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Evaluación de la sensibilidad del comportamiento sísmico de puentes de mampostería de piedra abovedados en arco: caso de estudio del Puente Trujillo
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-13) Huallpa Mollinedo, Marco Antonio; Noel Tapia, María Fernanda
Los puentes de mampostería de piedra en arco forman parte importante del patrimonio arquitectónico de nuestro país, debido a que a través de los años han permitido y permiten aún el desarrollo cultural y comercial de pueblos y ciudades. A pesar de su importancia, tales estructuras presentan alta vulnerabilidad sísmica, debido a que el Perú se encuentra ubicado dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico y a las características endebles de la mampostería como material de construcción. La mampostería es un material anisotrópico, que requiere varios parámetros para describirla en el rango post fluencia, los cuales en la práctica son difíciles de obtener (Scheibmeir, 2012). Además, las distintas características de la mampostería, más aún histórica, como las propiedades de las unidades y mortero, disposición de las juntas y mortero, forma y dimensión de las unidades, ancho de juntas, calidad de la mano de obra, grado de curado, medio ambiente y edad, hacen que su estandarización completa esté aún lejos de lograrse (Lourenço, 1996). Por lo tanto, la evaluación sísmica de este tipo de estructuras es una tarea compleja, ya que su comportamiento oscila en el rango no lineal, donde las idealizaciones consideradas para los materiales, presentan gran incertidumbre. En este sentido, el presente trabajo busca evaluar la sensibilidad de las propiedades no lineales de un puente de mampostería de piedra abovedado en arco a partir de un análisis paramétrico, afín de identificar las propiedades que más influyen en la respuesta sísmica. Como caso de estudio se ha adoptado al puente Trujillo (prístino), ubicado en el centro histórico de Lima y construido entre los años 1608 y 1610. El trabajo incluye una extensa recopilación de propiedades lineales y no lineales de los materiales de esta tipología de puente. El modelo numérico base, se construyó de acuerdo con las propiedades promedio obtenidas del análisis bibliográfico y, los modelos para el análisis paramétrico fueron desarrollados con valores máximos y mínimos establecidos, tanto para los pilares como los arcos. La respuesta de la estructura fue evaluada aplicando el Análisis Estático No Lineal junto con el Método de Elementos Finitos (MEF). El estudio concluye que la variación de las propiedades no lineales referidas a la tracción (ft y Gt), son las que mayor influencia producen, provocando que un mayor valor de estos brinde mayor capacidad a la estructura. En cuanto a la variación del esfuerzo de compresión (fc) en los pilares y arcos, no hay mayor influencia en la respuesta de la estructura.
Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de iglesias andinas coloniales típicas a partir de análisis límite cinemático y el método N2
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-21) Noel Tapia, María Fernanda; Aguilar Vélez, Rafael
El Perú cuenta con un vasto legado de construcciones patrimoniales de adobe, siendo una de las tipologías más representativas las iglesias andinas coloniales. Estas construcciones religiosas forman parte de la historia y cultura del país, y representan una fuente económica significativa para las comunidades gracias al turismo. A pesar de la importancia de estos templos, muchos de ellos se encuentran en estado de abandono o no están siendo conservados con las técnicas adecuadas. La falta de mantenimiento sumada al alto peligro sísmico de la zona y las bajas propiedades mecánicas del material de construcción, ponen en riesgo significativo a este importante patrimonio arquitectónico peruano. Debido a ello son necesarios métodos modernos de evaluación y conservación que sean aplicables a este tipo de estructuras. Bajo este contexto, el presente estudio busca evaluar la aplicación del método N2 y el análisis límite cinemático en la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de iglesias andinas coloniales. Para este fin, se han tomado como casos de estudio el templo de San Juan Bautista de Huaro y la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, ambas edificaciones ubicadas en Cusco, Perú. La evaluación se realizó considerando cuatro escenarios sísmicos, con períodos de retorno de 43, 72, 475 y 970 años, que corresponden a terremotos frecuentes, ocasionales, raros y muy raros, respectivamente. Los resultados obtenidos en la presente investigación, evidencian que el uso combinado de análisis límite cinemático y el método N2 permiten evaluar eficientemente la seguridad sísmica de este tipo de estructuras en términos de capacidad y ductilidad. En el caso de la iglesia de Huaro se demostró que los primeros mecanismos de colapso en activarse en la estructura serían el volteo de la fachada principal y el colapso parcial del tímpano. Para la iglesia de Andahuaylillas los resultados evidenciaron que los mecanismos más inseguros son el volteo fuera del plano de la fachada posterior y el colapso del muro lateral. Asimismo, se identificó que la iglesia que requiere una intervención estructural más urgente es el templo San Pedro Apóstol de Andahuaylillas ya que es vulnerable antes sismos ocasionales de 72 años de periodo de retorno, mientras que la iglesia de Huaro es insegura a partir de sismos raros de 475 años.
