Suplemento Materiales y Procesos. Diseño Antisísmico 2018

SUPLEMENTO

Año VII Edición 121 Marzo 15 2018

MATERIALES Y PROCESOS

Fotografía: Grupo Prisma Ingeniería

DISEÑO ANTISÍSMICO

Impreso en el estudio gráfico de Construcción & Vivienda Comunicadores S.A.C. Distribución Gratuita

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2 / MATERIALES Y PROCESOS / Diseño Antisísmico

Japón planea tener el rascacielos de madera más alto del mundo

E

l constructor y desarrollador inmobiliario Sumitomo Forestry, especializado en la industria forestal, planea tener para las próximas décadas el ambicioso objetivo de desarrollar un torre rascacielos de madera con 350 m de altura.

El proyecto, diseñado por Nikken Sekkei, buscará combinar una proporción de 9 a 1 de madera y acero para la particular estructura solicitada por Sumitomo para celebrar el 350 aniversario de la compañía en el 2041 con una estructura que transforme a Tokio en un bosque.

La estructura de la torre de madera más alta del mundo cumplirá con los reglamentos antisísmicos para este tipo de edificios y se destinará para un hotel, oficinas, residencias y tiendas. Su costo estimado será

de unos US$ 5,900 millones. Cuando finalice, la torre de Sumitomo Forestry no solo será la más alta del mundo, sino que también superará a los rascacielos tradicionales de todo Japón.

“La madera es un excelente material por su disponibilidad, es apropiado para entornos sísmicos por su flexibilidad y en caso de un temblor, es un componente más fácil de remover que el concreto y el acero”, dijo Riccardo Tossani, del estudio de arquitectura que lleva su nombre en Tokio, especializado en diversos proyectos en Japón.

Sin embargo, el mayor desafío está en las exigentes regulaciones gubernamentales ante incendios que impuso Japón luego de la experiencia vivida durante los

bombardeos de la Segunda Guerra Mundial en Tokio. Como antecedente, el particular rascacielos de madera cuenta con el antecedente del nuevo Estadio Nacional de Tokio, cuyo diseño ideado por el arquitecto Kengo Kuma también apela al uso de la madera.

Diseño sismorresistente en nuevo hospital de Tacna

L

a nueva infraestructura del Hospital Hipólito Unanue será construido bajo los conceptos de la actual norma técnica que establece la política nacional de Hospitales Seguros, informó el director regional de Salud, Claudio Ramírez Atencio, quien sostuvo que ese mecanismo garantizará su funcionamiento durante y después de algún evento adverso que se presente en el departamento.

“El hospital es totalmente antisísmico, en su construcción tiene amortiguadores que responden a movimientos fuertes. No será un edificio rígido”, señaló el funcionario, quien confirmó la elaboración de un adecuado estudio de

calicatas para asegurar su acondicionamiento.

El expediente técnico del nuevo Hospital Hipólito Unanue contempla la incorporación de aisladores sísmicos que permiten que la edificación amortigue la energía que libera un movimiento telúrico, reduciendo el riesgo de deformación estructural. Los estabilizadores están contempladas en las construcciones modernas y se encuentran adscritas a la norma técnica de Hospitales Seguros.

La ejecución de la obra “Mejoramiento de los Servicios de Salud del Hospital Hipólito Unanue” está valorizado en S/ 279.3 millones.

“La madera es un excelente material por su disponibilidad, es apropiado para entornos sísmicos por su flexibilidad y en caso de un temblor, es un componente más fácil de remover que el concreto y el acero”

Diseño Antisísmicoi / MATERIALES Y PROCESOS / 3

Shicras: una antigua técnica de la civilización Caral que ayuda a construir viviendas antisísmicas

E

l docente del Departamento de Ingeniería e investigador de la Pontifica Universidad Católica del Perú (PUCP), ingeniero Julio Vargas Neumann, es uno de los responsables de un interesante proyecto sobre construcción de viviendas sismorresistentes al rescatar una técnica usada hace más de cinco mil años por la cultura Caral.

