de manera convencional con las consideraciones respectivas de las
normativas vigentes, tanto nacionales como internacionales, según sean los parámetros de
interés. El diseño de la estructura convencional sirvió de base para el de la estructura
aislada, mediante un análisis dinámico no lineal y cuyos resultados se procedieron a

-2-
comparar; al final también se consideró la parte económica que implica la inclusión de un
sistema de aislación basal.
1.2 Antecedentes
El interés del hombre por tener la capacidad de entender y enfrentar los sismos es
tan antiguo como los sismos mismos, con el pasar de los tiempos se desarrollaron dos
áreas: la Sismología, que se preocupa del tema desde el punto de vista de las ciencias de la
tierra; y, la Ingeniería Civil, que tiene como preocupación generar construcciones
confiables y seguras. La ingeniería sísmica emerge a principios del siglo XX como una
rama interdisciplinaria de esta última, generando un nexo entre la sismología y la
ingeniería civil, orientada primariamente a la mitigación de la amenaza sísmica, para luego
ir evolucionando en búsqueda de soluciones al problema sísmico abarcando todos los
esfuerzos prácticos para reducir e idealmente eliminar la peligrosidad sísmica. (Arriagada,
2005).
La interactividad de las placas tectónicas Nazca y Suramericana hacen que Ecuador
se convierta en zona de alto riesgo sísmico, por lo que a través de la historia este país no
ha estado exento de los movimientos que esta interactividad produce; los registros que se
tienen de dichos eventos datan con magnitudes de 8.3 en la escala de Richter ocurrido en
Riobamba en 1797 y que provocó la destrucción de la ciudad. Las provincias de
Esmeraldas, Manabí y Guayas también tienen su historia en cuanto a estos eventos y sus
magnitudes, que produjeron daños considerables; así pues, los diseños y proyectos
actualmente deben considerar alternativas en cuanto a minimizar los efectos que produce
un sismo de magnitud considerable.
1.3 Planteamiento del problema.
El Ecuador se ubica en el llamado “Cinturón de fuego del Pacífico”, calificado en
el mundo como una de las zonas de mayor peligrosidad sísmica, motivo por el cual los
proyectos actualmente deben considerar diseños estructurales que puedan responder
favorablemente ante un movimiento telúrico y que a su vez puedan brindar seguridad a sus
ocupantes. Estas estructuras deben satisfacer favorablemente ante las condiciones

-3-
presentadas por un movimiento telúrico para poder denominarlas “Estructuras Sismo-
Resistentes”, que es el producto del diseño y construcción de la misma, con una adecuada
configuración estructural que contenga elementos estructurales de dimensiones apropiadas,
materiales de proporción y resistencia suficientes para soportar la acción de fuerzas
causadas por este fenómeno natural; sin embargo, aunque se diseñe y construya una
estructura dando cumplimiento a todas las exigencias indicadas en las normas de diseño y
construcción de estructuras sismo-resistente, siempre continúa la posibilidad de que se
presenten daños a la estructura.
Los sismos son desastres naturales, cuyo carácter distintivo es que la mayoría de las
pérdidas humanas que ocurren, no son debidas a los mecanismos del terremoto mismo,
sino a fallas que ocurren en las estructuras realizadas por el hombre en obras de edificios,
represas, puentes, sistema de transporte, líneas de abastecimiento, los cuales
supuestamente fueron construidos para el confort de los seres humanos. (Aguiar, Alzaman,
Dechent y Suárez), como citó Bertero en sus apuntes sobre este tema (Bertero, 1995).
Según datos estadísticos del Instituto Nacional de estadísticas y censos (INEC), el
año 2010 refleja que un 10% de la población del país habitan en viviendas mayores a 3
plantas. Demostrando así la problemática de abordar las consideraciones de aislación
sísmica, incluyendo un comportamiento de flexibilidad en las estructuras. Actualmente
existen nuevos sistemas que ayudan a la reducción de las vibraciones producidas por los
sismos y sus repercusiones en las estructuras, como es el caso del sistema de aislación
sísmica. Las estructuras diseñadas con este sistema se fundamentan en el principio de
separar la estructura de los movimientos del suelo, mediante la inclusión en dirección
horizontal de elementos flexibles que generalmente se encuentran ubicados entre la
estructura y su fundación.
Este estudio parte del proyecto arquitectónico de un edificio de departamentos de 6
pisos, donde se diseñará estructuralmente de forma convencional y se la implementará de
aisladores de base, del tipo elastoméricos. Luego se procederá a realizar un análisis
comparativo entre la estructura con el sistema aislado y el tradicional.

-4-
1.4 Formulación del problema.
Este estudio es desarrollado para analizar los efectos que tendría la implementación
de un sistema de aislación sísmica sobre el comportamiento estructural y una estimación
global de costos, para un caso en particular: el edificio SOLEMARE. Esta edificación
destinada a departamentos, consta de seis pisos y se encuentra ubicado en la ciudad de
Salinas, Provincia de Santa Elena.
1.5 Justificación
Debido a la posición geográfica del cantón Salinas, de la Provincia de Santa Elena,
es decir de encontrarse en el perfil costero más cercano a la falla de subducción, donde hay
una interacción entre la placa Sudamericana y la placa de Nazca y que, históricamente se
han registrado 26 sismos no catastróficos de magnitudes de 5.5 a 7.8, entre el golfo de
Guayaquil y la puntilla de Santa Elena desde 1787, según datos de la “National Earthquake
Information Center” y la “CERESIS", evidencia una potencial eventualidad de liberación
de energía cercana.
La ingeniería sísmica emerge con la necesidad de buscar soluciones al problema de
estos movimientos e innovar los diseños actuales, basados en el balance entre resistencia y
capacidad de deformación de la estructura, para poder disipar la energía que genera el
sismo, con lo que la presente tesis tiene por objeto dar una alternativa de diseño y
Fuente: Bienes y raíces Ocean, 2013
Figura 1.1 Vista sector San Lorenzo

