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Análisis comparativo entre el método de diseño basado en fuerzas (FBD) y el método directo de diseño basado en Desplazamientos (DDBD) para un edificio de concreto armado de sistema estructural dual de 7 niveles
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-04-20) Montufar Canal, Kevin André; Soto Oblea, Edward Jonathan
Los terremotos ocurridos alrededor del mundo durante el siglo pasado y en lo que va de este han llevado a ingenieros e investigadores a cuestionar los conocimientos y métodos de diseño que se conocían sobre la ingeniería sismorresistente. Es así que un primer cambio de enfoque ocurrió cuando se consideró a los desplazamientos como la principal causa del daño estructural en reemplazo de las aceleraciones y fuerzas que pueda experimentar una estructura. En base a esto, resulta lógico pensar que los métodos de diseño se deben basar en los desplazamientos y no en las fuerzas. Es así que Priestley, Moehle y Kowalsky, en los años 90, presentan el Método de Diseño Directo Basado en Desplazamientos (DDBD) como alternativa al diseño tradicional basado en fuerzas (FBD). El presente trabajo busca realizar un análisis comparativo entre el FBD y el DDBD aplicado a una estructura de sistema estructural dual de 7 niveles. El diseño por FBD estará basado en la Norma de Diseño Sismorresistente E.030 peruana del 2018, mientras que el DDBD en el texto Displacement-Based Seismic Design of Structures por Priestley et. al. del año 2007. En el Capítulo I, se presenta una introducción al tema, describiendo la situación. Además, se desarrolla la justificación y la importancia del trabajo. Finalmente, se describe el objetivo principal y los objetivos secundarios de la investigación. En el Capítulo II, se presenta el marco teórico en el cual se resaltan las principales características de ambos métodos, los niveles y objetivos de desempeño estructural según ASCE 41-13 y el diseño por capacidad de los elementos estructurales. Asimismo, se discuten las incoherencias conceptuales del método FBD y se desarrolla el marco conceptual del Análisis Estático No Lineal “Pushover” que se utilizará para evaluar el desempeño estructural de la estructura analizada para ver si cumple con los objetivos propuestos. Finalmente, se elabora una lista de todos los parámetros a ser comparados en la investigación. El Capítulo III reúne los procedimientos paso por paso del FBD y del DDBD basados en los documentos antes mencionados. Se presentan las expresiones matemáticas necesarias para los cálculos que se realicen. Adicionalmente, se presenta el procedimiento del “Pushover” según ASCE 41-13. En el Capítulo IV, se presenta el caso de estudio, el cual corresponde a una edificación destinada a oficinas de 7 niveles de sistema estructural dual ubicado en la ciudad de Lima. La distribución en planta, las propiedades de los materiales a utilizar y el metrado de cargas son mostrados. En el Capítulo V, se aplica la metodología descrita en el Capítulo III. Asimismo, los resultados obtenidos son presentados destacando el periodo estructural, la rigidez lateral, la fuerza cortante basal, los momentos de volteo, las fuerzas laterales y el diseño de los elementos estructurales. En el Capítulo VI, se realiza la aplicación del análisis “Pushover” para cada caso. Se presenta la curva y espectro de capacidad para cada método, estableciendo el punto y la matriz de desempeño. Mediante este análisis se demostró que el DDBD cumple de manera eficiente con los parámetros de diseño por desempeño, validando así la metodología. En el Capítulo VII, se realiza el análisis comparativo entre el FBD y el DDBD. Los resultados se presentan en gráficos que permiten explicar las diferencias de manera didáctica, evidenciando por qué el DDBD resulta más efectivo en la estimación del comportamiento real de una estructura ante movimientos sísmicos, ya que toma en cuenta la respuesta no lineal en la etapa de diseño. Por último, en el Capítulo VIII se discuten las conclusiones a las que se llegaron luego de aplicar el FBD y el DDBD para el caso de estudio y con los resultados del análisis “Pushover”. Asimismo, se presentan algunos comentarios finales sobre el trabajo y se brindan recomendaciones para futuras investigaciones relacionadas.
