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Análisis experimental de muros de albañilería confinada en viviendas de baja altura en Lima, Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-23) Pari Quispe, Sonia Esmeralda; Manchego Meza, Juan Alfredo; Tarque Ruíz, Sabino Nicola; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
El mayor porcentaje de damnificados y victimas mortales que ocasiona un evento sísmico intenso es debido a la falla y colapso de las edificaciones de albañilería, especialmente aquellas construidas sin ningún criterio técnico. El problema principal de la autoconstrucción de viviendas es que son sísmicamente vulnerables debido a que tienen inadecuada configuración estructural, uso de materiales de baja calidad, mano de obra no calificada, etc. En las últimas décadas, la población de Lima ha mostrado un crecimiento exponencial acompañado de una expansión urbana desorganizada. Lima ha tenido una expansión horizontal con una proliferación de viviendas y edificaciones de pocos pisos hasta 2-3 pisos), construidos en su mayoría con ladrillos de arcilla cocida. Se estima que un 60% de las viviendas peruanas son autoconstruidas. Por lo tanto, es altamente probable que ante un sismo severo, muchas de estas viviendas colapsen. El presente trabajo se enfocó en la construcción de curvas de capacidad e identificar tres estados de daño asociados con el desempeño estructural y metodologías de reparación de los muros de albañilería confinada. Con el propósito de que puedan ser usadas para la construcción de funciones de fragilidad. Estas curvas de fragilidad son muy útiles para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras de albañilería confinada y para estimar las pérdidas económicas inducidas por sismos. Para ello, se desarrolló una campaña experimental que consistió en construir nueve muros a escala natural (de un nivel) que posteriormente fueron ensayadas bajo carga lateral cíclica en su plano. Los ensayos cíclicos fueron realizados en el laboratorio de estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), siguiendo los lineamientos del FEMA 461. Se ensayaron tres (3) muros con carga vertical equivalente a 3 niveles y seis (6) muros sin carga vertical. De estos últimos, tres (3) muros fueron ensayados hasta un límite de reparabilidad con la finalidad de repararlos y ensayarlos nuevamente. Como parte preliminar a los ensayos cíclicos se realizaron pruebas de control en unidades de arcilla y en el mortero. Así mismo, se elaboración de prismas de albañilería que permitieron caracterizar las propiedades mecánicas de la albañilería. Del análisis de resultados, la curva de capacidad fue simplificada con tres puntos notables: (a) Límite elástico, asociado a un drift de 0.12% (muros con y sin carga vertical), (b) Resistencia máxima a carga lateral, para un drift de 0.58% (muros sin carga axial) y 0.47% (muros con carga axial), (c) Estado último, para un drift de 0.87% (muros sin carga axial) y 0.65% (muros con carga axial). También se evaluó la rigidez lateral, la cantidad energía disipada, el amortiguamiento viscoso equivalente y la ductilidad.
Aplicación de la fibra de acero galvanizado para el reforzamiento estructural de muros de albañilería confinada ante cargas cíclicas en su plano
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-07-08) Yacila Alvarado, Luciano Jhair; Salsavilca Pomarcahua, Jhoselyn Junny; Tarque Ruíz, Sabino Nicola; Camata, Guido
La albañilería confinada se ha convertido en la tipología constructiva más empleada en el Perú a lo largo de las últimas décadas. No obstante, existe una elevada vulnerabilidad sísmica asociada a la informalidad y calidad de los materiales que son empleados durante su ejecución. Por ello, este trabajo pretende contribuir a la reducción de dicha vulnerabilidad mediante la aplicación de una novedosa técnica de reforzamiento estructural conocida como Steel Reinforced Grout (SRG). Una campaña experimental fue conducida para evaluar el desempeño cíclico de tres muros de albañilería confinada reforzados con SRG al ser sometidos a cargas cíclicas en sus planos. Los resultados mostraron las bondades del SRG al mejorar el desempeño cíclico de todos los muros ensayados en términos de ductilidad lateral, energía disipada, razón de amortiguamiento histerético y degradación de rigidez. Por otro lado, una contribución al estado del arte, en el conocimiento del comportamiento no lineal de la albañilería confinada y del SRG, fue hecha mediante la modelación numérica de muros de albañilería confinada y ensayos de adherencia entre el SRG y la albañilería. Dicha modelación fue hecha mediante el empleo del modelo de material Concrete Damage Plasticity del software ABAQUS, el cual es capaz de representar el comportamiento no lineal de materiales cuasi-frágiles como el concreto y la albañilería. Una comparación de resultados numéricos y experimentales permitieron corroborar la eficacia de los modelos numéricos al brindar respuestas muy cercanas a las obtenidas experimentalmente. Finalmente, cinco alternativas de refuerzo sísmico fueron comparadas en términos técnico-económicos para una sabia elección en el caso se requiera la aplicación masiva de un refuerzo sísmico. Dicha comparación dio a conocer que el FRP es la técnica con mayor aceptación técnico-económica seguido por el SRG.