-5-
conseguir construcciones más seguras, de tal manera que el sismo afecte lo menos posible
a la estructura. La idea consiste en la inclusión de un sistema mecánico que logre absorber
parte de la energía que llega a la estructura para evitar el colapso y minimizar las pérdidas.
En Ecuador, con la construcción del puente que une los cantones de Bahía de
Caraquez con San Vicente y cuya protección sísmica se basó en la inclusión de aisladores
tipo FPS (Frictional Pendul System /Aisladores de tipo péndulo de fricción), se dio inicio a
la concepción de estructuras con sistemas de aislamiento y disipación de energía, cuya
utilización se incrementará en el futuro debido al buen comportamiento sísmico que van a
tener ante la acción de sismos severos.
Este estudio se orienta en el diseño de un edificio de 6 pisos con aislamiento en la
base y cuyo análisis implica la comparación de todos los ámbitos con relación al edificio
construido de forma tradicional y que los resultados obtenidos sirvan como alternativas de
solución en el ámbito de la sismo-resistencia para futuras edificaciones en el área de
Salinas y la provincia en general.
1.6 Objetivos.
1.6.1 Objetivo general.
 Elaborar un diseño sismo-resistente de un edificio de 6 pisos con aisladores de
base de tipo elastoméricos.
1.6.2 Objetivos específicos.
 Dar a conocer los conceptos teóricos de diseño sismo-estructural y el
comportamiento de los aisladores de base elastoméricos más viables en el país.
 Diseñar una estructura sismo resistente del edificio SOLEMARE de 6 pisos de
manera convencional (sin aisladores) de acuerdo a la norma ecuatoriana de
construcción (NEC 2014).

-6-
 Diseñar una estructura sismo resistente del edificio SOLEMARE de 6 pisos de
manera convencional (con aisladores) de acuerdo a la norma ecuatoriana de
construcción (NEC 2014), federal emergency management agency (FEMA
450) y el American concrete institute (ACI 318-14).
 Analizar los resultados obtenidos del diseño de la estructura convencional con
la estructura de aislantes sísmicos.
 Comparar el costo de la estructura diseñada de manera convencional con
aislantes sísmicos y sin aislantes sísmicos.
 Implementar como guía para futuros proyectos en el área de la provincia de
Santa Elena.
1.7 Hipótesis.
La propuesta de diseño mediante la implementación del sistema de aislación
sísmica reducirá los esfuerzos resultantes en los elementos estructurales de dicha
alternativa, en comparación con los esfuerzos obtenidos en el diseño convencional.
La implementación de aisladores de base de tipo elastoméricos deberá amortiguar y
disipar la energía al punto de reducir las vibraciones producidas por el sismo que
probablemente causará daños en la estructura.
Mediante la evaluación de los costos globales directos entre el sistema
convencional y el de aislación sísmica se determinará la competitividad de precios del
sistema de aislación sísmica.
1.8 Variables.
1.8.1 Variable independiente.
 El diseño arquitectónico.

-7-
 Normas American concrete institute (ACI318-14), federal emergency
management agency (FEMA 450) y norma ecuatoriana de construcción (NEC-
14).
 Resistencia específica a la compresión del hormigón f´c= 280 kg/cm2.
 Resistencia a la tracción del acero corrugado f´y=4200 kg/cm2.
 Espectro de respuesta.
1.8.2 Variable dependiente.
 Aisladores de base elastoméricos (LRB, SLIDER).
 Secciones transversales de elementos estructurales.
1.9 Metodología.
La metodología aplicada en este estudio será de tipo analítica, deductiva e
inductiva, descriptiva, comparativa y evaluativa de un edificio de departamentos de seis
pisos que será estudiado con y sin aisladores de base, en la cual se podrá apreciar la
bondad que refleja el uso de aisladores de base elastoméricos en la construcción.
Los diseños se apoyarán en las normas y reglamentos de construcción que rigen
actualmente el país como son: la norma ecuatoriana de construcción (NEC 2014); y,
normas internacionales aplicables para el objeto de estudio como la federal emergency
management agency (FEMA 450) y el American concrete institute (ACI 318-14).
Este estudio contempla la consulta y sugestión de expertos en el tema,
instrumentado en libros, manuales, consultas técnicas de investigaciones similares, normas
sísmicas aplicables e internet; además, con el propósito de determinar de una manera
precisa los esfuerzos presentes en los elementos de la estructura se realizará un modelo
matemático con ayuda de un software de análisis y diseño estructural como el ETABS,
dicho modelo matemático será introducido en el software para su posterior interpretación
de resultados. Adicionalmente con ayuda del software AUTOCAD se realizarán los planos
estructurales de una planta tipo.

-8-
CAPITULO II
2 Fundamentos de la aislación sísmica.
2.1 Aislamiento sísmico.
El aislamiento sísmico es una de las alternativas que se está proyectando con fuerza
en el Ecuador, para el control estructural de las edificaciones futuras, respecto al diseño
tradicional y cuya base se explicó en el capítulo anterior. Entonces, considerando que es
una de las alternativas que tiene gran aceptación entre los diseñadores, es importante tener
claro los conceptos que implican la utilización de estos sistemas avanzados de ingeniería
sísmica; razón por la cual el primer concepto a determinar es el aislamiento sísmico,
definido como la técnica o conjunto de técnicas de control empleados en los sistemas de
aislación clasificados en activos, pasivos y la combinación de estas.
Actualmente la tecnología de aislamiento es ampliamente usada en estructuras
civiles, sus resultados, por demás satisfactorios, han logrado ser comprobados tanto en
eventos reales como experimentales. Básicamente, el aislamiento sísmico es una técnica
que consiste en desacoplar una estructura del suelo, colocando un mecanismo entre la
cimentación de la estructura y el suelo. Este dispositivo es muy flexible en la dirección
horizontal; pero, sumamente rígido en la dirección vertical. (Meza y Sánchez, 2010)
El objetivo del dispositivo es que los desplazamientos producidos por el sismo sean
controlados, y poder hacer uso de recursos como modificar propiedades dinámicas de la
edificación con lo que se lograría evitar que la estructura entre en resonancia.
En la figura 2.1 se muestra una clasificación de sistemas de control estructural de
respuesta sísmica y, algunos de los dispositivos empleados en dichos sistemas.