“Se trata del uso de las shicras, bolsas hechas con fibra vegetal que son rellenadas, generalmente, con rocas de diferentes tamaños”, informó y agregó que la durabilidad de la infraestructura de la cultura Caral tiene así una explicación.

Las propuestas de investigación del ingeniero Vargas para trabajar en Caral empezaron el 2011, pero tienen como antecedente una investigación realizada en una tesis de Arqueología en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos.

Con base en dicho documento, con apoyo del Fondo del Embajador de Estados Unidos y con la autorización de las autoridades a cargo de Caral, Vargas, acompañado de los ingenieros Carlos Iwaki y Álvaro Rubiños, procedió a evaluar la estructura de la Galería de Caral.

Tras largos estudios de campo para descubrir y explicar el porqué de la existencia y uso de las shicras, que aparecen a lo largo de 400 km de la costa centro-norte peruana, se concluyó que los habitantes de Caral - Supe elaboraron shicras para cimentar la construcción de pirámides como técnica de construcción antisísmica. Los resultados fueron reportados a la autoridad del complejo arqueológico el año 2011. Un año después se presentó un artículo en la XI Conferencia

Internacional sobre el Estudio y Conservación del Patrimonio Arquitectónico de Tierra (Lima, 2012), que destacaba el comportamiento sismorresistente de los núcleos de las pirámides de Caral.

Interés conjunto “Al trabajar en la norma de Construcción con Tierra Reforzada, publicada por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento (MVCS), se comprendió no solo la necesidad de reforzar los muros de tierra, sino de disminuir los costos de la cimentación de las construcciones actuales. Los programas de vivienda rural del Estado y su acción de

reconstrucción después de los sismos empleaban cerca de la mitad del presupuesto al hacer cimentaciones y sobrecimentaciones de cemento, arena y piedras”, destacó el especialista.

Para probar su teoría y seguir las enseñanzas de los antepasados, el ingeniero Vargas comentó que se ha realizado una alianza con el MVCS, que apuesta por mejorar la norma. Inicialmente se realizaron tres pruebas de muros y módulos de vivienda sobre la mesa vibradora con la señal grabada del sismo de Huaraz, 1970. En el último ensayo, gracias a un proceso ensayo error, se pudo observar claramente el aislamiento sísmico de la vivien-

da. Solo ocurrieron fisuras muy leves en dos de las cuatro paredes, que tenían ventanas, informó. Este proyecto está bajo su responsabilidad y un equipo de trabajo conformado por el Mg. Ing. Carlos Sosa, el Bach. Ing. José Montoya y Mauricio Ortiz.

Finalmente, indicó que se instaló un prototipo de casa sismorresistente afianzada con shicras y mallas en la localidad de Orduña, provincia de Lampa, departamento de Puno. Tras la instalación, ocurrió un sismo en Orduña que por los daños provocados, puede clasificarse como fuerte. La escala de Intensidad de Mercalli clasifica el terremoto en Orduña como de grado VIII (destructivo). ¿El resultado? “Los daños en las casas reforzadas fueron leves, fisuras o grietas finas, pequeños desprendimiento del enlucido, etc. Todos los casos son fácilmente reparables con muy bajo costo”, explicó el ingeniero Vargas.

Elaborado con información de PUCP/Dicyt (La Agencia Iberoamericana para la Difusión de la Ciencia y la Tecnología).

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Iniciativa de mexicanos extranjeros para casas antisísmicas

“

De Corazón a Corazón” es la iniciativa puesta en marcha por mexicanos prominentes en el extranjero a fin de posibilitar la construcción de casas adecuadas en México para resistir temblores y que además tengan precios accesibles.

El proyecto se inició a raíz de los temblores de septiembre del año pasado en México, pero se ha extendido a las necesidades de vivienda de inmigrantes mexicanos que regresan de Estados Unidos. “No somos cerebros fugados, sino comprometidos con México desde el extranjero“, declaró a Notimex Héctor Alejandro Cabrera Fuentes, jefe del Grupo de Investigación en Cardiología Molecular del Instituto de Bioquímica de la Universidad Justus Liebig, en la ciudad alemana de Cottbus.