Integración de ingeniería inversa y modelamiento numérico para la evaluación sísmica de construcciones históricas de adobe
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-01) Noel Tapia, María Fernanda; Aguilar Vélez, Rafael; Ferreira da Silva Ramos, José Luis
El extenso legado de construcciones históricas de tierra en el Perú se encuentra en constante riesgo debido principalmente a la elevada actividad sísmica que afecta al país y a la fragilidad del adobe como material de construcción. En consecuencia, el valor histórico y cultural de estos monumentos, así como la vida de los visitantes se encuentran bajo peligro inaceptable. Con la finalidad de reducir la vulnerabilidad es necesario desarrollar modelos precisos para el análisis sísmico, capaces de simular el comportamiento no lineal de la albañilería y un desempeño bien definido. Es por ello que la presente investigación pretende establecer una metodología basada en técnicas avanzadas no intrusivas de ingeniería inversa y en métodos no lineales simplificados. Se propone el uso en conjunto de escáner láser terrestre (TLS) y fotogrametría como proceso estratégico para la obtención de modelos 3D precisos, debido a su efectividad en la rápida y confiable adquisición de datos. Asimismo, se implementan técnicas para la construcción de modelos CAD que faciliten el proceso de discretización. Ensayos de identificación modal también son empleados para la obtención de los parámetros dinámicos de la estructura y consecuentemente la calibración del modelo numérico construido. Para la evaluación sísmica se ha adoptado un enfoque basado en el desplazamiento, utilizando la metodología no lineal simplificada N2 (Fajfar, 2000). Además, se propone analizar el desempeño estructural en base al nivel de daño probable desarrollado en la edificación ante diferentes escenarios sísmicos. La investigación también busca evaluar la aplicabilidad de dicho procedimiento, utilizando como caso de estudio la iglesia de San Juan Bautista de Huaro ubicada en Cusco, Perú. Este templo data del siglo XVI y se destaca por sus impresionantes pinturas murales que cubren la totalidad del interior de la iglesia, demostrando la fusión del estilo andino y el arte colonial. Sin embargo, la falta de mantenimiento y ocurrencia de eventos sísmicos ha conllevado a su mal estado de conservación desde un punto de vista estructural. Los resultados de la evaluación sísmica de la iglesia evidenciaron que sufriría daño sustancial a fuerte en el caso de un sismo raro con periodo de retorno de 475 años Según la clasificación de daño de la Escala Macrosísmica Europea (EMS-98) esto significaría el desarrollo de grietas generalizadas en los muros, caídas de piezas considerables de recubrimiento y falla de elementos no estructurales individuales como los tímpanos. Asimismo, en el caso de un sismo muy raro (970 años) la estructura alcanzaría un nivel de daño muy fuerte que conllevaría a la falla parcial estructural de muros y techos. Se ha podido identificar durante el análisis los elementos estructurales críticos que controlan el comportamiento global y el nivel de daño durante un evento sísmico. Uno de ellos es la fachada principal, cuyo desplome es el primer mecanismo de colapso de la estructura. Debido a la vulnerabilidad en la que se encuentra la iglesia es altamente recomendable intervenir la construcción con la finalidad de proteger su valor cultural y arquitectónico.