-9-
Fuente: (Mesa, 2005)
ClasificacióndeSistemasde
ControldeRespuestaSismica
Control
Pasivo
Aislante de la Base
Mecanismos Deslizantes o por
rodamiento: Rodamiento de bolas y placas
deslizantes.
Elementos Flexibles: elementos
elastomericos multicapa, pilotes flexibles.
Disipación de
Energia
Por histeresis: Elementos de plomo o
acero
Por fricción
Con fluidos: Disipación viscosa o
hidraulica
Disipación viscoelastica
Masas Adicionales
Masa y rigidez
Tipo pendulo
Vibracion de liquido
Control
Semiactivo
Control del
Amortiguamiento
Control de la
rigidez
Control Activo
Control de masa
adicional
Control mediante
fuerza exterior
Control Hibrido
HMD (Hibrid Mass Damper)
Aislamiento de la base
con control activo
Figura 2.1 Esquema de la clasificación de sistemas de control de respuesta sísmica.

-10-
Con el fin de lograr un mayor entendimiento en cuanto a estas clasificaciones
mostradas en la fig. 2.1 a continuación se explicarán los conceptos respectivos que en un
estudio realizado en Sevilla-España se definieron de la siguiente manera:
2.1.1 Sistemas de control pasivo.
En los sistemas de control pasivo sus componentes poseen carácter reactivo, esto
limita el control en la respuesta de dichos componentes por lo que hace que dependa de las
condiciones de trabajo en que se localicen. Estos sistemas tienen la característica de
intervenir de tal manera que alteran las propiedades dinámicas de la estructura. Este
sistema de control pasivo cuenta entre sus ventajas, la competitividad económica y la
robustez de su comportamiento.
Dentro de los sistemas de control pasivo tenemos la siguiente clasificación:
a. Sistemas pasivos con aislamiento de base.
b. Sistemas pasivos con disipadores de energía.
c. Sistemas inerciales acoplados.
2.1.1.1 Sistema pasivo con aislamiento de la base.
La base fundamental y principal de este sistema es el de desacoplar la estructura
del movimiento del suelo que se consigue a través de dispositivos flexibles a los
movimientos horizontales y rígidos al desplazamiento vertical, situados generalmente entre
los cimientos y la superestructura.
En la figura 2.2 se puede apreciar un aislador de base donde se indica ciertas
características de las que está compuesto este elemento; la figura muestra que contiene
capas alternativas de neopreno y acero, unidas con un cilindro de plomo insertado en el
agujero central. Las capas de neopreno permiten que el elemento aislante se mueva
fácilmente en las direcciones horizontales, actuando a la vez como elementos tipo muelle,
asegurando que la estructura vuelve a su posición original después de que la carga haya
cesado. La unión entre las capas de neopreno y las capas de acero, hace que el elemento

-11-
sea muy rígido en la dirección vertical, consiguiendo que la estructura no sufra
movimientos en esta dirección debido a cargas de uso cotidiano. El elemento contiene dos
capas gruesas de acero en sus extremos, de forma que el aislante queda unido sólidamente
a la estructura arriba y a la cimentación abajo. El núcleo central de plomo impide
movimientos laterales bajo cargas de viento y otras cargas de tipo no sísmico.
Durante la acción sísmica, este núcleo central es empujado por las capas de acero y
neopreno, absorbiendo una porción de la energía del terremoto.
Figura 2.2 Esquema de un aislador sísmico.
Figura 2.3 Esquema del montaje de un aislador sísmico.
Otro aislador de base cuya característica principal es la fricción; que consiste en
hacer limitar la fuerza máxima que se transmite a la estructura mediante un coeficiente de
fricción y que además posee una ventaja en cuanto a su coste y no tener prácticamente
limitación de carga vertical que se puede transmitir.

-12-
2.1.1.2 Sistemas pasivos con disipadores de energía.
La principal característica que poseen estos sistemas y sus dispositivos que las
componen, es la de absorber la mayoría de la energía sísmica; logrando así, que los
elementos estructurales no sean afectados mediante la disipación de esta energía a través
de sus deformaciones inelásticas. Los dispositivos disipadores de energía pueden ser
clasificados de acuerdo a su comportamiento como histeréticos o viscoelásticos:
Los dispositivos histeréticos se basan en la plastificación de metales por flexión,
torsión, cortante o extrusión y la fricción entre superficies. Son dispositivos que dependen
básicamente del desplazamiento.
Los disipadores viscoelásticos pueden basarse en sólidos viscoelásticos, fluidos
conducidos a través de orificios y fluidos de este tipo. Su comportamiento depende
fundamentalmente de la velocidad.
2.1.1.3 Sistemas inerciales acoplados.
El control pasivo mediante sistemas inerciales acoplados o “Tuned Mass Damper”
(TMD), consta de los siguientes elementos: Un oscilador de un grado de libertad, un
mecanismo de muelle, y un mecanismo de amortiguamiento. Normalmente se instalan en
la parte superior de las estructuras. La masa y la rigidez del muelle se determinan de forma
que la frecuencia de oscilación sea la misma que la frecuencia fundamental de la
estructura.
Este sistema, se ha demostrado, es efectivo para reducir la vibración del viento y
también para resistir las fuerzas sísmicas. La mayor desventaja de este dispositivo es que
requiere una gran masa y espacio para su instalación. Otra desventaja es que su efectividad
se reduce a una banda estrecha de frecuencias cercanas al periodo fundamental del
edificio.

-13-
2.1.2 Sistemas de control activo.
Los sistemas de control activo constan de los siguientes elementos:
1. Unos sensores que generalmente se sitúan en la estructura con el fin de medir
las variables correspondientes a la excitación externa.
2. Controladores que se basan en las medidas que los sensores brinden y que a
través de un algoritmo se calculen la fuerza a aplicar por los actuadores y así
contrarrestar los esfuerzos sísmicos.
A continuación se muestran las ventajas y los inconvenientes que los sistemas
activos presentan:
Ventajas:
 Mayor efectividad en el control de la respuesta.
 Menor efectividad a la sensibilidad de las condiciones locales del suelo y a las
características del terremoto.
 Aplicación ante solicitaciones diversas, también se pueden usar para el control
ante vientos fuertes y otras cargas dinámicas.
 Permite seleccionar objetivos de control, lo cual permite enfatizar por ejemplo
el confort humano.
Inconvenientes:
 Elevado coste de mantenimiento.
 Dependencia respecto a fuentes de alimentación externa.
 La respuesta dinámica de una estructura con muchos grados de libertad y un
posible comportamiento no lineal resulta imprevisible y su control plantea un
problema dinámico complejo.