La primera casa antisísmica desarrollada se entregará en Oaxaca. Se

elementos que hacen la mezcla muy fuerte. “Lo relevante es que son casas circulares y no tienen un punto de quiebre. Durante el temblor, la energía se distribuye en forma circular en los domos y no se caen”.

Los domos, que tienen forma de cúpula, pueden aguantar hasta terremotos de magnitud 9.4, dijo Cabrera Fuentes. “Son casas de techo alto como las antiguas que se usan en el istmo, de dos metros y medio de altura. Son viviendas bien estructuradas, durables a largo plazo. Cumplen con los requisitos internacionales para garantizar la larga duración”, explicó Beltrán. va a hacer un estudio del impacto social de ese tipo de construcción.

Los grupos de la Red (Capítulos) en Suiza y en Italia ya se sumaron a la iniciativa y van a enviar en marzo a urbanistas al istmo de Tehuantepec para que hagan el diseño urbanístico. La técnica para la construcción

de esas casas procede de Irán, un país altamente sísmico, pero fue perfeccionada y adaptada a las necesidades de México por un experto, Luis Daniel Beltrán, que también pertenece a la Red de Mexicanos Calificados. Se usan materiales de la región como el adobe y otros

Cabrera Fuentes le ve una gran perspectiva urbanística al proyecto. “Se le acerca gente al ingeniero porque nunca han visto una casa a base de domos que además es antisísmica.

Hay interés y aumentará cuando ya entreguemos las primeras”, estimó.

El templo de Luren será reconstruido luego de más de 10 años del terremoto en Pisco

E

l consorcio Señor de Luren, integrado por IVC Contratistas Generales y Cosapi han previsto construir una estructura antisísmica. Para ello, utilizarán un concreto tipo 280, superior al requerido.

El nuevo santuario mantendrá el mismo diseño y estilo arquitectónico que tuvo antes de su destrucción ocurrido durante el terremoto de Pisco en agosto del año 2007.

El proyecto “Recuperación de los servicios culturales y de tradición religiosa del santuario del Señor de Luren” ha previsto ampliar a los costados y la parte frontal para tener una mayor capacidad para los feligreses.

En la parte posterior del templo habrá un sótano donde se ubicará el centro de interpretación que estará abierto al público y al turismo. Además, se reconstruirán los arcos destruidos por el terremoto.

El área total del terreno es de 5,791 m2 de los cuales, 1,920 m2 será el área donde se edificará la morada del Cristo Morado. El restante será libre.

La obra costará aproximadamente S/ 32.5 millones y se ejecuta a través del mecanismo de Obras por Impuestos. Ya tiene todos los permisos. Construir la nave y la torre del templo supondrá una inversión superior a los S/ 6.1 millones, el transepto costará S/

815,517; el exterior unos S/ 2.4 millones y el entorno externo la suma de S/ 5.5 millones. La elaboración

del expediente técnico costará S/ 929,290 y la supervisión unos S/ 955,000.

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Algunos de los edificios más seguros del mundo y la verticalidad de las columnas también ayudan a soportar las cargas gravitatorias. Como resultado, Burj Khalifa es excepcionalmente rígido tanto en dirección lateral como torsional.

Pirámide de Transamerica

L

os terremotos siempre causan debates sobre las normas técnicas y diseños más si se vive en un país catalogado como altamente sísmico. En el mundo hay edificios estructuralmente resistentes que se han convertido en ejemplos de estudios en el mundo de la ingeniería.