Análisis de vulnerabilidad sísmica de una vivienda informal de albañilería confinada empleando la metodología Hazus
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-24) Caparachin Vilca, Steisy Graciela; Soto Oblea, Edward Jonathan
El litoral peruano está en una región con elevada sismicidad ya que pertenece al Anillo de Fuego del Pacífico; sin embargo, el departamento de Lima no ha experimento un movimiento sísmico de gran magnitud desde 1746, lo que ha generado que se acumule gran energía que, si fuera liberada en un futuro, provocaría grandes daños. No solo por la magnitud del sismo, sino también por la vulnerabilidad de la infraestructura presente en las ciudades costeras. Esta vulnerabilidad aumenta en residencias informales de albañilería, debido a que no hay asesoramiento profesional en su diseño y construcción. La vivienda se ubica en el Asentamiento Humano Daniel Alcides Carrión del Cercado de Lima, específicamente en el jirón Enrique Meiggs 1160 Mz. C lote 18, y fue encuestada, mediante una ficha de trabajo previamente preparada, para conocer sus características estructurales y sus principales problemáticas. Con la información recopilada, se modeló la vivienda en el programa Etabs v19.0.0 y, mediante un análisis pushover en ambas direcciones, se pudo determinar la curva de capacidad de la vivienda y el punto de desempeño. Posteriormente se obtuvo las curvas de fragilidad empleando la metodología Hazus y se interseco con el punto de desempeño para calcular la probabilidad acumulada para cada estado de daño. Finalmente, se determina la matriz de probabilidad de daño de la estructura y se analiza la vulnerabilidad sísmica.
Aplicación del método directo de diseño basado en desplazamientos (DDBD) para estructuras de pórticos y muros de concreto armado con un incremento en la densidad de muros
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-06-09) Yeckle Damian, Jose Stefano; Soto Oblea, Edward Jonathan
La presente tesis analiza los efectos del incremento de la densidad de muros de corte de concreto armado en estructuras diseñadas por el método DDBD. Para este fin, se realizó una revisión de la teoría relacionada al método y se diseñaron dos edificaciones con estructuraciones similares, pero con una disminución en la resistencia de sus pórticos, de 50 a 25% de la fuerza cortante basal y con las modificaciones en la estructuración corrrespondientes. Tras el proceso de diseño, se modelaron ambas estructuras en el programa ETABS y se les realizó el análisis dinámico modal espectral, con el fin de comparar los parámetros teóricos con resultados más exactos, así como de verificar el cumplimiento de criterios normativos locales. Finalmente, se discutieron los resultados obtenidos, y se definieron conclusiones y recomendaciones resaltantes. De los resultados obtenidos, se observa que el incremento en la densidad de muros reduce los desplazamientos y la diferencia entre desplazamientos reales y de diseño en un 15% aproximadamente. Asimismo, el incremento en la densidad de muros aumenta la rigidez secante del modelo idealizado hasta en un 30%. Tras el proceso de diseño, se observa que la normativa peruana actual es parcialmente compatible con el método DDBD, aunque su aplicación depende de la implementación de adaptaciones tanto al método como a los requisitos de los códigos de diseño.
Desempeño sísmico de edificios multifamiliares de muros estructurales aplicando el método de espectro de capacidad
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-01) Huerta Quispe, Paolo Cesar; Soto Oblea, Edward Jonathan
Esta investigación se desarrolla con la finalidad de generar conocimiento sobre el desempeño sísmico de edificios multifamiliares de muros de concreto armado construidos en la zona sísmica Z4 del Perú. En el desarrollo de la investigación, se estudian cuatro edificaciones multifamiliares ubicados en la zona sísmica Z4, construidos sobre un suelo de perfil tipo S1. Para estudiar el desempeño estructural de los edificios se realiza un análisis estático no lineal (AENL). Para esto, se usa el método de espectro de capacidad (MEC), el cual fue desarrollado en el ATC-40 (1996) y posteriormentemejorado en el FEMA-440 (2005). Este método consiste en calcular el punto de desempeño de manera gráfica mediante la superposición de la curva de capacidad del edificio y una curva de demanda. Para esto, se realiza el modelo computacional de los edificios y se modelan las rotulas de los elementos estructurales haciendo uso del programa Etabs v.18. La curva de capacidad de cada edifico se obtiene mediante la aplicación de un patrón de cargas proporcional al modo de vibración fundamental. Para el cálculo del punto de desempeño, cada edificio es sometido a una demanda sísmica correspondiente a un nivel de diseño y máximo, definidos según el ATC-40. Complementariamente, se realiza un análisis modal espectral y se verifican las irregularidades estructurales y derivas. Finalmente, el punto de desempeño es evaluado según las propuestas del comité VISION 2000 (SEAOC, 1995). Se concluye que, a partir de los puntos de desempeño calculados con ayuda del programa Etabs v.18 y usando los criterios ya mencionados, los edificios estudiados tienen un desempeño óptimo ante un sismo de diseño y máximo en las direcciones transversal y longitudinal.