-14-
2.1.3 Sistemas de control hibrido.
La combinación de sistemas activos y pasivos dan como resultado un sistema de
control híbrido, debido a que el control se consigue a partir de la actuación de un
dispositivo pasivo, los sistemas híbridos suponen mejoras respecto a los activos:
 En caso de fallo del componente activo, aunque de forma menos efectiva, el
sistema pasivo sigue ejerciendo funciones de control.
 Los requerimientos energéticos son inferiores.
Dos de los mecanismos de control híbrido que han concitado mayor interés son el
HMD (Hibrid Mass Damper), y el aislamiento de la base con control activo del
desplazamiento.
El HMD dispone de una masa oscilante pasiva que por sí misma reduce la
respuesta del edificio (TMD), y un actuador activo, el cual mejora la eficiencia del sistema
frente a cambios dinámicos de la estructura.
2.1.4 Sistemas de control semiactivo.
Los sistemas semiactivos se diferencian de los sistemas de control activo en que el
control estructural se consigue a partir de dispositivos de carácter reactivo, cuyas
características mecánicas (rigidez y amortiguamiento), son controlables, lo cual permite
modificar las propiedades dinámicas de la estructura con costes energéticos muy
reducidos.
Algunas de las técnicas de control empleadas en los sistemas semiactivos son:
 Fricción variable
 Movimiento de masa de líquido en el interior de tanques (Tuned Liquid
Column Dampers).

-15-
Fuente: (Meza y Sanchez, 2010)
 Incorporación de dispositivos hidráulicos u oleodinámicos de rigidez o
amortiguamiento variable.
 Amortiguadores con fluidos de viscosidad controlable a partir de campos
eléctricos o magnéticos. (Mesa, 2005, págs. 43 - 47)
2.2 Amortiguamiento en los sistemas aislados.
Existen varias maneras con las que se puede obtener el amortiguamiento en los
sistemas aislados, dos ejemplos claros de estos sistemas son el amortiguamiento viscoso y
el amortiguamiento histeréticos que le brindarían a la estructura dos posibilidades para
disipar la energía que entrega un sismo. (Proaño, 2012)
Meza y Sánchez, (2010), mencionan que el aumento del amortiguamiento en los
sistemas aislados disminuyen las fuerzas laterales y que a su vez trae beneficios propios ya
que sin incurrir en el incremento del periodo se reducirían los desplazamientos necesarios
para obtener dichas fuerzas.
Las figuras 2.4 y 2.5 representan estos fenómenos.
Figura 2.4 Reducción del cortante debido al amortiguamiento.

-16-
Figura 2.5 Reducción de desplazamiento para un aumento de amortiguamiento.
2.3 Componentes básicos de todo sistema de aislamiento.
La ingeniería preocupada por proveer a la ciudadanía estructuras confortables y
seguras, como en anteriores ocasiones se hizo mención, y esa capacidad del hombre por
sobreponerse a las adversidades y desgracias, que produjeron los sismos a lo largo del
tiempo, nació ese interés por innovar la forma en que las construcciones eran y son
concebidas por lo que en los últimos tiempos se han creado varios sistemas que ayudan a
minimizar los daños producidos por un sismo y, en este caso, el de los sistemas de
aislamiento del que es interés este documento y cuyos conceptos son ampliados en las
siguientes secciones.
En los sistemas de aislamiento existen diferentes dispositivos que varían de
acuerdo a las técnicas y materiales empleados; en la fig. 2.6 se muestra una representación
típica de los componentes utilizados para una estructura aislada y su distribución dentro
del sistema. (Meza y Sánchez, 2010)

-17-
Figura 2.6 Esquema de los componentes de un sistema de aislamiento.
Además, para ayudar a una mayor comprensión definen conceptos de los tres
componentes mostrados en la fig. 2.6 que son (Meza y Sánchez, 2010):
1. Unidad de aislamiento: Es un elemento estructural muy flexible en la dirección
horizontal y sumamente rígido en la dirección vertical que permite grandes
deformaciones.
2. Interfaz de aislamiento: Es el límite imaginario que existe entre la parte
superior de la estructura, la cual está aislada, y la inferior que se mueve
rígidamente en el terreno.
3. Sistema de aislamiento: Es el conjunto de sistemas estructurales que incluye a:
todas las unidades de aislamiento, disipadores de energía y sistemas de
restricción de desplazamientos.
2.4 Tipos de aisladores sísmicos.
Aisladores sísmicos existen en diversos tipos cuyas características varían de
acuerdo a su mecanismo de acción, materiales de los que están compuestos, costos y la
conveniencia de uso. Lo común en todos ellos es el fin, que consiste en desacoplar la
estructura de los movimientos originados por el sismo. (Arriagada, 2005, pág. 13)

-18-
Fuente: (Arriagada, 2005)
A continuación se mostrarán algunos de los aisladores que han sido utilizados
dentro de la ingeniería sísmica.
2.4.1 Aisladores elastoméricos de bajo amortiguamiento (LDR).
Arriagada ( 2005), menciona en su investigación que este tipo de aisladores son
apoyos elastoméricos laminados en el que existe un intercalado de láminas de goma con
delgadas placas de acero unidas en un proceso de vulcanización, también menciona que
dichas láminas ayudan a contrarrestar las expansiones laterales de la goma y que proveen
de alta rigidez vertical; esta rigidez no es tanto en la dirección horizontal ya que es
controlada solo por el bajo módulo de corte al esfuerzo de la goma y posee un punto bajo
de amortiguación.
En la fig. 2.7 se muestra un aislador con las características mencionadas
anteriormente:
Figura 2.7 Esquema de aislador de bajo amortiguamiento. (LDR)
2.4.2 Aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDR).
Este tipo de aislador no difiere en lo absoluto en cuanto a la colocación de las
láminas de goma y las placas de acero, tal como se mencionó en la sección anterior, la
diferencia radica en que a la goma utilizada en este tipo de aislador se le agregan
sustancias químicas, con el fin de proporcionarle una característica natural de alto
amortiguamiento, además de la flexibilidad y rigidez con la que cuentan los elastómeros
comunes. (Arriagada, 2005)