Estadio Arena Filipina Está ubicado en la zona empresarial Bulacán, Filipinas. El Philippine Arena es el estadio cubierto más grande del mundo. Tiene capacidad para 55 mil espectadores. El techo del estadio abarca 165 m (en la parte más corta) y fue diseñado para resistir fuertes cargas transitorias como terremotos, vientos y tifones. El cuerpo estructural principal está aislado de su base y cimentación. En el medio, hay cojinetes de caucho de plomo (LRB) que conforman disposiciones flexibles de materiales con altas propiedades de disipación de energía. Esto permite que la base y el sistema de cimentación se muevan libremente con la fuerza del terremoto mientras que la es-

Construida en los años 70, la Pirámide Transamerica es el rascacielos más alto de San Francisco, California, Estados Unidos. Se encuentra cerca de las fallas de San Andrés y Hayward. En 1989, el terremoto de Loma Prieta golpeó la estructura a una magnitud de 6.9 causando que la parte principal se balanceara, casi 30 cm de lado a lado, durante más de un minuto, pero el edificio se mantuvo de pie.

La Pirámide Transamerica tiene una base de acero y hormigón de 16 m de profundidad que está diseñada para moverse libremente con cargas sísmicas. Además posee una compleja combinación de sistemas estructurales que permiten soportar los sismos.

tructura superior permanece estacionaria durante los movimientos telúricos.

Taipei 101 El Taipei 101(Taiwán) alberga el amortiguador de masa sintonizado más grande del mundo. Es una gigantesca bola de metal que contrarresta grandes cargas transitorias provocadas, por ejemplo, por el viento y los terremotos, permitiendo reducir el balanceo de la torre. El sistema posee brazos amortiguadores hidráulicos y un sistema de parachoques que funcionan de la misma manera que los amortiguadores de un automóvil. Cuando fuerzas grandes actúan sobre la torre, el sistema las amortigua, balanceándose en la dirección opuesta y equilibrando todo el edificio.

Burj Khalifa Con 828 m de altura, el Burj Khalifa (Dubái, Emiratos Árabes Unidos) es la estructura más alta de la que se tiene registro en la historia. Es antisísmico. El edificio está com-

Aeropuerto Internacional Sabiha Gökçen

Con 828 m de altura, el Burj Khalifa (Dubái, Emiratos Árabes Unidos) es la estructura más alta de la que se tiene registro en la historia.

puesto de pisos mecánicos donde las paredes de los estabilizadores conectan las columnas del perímetro con las paredes interiores.

Así las columnas perimetrales pueden contribuir a soportar la resistencia lateral de la estructura

El aeropuerto internacional de Sabiha Gökçen, en Estambul, Turquía, se encuentra cerca de la falla norte de Anatolia. Fue diseñado para tener 300 sistemas de aisladores de base que pueden soportar hasta un máximo de 8 de terremoto. Estos aisladores pueden reducir las cargas sísmicas laterales en un 80%.

Hotel Ritz-Carlton de Los Ángeles Este edificio posee muros de corte de placa de acero. Esto, según los ingenieros, hace posible recibir y disipar gran parte de la fuerza del sismo. Así, los elementos más inelásticos de la construcción se mantienen protegidos; e incluso en caso de daño mayor, pueden ser reemplazados fácilmente para restaurar por completo la integridad de la construcción.

6 / MATERIALES Y PROCESOS / Diseño Antisísmico Grupo Prisma Ingeniería

Edificios seguros con protección sísmica Construir edificios con dispositivos sísmicos es ahora requerido por algunos inversionistas al proyectar un bien inmueble, pues no solo permite poner a salvo a las personas, sino a la propia estructura y sus contenidos, tal como ha quedado demostrado en Chile, Japón, Estados Unidos y otros países de alta sismicidad.

En ese sentido el Estado peruano, consciente de los graves daños que podría causar un terremoto, ha dispuesto, desde enero del 2016, que los grandes centros hospitalarios y clínicas a construirse en zonas de considerable peligro sísmico cuenten con un sistema de aislamiento sísmico. Si por razones técnicas extremadamente infrecuentes no se puede usar estos dispositivos, se deja la posibilidad para emplear disipadores”, explicó Muñoz.