Estimación de la vulnerabilidad sísmica de viviendas de albañilería confinada de Lima
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-01) Lovon Quispe, Holger Mario; Tarque Ruíz, Sabino Nicola
El objetivo de este trabajo es desarrollar funciones de fragilidad y de vulnerabilidad para edificios informales de albañilería confinada de Lima, Perú. Estas funciones pueden ser utilizadas para desarrollar escenarios sísmicos a escala urbana. Se ha desarrollado una base de datos a partir de encuestas realizadas en estudios previos. Esta base de datos contiene información acerca de las características estructurales de viviendas informales de albañilería confinada de la ciudad de Lima (e. g. densidad de muros, área de la edificación, altura). Cada característica ha sido modelada mediante funciones distribución de probabilidad. Utilizando simulación Montecarlo se ha generado una población sintética de viviendas de albañilería confinada a partir de las funciones de probabilidad que describen la muestra. Posteriormente se ha utilizado un método simplificado para calcular la curva de capacidad de la población sintética mencionada. En este punto, la demanda sísmica fue definida utilizando un grupo de registros sísmicos. Estos registros fueron seleccionados de acuerdo a la actividad sísmica de la costa del Perú (e. g. tipo de ruptura, distribución de intensidad sísmica, niveles de magnitud sísmica). Se utilizó el método DBELA (Displacement-based Earthquake Loss Assessment) para determinar el estado de daño de cada vivienda cuando es sujeta a cada registro sísmico. Se ensamblaron matrices de probabilidad de daño a partir de los resultados obtenidos. Posteriormente se obtuvo el periodo de aceleración espectral más eficiente para representar los estados de daño registrados. Los datos obtenidos se ajustaron a funciones de fragilidad utilizando el método de mínimos cuadrados. Finalmente, se definieron factores de daño de acuerdo a las recomendaciones de HAZUS (Hazard in the United States). Se obtuvieron curvas de vulnerabilidad de la convolución entre las curvas de fragilidad y los factores de daño. Se han utilizado las funciones obtenidas para estimar daños en sismos con nivel de ocurrencia “rara”. Aunque en nuestro país no se tienen datos precisos sobre los efectos que estos sismos tendrían en viviendas de albañilería confinada, los resultados muestran valores razonables en relación a los que se han registrado en anteriores sismos. De la interpretación de las curvas se esperan aproximadamente 10% y 40% de colapsos en viviendas informales de 1 piso y de 2 pisos respectivamente.
Evaluación de malla de cuerdas sintéticas como sistema de refuerzo para viviendas de adobe de dos pisos en el Perú mediante ensayos de simulación sísmica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-13) Yallico Luque, Ramiro Rubén; Blondet Saavedra, Jorge Marcial; Tarque Ruíz, Sabino Nicola
Las viviendas de adobe poseen propiedades acústicas y térmicas, que, al considerar su bajo costo, las hacen muy atractivas para las personas de escasos recursos económicos. Sin embargo, estas viviendas son altamente vulnerables a eventos sísmicos debido a su gran masa, deficientes conexiones y falta de continuidad de muros lo que conlleva a un severo agrietamiento, formación de bloques rígidos y, en muchas ocasiones, al colapso total de la vivienda. Aunque la población está optando por construir con material noble (ladrillo de arcilla cocida), todavía se sigue construyendo este tipo de viviendas de adobe. La situación se agrava en caso de viviendas de adobe de dos pisos. La Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) ha venido investigando y desarrollando diversos sistemas de refuerzo para construcciones de tierra pero que solo han sido estudiados en viviendas de adobe de un solo piso. Por ello, este proyecto de investigación pretende contribuir en la mejora de la seguridad sísmica de las viviendas de adobe de dos pisos empleando un sistema de refuerzo de malla de cuerdas sintéticas. Para lo cual se realizaron ensayos de simulación sísmica de cuatro modelos a escala reducida 1:2 de adobe de dos pisos, dos con y sin refuerzo, donde se analizó y comparó los resultados obtenidos de todos los modelos. De esta manera se evaluó la efectividad de la malla de cuerdas sintéticas como sistema de refuerzo en viviendas de adobe de dos pisos. Los resultados mostraron las bondades de la malla de cuerdas sintéticas al mejorar el desempeño de los modelos reforzados en términos desplazamientos, energía disipada, razón de amortiguamiento, degradación de rigidez y sobre todo al evitar el colapso de la estructura.