-19-
Estos elementos tienen una aplicación importante en algunos países donde la
ingeniería sísmica está mucho mejor concebida como lo son: Nueva Zelanda, Estados
Unidos, Japón y otros. En la fig. 2.8 se muestran los aisladores utilizados en el sistema de
aislación sísmica diseñado para el edificio Magnus II en Chile.
Figura 2.8 Ejemplo de aislador de alto amortiguamiento.1
2.4.3 Aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB).
Con el propósito de orientar el presente estudio, sobre qué tipo de aislador es el que
se incluirá en el diseño estructural con aislación sísmica se hace hincapié en el dispositivo
escogido para el análisis comparativo del que es objeto este estudio.
Este aislador tiene una característica especial además de aquellas mencionadas en
los anteriores aisladores, que es la de poseer uno o varios núcleos de plomo que le dan al
dispositivo un comportamiento bilineal como se puede apreciar en la fig. 2.9. De su parte
(Proaño, 2012) establece que la rigidez inicial y el amortiguamiento efectivo del aislador
dependen del desplazamiento.
1
Diseño del sistema de aislación de protección sísmica para Edificio Magnus II.
http://sirve.cl/archivos/proyectos/diseno-de-sistema-de-proteccion-sismica-edificio-magnus-ii (último acceso
: 04 de marzo de 2015)

-20-
Figura 2.9 Aislador elastomérico con núcleo de plomo (HDR)
2.4.4 Otros tipos de aisladores.
Ruvalcaba indicó que debido a que el desarrollo de estos dispositivos ha abarcado
prácticamente casi todos los efectos que pueden afectar una estructura, las nuevas
tendencias sobre estos dispositivos establecen que el desarrollo de ellos, se dirige en la
combinación de algunos de los sistemas de control de respuesta sísmica (Ruvalcaba,
2005). Sin embargo, este trabajo no incluye el estudio de la combinación de diferentes
sistemas de control y sus respectivas respuestas estructurales, pero sí era importante
mencionar las alternativas que se están presentando en cuanto a la resolución de problemas
que implica un peligro sísmico.
Otro de los dispositivos empleados en la aislación sísmica es el Aislador de
Péndulo Friccional (FPS), que como menciona en su estudio Arriagada (2005), es un
dispositivo que consigue el efecto de aislación a través de un mecanismo deslizante unido
a un efecto pendular.
En la fig. 2.10 se muestra un ejemplo de este dispositivo FPS que consiste en un
aislador articulado (Slider), unas placas de conexión que tienen la característica de ser
cóncavas y de acero inoxidable.

-21-
Figura 2.10 Aislador péndulo de fricción.
2.5 Influencia del tipo de suelo y altura del edificio en la efectividad del aislamiento
sísmico.
En esta parte se explicará brevemente dos de los factores que influyen en la
efectividad del sistema de aislamiento, ya que dicha efectividad comprende un conjunto de
configuraciones estructurales y de limitaciones que tendría la estructura para que el
sistema proporcione los mejores resultados.
En vista que este trabajo se enfoca principalmente en el diseño estructural, y de lo
extenso que podría volverse el estudio si se analizara de manera profunda la respuesta que
tendría la estructura con los diferentes tipos de suelos que comprenden el Ecuador ante
posibles eventos sísmicos, igual es importante el conocimiento de aquellas restricciones
que presentan los tipos de suelos en la utilización de los sistemas de aislación sísmica, y
más específicamente la provincia de Santa Elena que es donde está ubicado el edificio,
objeto del análisis en este trabajo.
Los suelos blandos o con poca resistencia a los esfuerzos laterales son aquellos
tipos en que no son recomendables la implementación de aisladores sísmicos, ya que sus
“características pueden filtrar las altas frecuencias generadas por el sismo y generar
frecuencias que produzcan periodos largos, como sucedió en la ciudad de México en
1985” (Meza y Sánchez, 2010).

-22-
Meza y Sánchez, en su trabajo, señalan que las estructuras que obtienen un mayor
beneficio en la implementación de sistemas aislados son aquellas que son muy rígidas y no
muy altas, es por esto que las estructuras en el sismo de la ciudad de México, en 1985,
sufrieron daños severos y colapsó en algunos casos. Los autores del estudio mencionan
que las edificaciones de más de 15 niveles resultaron ser las más afectadas mientras que
aquellas antiguas construcciones, como iglesias y algunas de la época colonial, sufrieron
daños menores, explican que “se debió a que el periodo largo del suelo amplificó de
manera indeseable los desplazamientos de las estructuras ya flexibles”.
Para tener una mayor apreciación de lo antes mencionado, en la fig. 2.11, la gráfica
lo muestra claramente, se puede apreciar la respuesta del suelo en una estructura con
aislamiento donde en el caso del suelo suave (línea roja), la estructura estaría expuesta a
fuerzas cortantes mayores que en un suelo firme (línea azul).
Figura 2.11 Respuesta de estructura aislada en suelos diferentes.
2.6 Algunos edificios construidos con aisladores sísmicos.
En esta sección se mostrarán imágenes en las que se muestran algunas
edificaciones en las que se han aplicado la aislación sísmica y en qué países se
construyeron dichas edificaciones, para tener una idea de cómo la utilización de los
sistemas de aislación están siendo concebidas desde hace unos años atrás, y que en el

-23-
Fuente: (Peña, 2007)
Ecuador comienza a vérselo como una de las posibilidades más factibles para brindarle a la
ciudadanía estructuras seguras y confortables, inclusive luego del sismo que es el objetivo
principal de estos sistemas.
Al mismo tiempo, es necesario que se fomente la creación de industrias dedicadas
al estudio y fabricación de los diferentes dispositivos, necesarios para la implementación
masiva de estos en las estructuras ecuatorianas.
ESTADOS UNIDOS
Figura 2.12 Foothill Communties Law Justice Center primer edificio que utilizo sistemas de
aislamiento sísmico (elastomérico de alto amortiguamiento).
Figura 2.13 Fire Department Command and Control Facility.

-24-
Figura 2.14 University of Southern California University Hospital.
ITALIA
Edificios donde se utilizó aisladores de alto amortiguamiento:
Figura 2.15 Centro Regional de telecomunicaciones en Ancona 1992.