Diseño estructural de un edificio multifamiliar de concreto armado de cinco pisos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-24) Peramas Crisanto, Miguel Angel; Soto Oblea, Edward Jonathan
El objetivo de esta tesis es presentar el procedimiento y desarrollo adecuado de análisis y diseño de una edificación de concreto armado. En este caso, se trabajó con una edificación multifamiliar de cinco pisos ubicada en el distrito de San Isidro en el departamento de Lima. La edificación consta de un área de lote de 765 m2, con un área libre de 280 m2. El primer piso contiene al lobby del edificio, del segundo al quinto nivel se tienen pisos típicos compuestos de dos departamentos de 118.14 m2 cada uno. Por último, en la parte superior se tiene la azotea y está ubicado el cuarto de máquinas del ascensor. El sistema estructural se compone de muros de corte y pórticos de concreto armado. Se usan losas aligeradas y macizas que sean capaces de resistir y transmitir las solicitaciones de carga y de formar diafragmas rígidos en cada nivel de la edificación. Se realizó un modelo de la edificación en el programa Etabs, el cual a partir del uso de elementos finitos halla la respuesta de la estructura ante las distintas solicitaciones de carga, con la correspondiente verificación manual de los cálculos realizados por el programa. Por último, se priorizó que los en los elementos estructurales y estructura en general se cumplan con los requerimientos de diseño y buen comportamiento dados en la norma de cargas E.020, de concreto armado E.060 y del diseño sismorresistente E.030.
Diseño estructural de un edificio multifamiliar de concreto armado de siete pisos ubicado en el distrito de Magdalena del Mar
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-12-17) Escalante Yupanqui, Marcelo; Soto Oblea, Edward Jonathan
La presente tesis comprende el análisis y diseño estructural de un edificio multifamiliar de siete pisos, constituido por 28 departamentos. El proyecto se sitúa en el distrito Magdalena, sobre un terreno de capacidad portante de 4 kg/cm2. El edificio no presenta sótanos y los estacionamientos se disponen exteriormente. Además, el piso típico consta de un área de 710 m2. Este edificio está compuesto del siguiente modo: el sistema de cimentación del edificio se basa en zapatas aisladas, conectadas y combinadas. Asimismo, el sistema estructural está constituido por muros estructurales, pórticos de columnas y vigas; y el sistema de techado por losas aligeradas con viguetas convencionales y losas macizas. A partir de la composición descrita, una estructuración y predimensionamientos iniciales; se derivó al proceso del análisis sísmico previo, con el fin de comprobar si lo planteado cumplía con los requerimientos impuestos por la Norma de Diseño Sismorresistente (NTE E.030). Se encaminó el proyecto para llegar a una estructura simple y con una adecuada rigidez lateral en ambas direcciones. Además, para el análisis sísmico se empleó el programa ETABS, del cual se interpretó la respuesta de la estructura ante el espectro de pesudos-aceleraciones proporcionado por la Norma. Una vez culminado el análisis y cumplir con las exigencias de la Norma, se desarrolló el diseño de los elementos estructurales siguiendo las metodologías de resistencia y capacidad, indicadas por la Norma de Concreto Armado E.060. Por último, los resultados del presente proyecto se plasman en los planos estructurales, los cuales se dibujaron con el apoyo del programa AUTOCAD.
Diseño estructural en concreto armado de un edificio de vivienda multifamiliar de cinco pisos y un semisótano en el distrito de Surco
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-18) Arizmendi Castro, Werner Andrés; Soto Oblea, Edward Jonathan
En el presente documento de tesis, se ha realizado el análisis estructural y diseño estructural en concreto armado de un edificio de departamentos de cinco pisos y un semisótano ubicado en el distrito de Santiago de Surco en la provincia de Lima. Este se encuentra ubicado en una esquina y limita en sus dos frentes con dos viviendas unifamiliares de tres y dos pisos respectivamente. El edificio cuenta con una zona de estacionamiento al nivel del terreno con capacidad para 2 automóviles y cuenta con un semisótano que posee un área de 286 m2 destinado a estacionamientos, con capacidad para seis automóviles, un hall de espera y un baño para la recepción. Asimismo, el primer nivel de la edificación posee un área igual a 233 m2 la cual se distribuye en dos departamentos y una zona de parrillas. Además, los cuatro niveles restantes superiores son típicos y poseen un área de 243 m2 cada uno y se distribuye en 2 departamentos por piso. Por último, la altura de entrepiso del semisótano es de 2.7 metros y la del primer al quinto piso es de 2.65 metros con lo cual el edificio posee una altura total, desde el nivel de terreno natural, de 14.75 metros. El edificio está estructurado de manera que esté acorde con las disposiciones del reglamento nacional de edificaciones, en ese sentido, se determinó un sistema de muros y pórticos de concreto armado que soporte las solicitaciones requeridas. Para ello, se realizó un modelo en tres dimensiones del edificio, de manera que se representen los elementos y cargas aplicadas de manera adecuada. En primer lugar, se realizó una estructuración y pre dimensionamiento de modo que estimaron las ubicaciones y dimensiones de los elementos estructurales que conforman la edificación. En segundo lugar, se procedió con un análisis sísmico en el que se busca que el edificio satisfaga las disposiciones exigidas por la Norma de Diseño Sismorresistente E. 030. Para ello se debe garantizar que el comportamiento de la estructura sea prácticamente elástico para sismos frecuentes. Asimismo, se acepta que para sismos raros la edificación se encuentre entre los niveles desempeño de resguardo de la vida hasta cerca al colapso, de manera que no superen la ductilidad estructural instalada. A continuación, se diseñaron los elementos estructurales tales como losas (macizas y aligeradas), vigas, columnas, placas, cimentaciones, muros de sótano, escaleras y cisterna. En el caso de las cimentaciones se consideraron zapatas aisladas, conectadas y combinadas. Todos los elementos estructurales se diseñaron de acuerdo con la norma E. 060 vigente. Por último, se realizó el dibujo de los planos estructurales de todos los elementos dentro del alcance del presente proyecto.