Los ingenieros Marcos Tinman y Alejandro Muñoz, directivos del Grupo Prisma Ingeniería (grupo de empresas especializadas en diseño de estructuras, consultoría en ingeniería sísmica y en supervisión de obras) e integrantes del Comité Peruano de Diseño Sismorresistente señalaron que se está desarrollando la norma peruana de aislamiento sísmico, en la cual ambos forman parte del comité técnico que la está desarrollando también.

Tinman agregó que el propósito de la norma de aislamiento, en desarrollo, es asegurar que las edificaciones aisladas se diseñen adecuadamente y que garanticen la protección de la vida (en primer lugar) y también de los contenidos, de modo de mantener la continuidad de operaciones en

el edificio construido más alto con aislamiento es un multifamiliar en San Miguel de 16 pisos”.

Entre los aisladores disponibles en el mercado, están los aisladores elastoméricos (sin núcleo de plomo, con núcleo de plomo y de alto amortiguamiento). También se encuentran los aisladores friccionales (pendulares simples, dobles y triples).

Figura “Aislador elastomérico en obra”

Figura “Aislador elastomérico en obra” edificaciones aisladas. Naturalmente, mantener un hospital en funcionamiento es fundamental para la gestión de emergencias luego de terremotos.

DISPOSITIVOS Los sistemas de protección sísmica más empleados a nivel mundial son el aislamiento sísmico y la disipación de energía.

El ingeniero Muñoz indicó que desde hace varios años, en el mundo se vienen construyendo edificios con sistemas modernos de protección sísmica con el objetivo de reducir o eliminar el daño en la estructura y sus contenidos durante un sismo severo.

“El aislamiento sísmico consiste en desacoplar la estructura del suelo, mediante dispositivos lla-

mados aisladores, para reducir la transmisión de las vibraciones del suelo al edificio. En los sistemas de disipación de energía se permite que ingrese energía sísmica al edificio y con dispositivos adecuados se disipa parte de esta energía”.

Con los sistemas de aislamiento se puede lograr reducir la demanda sísmica sobre la estructura en 80% a 90% respecto a un edificio convencional; a diferencia de los sistemas de disipación que logran reducir la entrada de energía sísmica solo en un 20% a 30%.

El ingeniero Tinman resaltó para edificaciones esbeltas, cuyo alto entre el ancho del edificio sea mayor a 3, el aislamiento sísmico empieza a perder efectividad. Allí es recomendable el uso de los disipadores. En Chile están aislando edificios de 30 pisos, y aquí

El Ingeniero Muñoz mencionó que, desde hace tres años, la competencia entre los proveedores de dispositivos se ha intensificado por la demanda hospitalaria y en la inversión pública. En ese sentido, invocó a la población no dejarse engañar por proveedores que aseguran que los dispositivos de la competencia son inseguros, ya que todos los dispositivos disponibles en el mercado pueden llegar a brindar un nivel de desempeño sísmico similar. Además, en el caso de edificaciones aisladas, la normativa internacional y la futura norma peruana, solicita que todos los aisladores a ser colocados en la obra sean probados en laboratorio antes de su envío y colocación, lo que garantiza la calidad. Lo que recomendó es que los ensayos sean llevados a cabo en laboratorios externos al proveedor.

El ingeniero Tinman agregó que el problema de la seguridad en edificaciones con protección sísmica no recae en los proveedores. Es el ingeniero responsable del diseño del sistema de aislamiento quién debe garantizar el desempeño y seguridad de los sistemas de protección sísmica mediante especifi-

Diseño Antisísmicoi / MATERIALES Y PROCESOS / 7

Figura “Disipador de fluido viscoso”

caciones técnicas adecuadas dentro de los reglamentos nacionales e internacionales aplicables. Las mismas que deben basarse en el desempeño de la edificación para solicitar las propiedades de los dispositivos, ser independientes a las marcas de dispositivos y especificar los ensayos respectivos.