-25-
Figura 2.16 Centro Medico de la Marina.
Figura 2.17 Edificio de Apartamentos de la Marina

-26-
COREA DEL NORTE
Figura 2.18 Aislador con núcleo de plomo soportando tanque de GLN.
Figura 2.19 Vista del tanque de almacenamiento de GLN con aisladores de núcleo de plomo.

-27-
JAPÓN.
Figura 2.20 Tohoku Power Electric Company, Japón
CHILE
Figura 2.22 Edificio comunidad de
Andalucía.
Figura 2.21 Aislador sísmico edificio Andalucía.

-28-
Figura 2.23 Construcción del Edificio San Agustín de la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Católica.
ECUADOR
En Ecuador, actualmente, existen dos estructuras construidas que incluye un
sistema de aislamiento sísmico y un proyecto en construcción, con lo que está visto que el
conocimiento, en cuanto a la implementación de elementos que ayuden a contrarrestar los
efectos que pudiese ocasionar un sismo, están presentes. Un ejemplo preciso es el puente
de más de 2 km de longitud que une Bahía de Caraquez con San Vicente, que cuenta con
un sistema de aisladores triple péndulo de fricción (FPS); la otra estructura en el que se
consideró un sistema de asilamiento es el edificio de la UNASUR, ubicado en la mitad del
mundo, en la parroquia San Antonio, del Distrito Metropolitano de Quito y cuya estructura
posee volados de 38 y 50 m de longitud por lo que fue necesario considerar aisladores tipo
FPS que ayuden a mitigar las vibraciones generadas por actividades humanas en los pisos
de oficinas.

-29-
Fuente: (Aguiar R. F., 2012)
Figura 2.24 Ubicación de aisladores en Puente de Bahía - San Vicente
Figura 2.25 Edificio de la UNASUR.

-30-
CAPITULO III
3 Análisis y diseño de la estructura convencional.
3.1 Antecedentes y conceptos básicos de sísmica.
Considerando que existen registros de acontecimientos sísmicos, desde hace más
de 3000 años; en países como China y Japón desde el 416 D.C.; y, en la Biblia que
menciona experiencias como la de Moisés en Sinaí; o la destrucción de Sodoma y
Gomorra, hasta citar en la actualidad el sismo de Chile que fue uno de los de mayor
registro y considerado como uno de los 10 más fuertes de la historia (8,8 magnitud),
según Kanamori en mayo 2010, alcanzando pérdidas de 30 mil millones de dólares.
El tema de sismicidad es un tema muy amplio, como objeto de investigación de los
geólogos que estudian las causas y las condiciones perceptibles a los sentidos humanos y a
los físicos el estudio de la propagación y la mecánica de las vibraciones. A lo largo de la
historia, la acumulación de datos por sismólogos ayudan a que casi todos llegan a un
conceso de las causas de los terremotos.
Desde los principios del siglo XX se instalaron bastantes sismógrafos, volviendo
popular la relación entre las fallas tectónicas y movimientos telúricos propuestos por
EDUARD SUESS, en 1875; después seguida por Sieberg que sirvió para que Reid,
apoyándose con el sismo de San francisco en 1906, desarrollara la mecánica sísmica,
fenómeno del rebote elástico (relación de los esfuerzos con deformaciones), que son
característicos en los sismos con deformaciones en la superficie terrestre.
Estas relaciones de hook y no lineales se utilizan para estudiar los sismos, ya que
estos se transmiten por medio de materiales, como las rocas, las cuales es posible conocer
sus propiedades físicas: módulo de YOUNG (elasticidad), módulo de CORTE (cizalla).

-31-
Fuente: (GOOGLE)
Figura 3.1 Tipos de deformaciones causados por sísmico.
3.1.1 Regiones sísmicas.
El conde francés Montessus de Ballore hizo una interesante constatación,
respaldada por una minuciosa estadística, que las regiones de mayor inclinación promedio
son también las de mayor sismicidad; es decir, en donde a un lado de las altas cordilleras
contorsionadas y fracturadas corren profundos abismos oceánicos y que son inmunes a los
terremotos las grandes llanuras constituidas por sedimentaciones antiguos, como Rusia y
Canadá
Otra constatación del conde francés Montessus de Ballore fue conseguida del
estudio de 170000 sismos, que determinaron las regiones sísmicas, están dispuestas sobre
dos círculos máximos de la esfera terrestre.
El “circulo Mediterraneo” constituido por mar Mediterráneo, Cáucaso, Himalaya,
Indochina, Indias orientales Holandesas, Nueva Guinea, Nueva Zelanda, Panamá, y
Azores, con un 55% del total de los sismos. Y el otro llamado circulo “Circum-Pacific”,
rodea este océano comprendiendo las costas occidentales del continente americano y el
Japón, con un 41% del total de los terremotos.

-32-
Fuente: (GOOGLE)
Viendo de esta manera que estas son regiones muy accidentadas y muy volcánicas.
(Ruffilli, 2011).
Figura 3.2 Placas tectónicas y registros entre 1978-1987.
3.1.2 Tectónica de placas.
Mucho se ha escrito sobre esta teoría, pero se puede mencionar que se considera
que la corteza terrestre está formada por varias placas, las cuales están unidas como un
rompecabezas y flotan sobre un material viscoso en movimiento (magma).
Los tipos de Movimientos que se han identificado presenta la corteza son:
 Friccionante.
 Divergente.
 Convergente.

-33-
Fuente: (GOOGLE)
Figura 3.3 Dirección del desplazamiento de las placas tectónicas.
3.1.3 Causas de los sismos.
Varios fenómenos son los causantes de los sismos que se clasifican en:
3.1.3.1 Terremotos volcánicos.
Son producidas por actividad eruptiva de volcanes, las explosiones y la producción
de vapor de agua, que producen grandes presiones, pueden provocar fuertes choques y
todo esto produce ondas sísmicas. (Casi siempre la tierra tiembla después de una
erupción).
3.1.3.2 Terremoto tectónico-volcánico.
Son causados por la misma actividad volcánica pero no vinculado con la erupción,
estos pueden producirse en cualquier momento (terremoto por hundimiento).