Estudio de la vulnerabilidad sísmica de un edificio de concreto armado para diferentes resistencias a la compresión del concreto y densidades de muros
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-10) Mendoza Romero, Herbert Saúl; Vizcarra Alvarez, Víctor Alberto; Soto Oblea, Edward Jonathan
La presente investigación es a raíz de destacar la importancia de evaluar sísmicamente las construcciones tal que su estado de daño alcanzado en un evento sísmico sea aceptable. En este contexto, se busca optimizar los costos asociados al análisis estructural. En particular, se analiza cómo la variación en la resistencia del concreto (f´c) y la densidad de los muros estructurales afecta la vulnerabilidad sísmica. Para abordar este análisis, se lleva a cabo una evaluación exhaustiva de la vulnerabilidad de la estructura mediante el análisis detallado de curvas de fragilidad, teniendo en cuenta una variedad de valores para la resistencia a compresión del concreto (f´c) así como la densidad de los muros dentro de la estructura, de manera que se puedan identificar con precisión las potenciales debilidades y su impacto en la integridad estructural bajo diferentes condiciones de carga y resistencia. En cuanto a los objetivos, se pretende conducir un análisis comparativo de la vulnerabilidad sísmica en una edificación con el objetivo de poder identificar un punto de equilibrio entre una vulnerabilidad sísmica aceptable y los costos asociados. Así como, generar curvas de capacidad de cada modelo en estudio además de conseguir el punto de desempeño asociados a un sismo específico. También analizar cómo varían las curvas de fragilidad para distintas resistencias del concreto y densidad de muros. Se empleará un enfoque analítico para realizar el análisis estático - no lineal o pushover, esto será posible usando la herramienta ingenieril de acrónimo ETABS y la metodología Hazus, el cual es un método estadístico para la creación de gráficos de vulnerabilidad estructural, los cuales interpretaremos como curvas de fragilidad. Por último, proponer posibles estrategias para seleccionar la resistencia del concreto y densidad de muros adecuadas al inicio de un diseño estructural con el fin de minimizar la vulnerabilidad de las edificaciones.
Reparación de muros de construcciones históricas de tierra mediante el sellado de fisuras y refuerzos estructurales adicionales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-11) Sosa Cárdenas, Carlos Alberto; Soto Oblea, Edward Jonathan; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
Se propone una técnica dual de reparación y reforzamiento para proteger las construcciones patrimoniales de adobe frente al efecto destructivo de los terremotos. La técnica consiste en la reparación de las grietas sísmicas mediante inyección de barro líquido, combinada con el reforzamiento de los muros con mallas formadas por cuerdas sintéticas (drizas). Para comprobar la efectividad de esta técnica, se efectuaron ensayos de simulación sísmica en el Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Se construyó un espécimen modelo de cuatro muros de adobe a escala natural que se ensayó en el simulador sísmico hasta generar grietas en los muros. Las grietas resultantes fueron reparadas mediante la inyección de barro líquido para intentar restituir la resistencia original de la estructura. Luego, los muros del modelo fueron reforzados con drizas. Después del periodo de secado, el modelo fue ensayado nuevamente en el simulador sísmico. El comportamiento del modelo ante movimientos de gran intensidad fue satisfactorio: se mantuvo la integridad estructural ante la excitación sísmica simulada, de gran severidad, y se evitó el colapso parcial de los muros. Para entender el comportamiento de las drizas en los muros del modelo reforzado, se estudió un procedimiento de análisis de movimiento de bloque rígido sometido a fuerzas de excitación sísmica y de interacción de drizas. Finalmente, se presenta un análisis preliminar para calcular las fuerzas en las drizas. Estos resultados permitirán desarrollar un método de diseño de la malla de drizas. Esta publicación consta de dos artículos publicados en conferencias internacionales. En ellos se compila la técnica propuesta y ensayada tal como se menciona en los párrafos superiores. El primer artículo se presentó en Turquía en setiembre de 2013 y el segundo se publicará en la ciudad de México en octubre de 2014.