Por otro lado, entre los disipadores disponibles en el mercado, están los disipadores de fluido viscoso, de fluencia y friccionales. Los mismos que suelen ser colocados cuando el aislamiento sísmico deja de ser efectivo, sobre todo para edificaciones muy esbeltas. (Figura “Disipador de fluido viscoso”) También están disponibles las diagonales de pandeo restringido, “BRB” por sus siglas en inglés.

Estos dispositivos, son muy económicos comparados a la mayoría de disipadores y ofrecen un excelente beneficio, además de disipar energía aportan rigidez a la edificación.

Estos dispositivos están conformados por una diagonal metálica envuelta por una sección tubular de acero rellena con concreto que evita la falla de pandeo de la diago-

Figura “Diagonal de pandeo restringido “BRB”

nal. (Figura “Diagonal de pandeo restringido “BRB”)

tura podría ser inviable y de seguro muy costosa.

INVERSIÓN

Sin embargo, el aislamiento puede, prácticamente, eliminar el daño a un costo muy razonable.

Estimamos que en promedio, el propietario de un departamento estaría invirtiendo entre US$ 2,000 a US$ 4,000 adicionales por el sistema de aislamiento sísmico que si considera la reducción, prácticamente total, del daño durante un evento severo.

El ingeniero Muñoz comentó que en el Perú, incorporar un sistema de aislamiento representa una inversión adicional en la estructura de US$ 30 a US$ 40 por metro cuadrado dependiendo de las características edificación. El costo de un sistema de disipación, generalmente oscila entre los US$ 20 a US$ 35 por metro cuadrado dependiendo del tipo de dispositivo.

Las normas de diseño sismorresistente a nivel mundial aceptan que los edificios convencionales tengan un daño importante después de un sismo severo; es decir, se acepta que luego de un terremoto los edificios puedan quedar, incluso, en un estado irreparable y tengan que ser demolidos. Lo único que anhela la ingeniería sismorresistente convencional es que la estructura no colapse.

Bajo estos criterios se diseñan los edificios en el Perú y en el mundo, ya que en caso contrario, la estruc-

PROYECTOS Cabe indicar que más del 85% de las edificaciones con sistemas modernos de protección sísmica en el Perú han sido diseñados por Prisma Ingenieros.

Prisma ha diseñado con aisladores sísmicos el aulario y la biblioteca de la PUCP, las oficinas de GyM, los edificios de viviendas Atlantik Ocean Tower, Paseo Colonial, el edificio Madre y el Centro Empresarial Cortijo. También ha tenido la oportunidad de diseñar la edificación y/o el sistema de aislamiento sísmico de varios

edificios de saludo, como la clínica de Especialidades Médicas “San Borja”, la Clínica Hamilton Naki en Huancayo, El Hospital de Ilave y el Hospital de la Policía Nacional del Perú en construcción.

Tinman agregó que en lo que respecta a edificios con disipación de energía tiene en su cartera de proyectos las Torres Barlovento y Orquideas, el Centro Empresarial Panorama, los edificios de oficinas República de Panamá, T Tower, Evolution, Javier Prado y Olguín.

El ingeniero Muñoz agregó que cada vez son más las empresas proveedoras que están ingresando al mercado peruano. “Nosotros somos un estudio independiente y no tenemos ninguna preferencia por alguna empresa distribuidora a la hora de hacer el diseño. Ingenierilmente proponemos la mejor alternativa para cada proyecto.

Estamos interesados en promover estas tecnologías. Creemos que el proceso de aprendizaje colectivo tiene que ser liderado por los ingenieros y no por los representantes de los productos”.

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Más de 25 años a la vanguardia del diseño estructural.

Más de 20’000,000 m2 en proyectos.

Más del 85% de las edificaciones con sistemas modernos de protección sísmica en el Perú han sido diseñadas por Prisma.

Complejo de Ciencias Sociales PUCP

Hospital de la Policía Nacional del Perú "Luis N. Saenz" (228 aisladores)

(40 aisladores)

Servicios de Ingeniería: www.prismaing.com Dispositivos de Protección Sísmica: www.prismaing.com/disipa Av. Jorge Chávez 263 Of. 601 - Miraflores

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