-34-
3.1.3.3 Terremotos tectónicos.
Son los que revelan las fuerzas orogénicas y son determinados asentamientos y
cambios en la arquitectura de la costra terrestre, la gran mayoría de los terremotos tiene
origen tectónico, sucedidos durante millones de siglos, en los cuales se han formado las
rocas sedimentarias y se han producido movimientos geomorfológicos, de tal forma que la
costra terrestre se puede describir como un inmenso mosaico de dovelas gigantes asentadas
sobre un lecho de rocas cristalinas.
Las grandes fracturas no siempre han tenido tiempo de soldarse y cementarse con
material clástico o plutónicos, y en ellas pueden actuar los elementos que modifican
lentamente las superficies de las dovelas, minan su equilibrio acumulando poco a poco las
tensiones, que un día se descargarán generando deslizamientos o hundimientos en busca de
nuevas posiciones de equilibrio.
Los terremotos de falla tienen este origen y, los choques y el rozamiento entre
dovelas en movimiento causan las vibraciones sísmicas.
También la fractura de grandes formaciones de rocas sedimentarias producidas por
la acción del peso de los paquetes estratigráficos y la lenta modificación de sus
condiciones de equilibrio, pueden producir sismos que se han llamado terremotos por
plegamiento.
3.1.4 Tasas de recurrencia.
Las magnitudes y el periodo de recurrencia de terremotos grandes están
relacionados con la velocidad media con la que se mueve la falla. Las fallas que tienen una
alta tasa de desplazamiento, por ejemplo del orden de 10 mm/año, acumulan gran cantidad
de energía elástica en tiempos pequeños, por lo que el ciclo sísmico es corto. Esto da a
lugar a terremotos de magnitud alta, de 6 o 7 con periodos de recurrencia relativamente
cortos, del orden de 200 años. Por el contrario, las fallas lentas, con velocidades de 0,1 a
0,01 mm/año, producen terremotos de las mismas magnitudes en periodos de tiempo

-35-
mucho mayores, del orden de los 45000 a 500000 años (González, Ferrer, Ortuña y Oteo,
2004).
3.1.5 Ondas sísmicas.
Figura 3.4 Grafica de energía liberada en ondas sísmicas.
Fuente: (GOOGLE)
La energía liberada por una falla, como ondas sísmicas, representa un porcentaje
bajo, alrededor del 1% a 10 %, de la energía implicada en la rotura, en la deformación del
material de falla y en la generación del desplazamiento durante el proceso de
deslizamiento; las rocas de la tierra tienen propiedades elásticas y propiedades plásticas
por lo tanto disipan y producen energía.
Cuando sucede un temblor producto de un movimiento de placas tectónicas, que
produce vibraciones que se propagan a través de las diferentes capas de la tierra, desde el
hipocentro (zona 0), donde se produce el choque que causa el temblor, y desde el
epicentro, punto (o) situado verticalmente sobre el hipocentro, a la superficie de la tierra,
por medio de ondas. Desde el hipocentro irradian en línea recta dos tipos de ondas
(longitudinales y transversales), que llegan muchas veces a todos los puntos de la
superficie.

-36-
Figura 3.5 Tipos de ondas. `
Fuente: (Aguiar, Alzaman, Dechent y Suárez, 2008)
3.1.5.1 Ondas P (PUSH).
Consiste en un movimiento longitudinal que provoca dilatación y compresión en el
sentido en que viaja. Se transmiten a través del granito y materiales líquidos, como el
magma volcánico o el agua de los océanos; su naturaleza es semejante a la del sonido y
esto hace que cuando lleguen a la superficie de la tierra una parte se transmiten a la
atmósfera, como onda sonora que pueden ser audibles a personas y a los animales, cuando
su frecuencia está dentro del rango del oído, el cual es mayor a 15 ciclos/s. La onda
primaria (P o push) es la onda más rápida, viaja a más de 5 km/s en las rocas graníticas,
cerca de la superficie, y alcanza más de 11 km/s en rocas profundas (en el agua viaja a 1.5
km/s), por lo que también se le llama ondas primera.
3.1.5.2 Ondas s (SHEAR).
Son ondas de corte o cizalla. Esta onda viaja con más lentitud (por llegar en
segundo lugar se le llama también secundaria); cuando viaja se deforma transversalmente
en la roca por lo que no puede viajar a través de líquidos, por lo tanto no viaja por los
océanos. Primero llega la onda p y luego la onda s. Sus movimientos que son
transversales, sacuden la superficie del suelo de arriba a abajo y es la principal responsable
de daños estructurales.

-37-
En una gran cantidad de rocas la velocidad de las ondas s es igual a la velocidad de
ondas p dividida en 1732. Generalmente la onda s tiene más amplitud que la onda p, y por
lo tanto se siente más fuerte que esta; la velocidad de las ondas s del granito es de 3 km/s.
Figura 3.6 Forma en que viajan las ondas longitudinales y transversales.
Fuente: (Chavez, 2007)
Generalmente se admite que la ley de todas estas ondas sea la sinusoidal, aun
cuando el fenómeno sea mucho más complejo. Efectivamente, esta ley sería aplicable tan
solo a las rocas, para las cuales es aplicable la ley de hooke, pero para las rocas plásticas el
movimiento es bastante distinto, y en la práctica es imposible de determinar su ecuación.
Además, la falta de homogeneidad de la costra terrestre y la llegada de ondas refractadas,
reflejadas o que irradian de focos secundarios, o que lleguen después de haber dado la
vuelta al globo, complican extraordinariamente el problema.
Sin embargo, parece suficiente para las aplicaciones practicadas, suponer que el
movimiento de las partículas sea un movimiento sinusoidal, es decir, armónico simple.
(Ruffilli, 2011)

-38-
3.1.6 Movimiento armónico simple
Basándose en la segunda Ley de Newton se puede decir que cualquier masa
sometida a un movimiento armónico simple también está sometida a Energía Mecánica ya
que para estirar o comprimir un resorte se almacena energía potencial.
Cualquier sistema vibratorio, cuya fuerza de restauración sea directamente
proporcional al inverso del desplazamiento F=-Kx, se dice que tiene un M.A.S; a este
sistema se la llama generalmente OSCILADOR ARMÓNICO SIMPLE, pues la mayoría
de los materiales sólidos se estiran o comprimen (Giancoli, 1997)
Está demostrado que una masa en vibración se puede relacionar matemáticamente:
F = ma = −Kx Entonces a = −
k
m
x, donde x = Acos wt, w=2Πf.
Figura 3.7 Relación de un sistema mecánico (una masa en un resorte con movimiento
periódico) con la onda sinusoidal no amortiguada que la misma produce.
Fuente: (Macías&Suárez, 2015)

-39-
Figura 3.8 Partes de una onda.
En la figura 3.8 se aprecian las partes de una onda de amplitud y frecuencia
simétrica.
Figura 3.9 Tipos de frecuencia de una onda.
En la figura 3.9 se aprecia una onda de diferentes frecuencias en un periodo de
tiempo.

-40-
Conclusiones a los antes citados:
Tabla 3.1: Ecuaciones principales del movimiento armónico simple.
𝐹𝑥 = −𝑘𝑥
K es una constante
X Elongación
M= Masa,
W=Frecuencia Angular.
W=K/m
W Frecuencia Angular mov.
X Elongación
A Amplitud
t Tiempo
Φ Fase Inicial del estado de
Oscilación(VIBRACION)
CUANDO t=0
SOLUCIÓN DE LA EC.
DIFERENCIAL
=
(cap.4)
f=frecuencia de oscilación.
T= periodo.
La Velocidad y la
aceleración se pueden
obtener >
Derivada respecto al tiempo
Velocidad en un punto durante
el movimiento armónico.
La aceleración se obtiene
derivando la velocidad
respecto al tiempo=
(A)Amplitud Y Φ Fase
Inicial se pueden calcular
a partir de la velocidad
inicial
X elongación iniciales.
El tema es bastante amplio y se deriva en otras ramas donde también se aplican las
ondas pero como conclusiones importantes en la relación sísmica M.A.S. se puede decir
que:
 Hablar de aceleraciones es complejo es más fácil hablar de desplazamientos o
velocidades.
 Medir la aceleración es medir la fuerza indirectamente.

-41-
Fuente: (Garcia, 1998)
 Cuando la masa tiene más dimensión en el Movimiento Armónico Simple la
frecuencia disminuye.
 La Amplitud de la oscilación (desplazamientos) aumenta conforme disminuye
la frecuencia.
∞ = √
𝑘
𝑚
= 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)
𝑓 =
∞
2𝜋
= 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 (ℎ𝑧 𝑜 1/𝑠)
𝑇 =
2𝜋
2∞
=
1
𝑓
= 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 (𝑠)
3.1.7 Energía transmitida por ondas.
“Las ondas transmiten energía de un lado a otro. A medida que viajan de un medio,
la energía se transmite como energía vibratoria entre las partículas del medio” (Giancoli,
1997).
La Energía de sismo, la potencia del sismo e intensidad del sismo, expresado
matemáticamente en el libro de Giancoli (1997), se muestran a continuación:
𝐸 = 2𝜋2
𝑓2
𝑥0
2
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠.
P̅ =
E
t
= 2π2
pAvf2
x0
2
𝑅𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎. (𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)
I =
P̅
t
2π2
vpf2
x0
2
Intesidad de una onda.
Intensidad de una onda es la potencia que se transfiere a través de un área unitaria
perpendicular a la dirección del flujo.

-42-
3.1.8 Medición de los terremotos
Los sismógrafos detectan y registran los movimientos en función del tiempo. Se
diseñan para registrar movimientos fuertes y registran tanto los desplazamientos como las
velocidades y aceleraciones del terreno en tres sentidos: norte-sur; este-oeste; sentido
vertical.
Figura 3.10 Sismógrafo.
Fuente: (Aguiar, Alzaman, Dechent y Suárez, 2008)
Todos los sismógrafos se marcan en términos del tiempo medido de Greenwich y
no en hora local.
Magnitud de sismo: energía liberada
Intensidad: daños que causa un sismo.
Los efectos producidos por los terremotos en las estructuras y en las personas se
miden por medio de la intensidad símica. Existen varias escalas una de ellas es:
MERCALLI de 1902, este mismo trabajo fue modificada y desarrollada por WOOD y
NEWMAN en 1931 (Aguiar R. F., 2012)
3.2 Riegos sísmicos en la provincia de Santa Elena.
El Ecuador ocupa una posición particular desde el punto de vista de la tectónica de
placas, por cuanto comprende:

-43-
Fuente: (Chunga, 2013)
 El punto caliente de las islas Galápagos.
 La adyacente dorsal oceánica o centro divergencia, que separa la placa de
Cocos y Nazca.
 La zona de subducción de la corteza oceánica.
 Una franja de deformación continental conocida como sistema mayor dextral
(SMD).
Figura 3.11 Tectónica de placas en costa de Ecuador.
En los últimos años la actividad sísmica a derivado que en la provincia de santa
Elena se realicen estudios, denotando que existen fallas que podrían generar aceleraciones
en rocas desde los 0,26 g a 0,47 g, estas fallas de profundidades entre 10 y 16 km, se
estiman que podrían llegar a magnitudes entre los 6,2 y 7,2 generalizando.
También se considera una actividad importante en el golfo de Guayaquil (Amistad
y Santa Clara), con estimación de 6,1 y 7 de magnitud como en la siguiente imagen de
registros.
Los periodos naturales del suelo varían entre 0.5 y 1 segundos por lo que se debe
tener especial cuidado en que el periodo de vibración de la estructura sea distinto al del
suelo para que así, este no entre en resonancia.

-44-
Fuente: (Chunga, 2013)
Figura 3.12 Registro de actividad sísmica.
3.2.1 Análisis de la peligrosidad sísmica para diseñar una estructura.
Es preciso considerar cuanto es lo máximo que puede soportar una edificación
durante un terremoto en un lapso de tiempo, existen 2 métodos:
Deterministas: basados en registros históricos de terremotos.
Probabilísticos: basados en periodos de recurrencia.
Si se dispone de registros de acelero gramas representativos del emplazamiento se
puede acceder a parámetros como: aceleración, velocidades, desplazamiento, periodos y
duración.
Pero estos métodos no satisfacen con todos los datos reales locales de una
determinada región como lo son: las naturalezas de suelos, topografía, niveles freáticos,

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