Evaluación de mecanismos de colapso generados por acciones sísmicas en la catedral de Puno
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-08) Apaza Cruz, Dennis Heriberto; Tarque Ruíz, Sabino Nicola
La catedral de Puno, considerada como patrimonio histórico cultural de la nación del Perú, debido a su arquitectura barroca andina, representa un baluarte de la región Puno. Similar a esta estructura de mampostería de piedra, existen en el Perú una gran cantidad de iglesias, por lo general las que fueron construidas alrededor del siglo XVII y XVIII, sin embargo, este extenso legado de construcciones históricas se encuentra expuesta a la elevada sismicidad que existe en nuestra región, y que en muchos de los casos colapsaron. En la actualidad existe una gran cantidad de modelos para el cálculo de la respuesta sísmica de estos edificios, los mismos que varían de acuerdo al nivel de detalle y suposiciones teóricas, y que debido a la complejidad del análisis es muy poco abordado por los profesionales de ingeniería estructural, sin embargo, este tipo de estructuras pueden ser analizadas mediante modelos simplificados que se asemejan bastante a modelos más detallados. El presente trabajo busca implementar la metodología de mecanismos de colapso para el análisis se seguridad sísmica de las iglesias de mampostería de piedra que tenemos en el Perú, para poder tomar acciones de reforzamiento en un corto plazo, y así evitar que estas estructuras colapsen debido a acciones sísmicas. En el trabajo se presenta una recopilación exhaustiva del estado de arte sobre la metodología de evaluación sísmica mediante mecanismos de colapso, esta metodología es aplicada a la catedral de Puno, para ello se presenta una investigación histórica desde el punto de vista ingenieril, seguido a ello se presenta la evaluación del índice de vulnerabilidad para la identificación de mecanismos que tengan más probabilidad de activación, de estos últimos se realiza un análisis cinemático lineal y no lineal para evaluar la capacidad de la estructura frente a solicitaciones sísmicas.
Metodología para la evaluación post sismo de la seguridad de las edificaciones de concreto reforzado y albañilería en el Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-22) Porras Cristobal, Max Alivar; Tarque Ruíz, Sabino Nicola
La sismicidad en Perú es elevada, pues se encuentra en el Cinturón de Fuego del Pacifico, zona donde ocurre más del 90% de todos los sismos del planeta. Luego de un sismo potencial las edificaciones se dañan, debido a que poseen niveles elevados de riesgo sísmico, lo que pone en peligro su seguridad, causando incertidumbre en los ocupantes respecto al uso inmediato. Se propone una metodología para la evaluación post sismo de la seguridad de las edificaciones de concreto reforzado y albañilería en Perú. La metodología tiene dos niveles de aplicación, rápida y detallada. La evaluación rápida está diseñada para ser aplicada luego de ocurrido un sismo potencial, con la finalidad de determinar en el menor tiempo posible la seguridad de las edificaciones. Del resultado de la evaluación puede dictaminarse si la edificación es “segura”, “insegura” o “cuestionable”. En las edificaciones donde el dictamen es cuestionable o dudoso, se aplica la evaluación detallada. Para cada nivel de evaluación se plantea una ficha para la identificación de daños, que conlleva a la determinación de la seguridad post sismo de la edificación. Se considera la inspección de daños generales, estructurales, geotécnicos y no estructurales. Para el uso adecuado de las fichas, se presenta un manual, describiendo el procedimiento de identificación de daños y determinación de la seguridad. Las herramientas de la metodología (fichas) han sido calibradas y probadas mediante la aplicación en 40 edificaciones dañadas en Yurimaguas y Lagunas a causa del sismo del 26 de mayo del 2019, cuyo epicentro fue en Lagunas - Loreto. Con la propuesta de la metodología, cuyas herramientas han sido calibradas, se contribuye al sistema de evaluación post sismo de la seguridad de las edificaciones en el Perú, dentro del contexto de la gestión de riesgos de desastres.
Recomendaciones técnicas para mejorar la seguridad sísmica de viviendas de albañilería confinada de la costa peruana
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-10-26) Mosqueira Moreno, Miguel Angel; Tarque Ruíz, Sabino Nicola; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
En este proyecto se desarrolla una metodología simple para determinar el riesgo sísmico de viviendas informales de albañilería confinada. Para ello, se ha realizado un estudio sobre los errores arquitectónicos, constructivos y estructurales de 270 viviendas construidas informalmente en 5 ciudades de la costa del Perú. Las viviendas informales son construidas por pobladores, albañiles y maestros de obra, sin asesoramiento técnico o profesional. Muchas veces las viviendas informales son vulnerables ante los sismos y colapsan, causando innumerables pérdidas económicas y lamentables pérdidas de vida. Para recolectar información sobre las construcciones informales se encuestaron un total de 270 viviendas ubicadas en Chiclayo (30), Trujillo (30), Lima (150), Ica (30) y Arequipa (30). Las tareas de recolección de información en campo se realizaron en fichas de encuesta por alumnos de la PUCP. Después la información recogida fue procesada en fichas de reporte donde se obtuvo la vulnerabilidad, peligro y riesgo sísmico de las viviendas encuestadas. Luego, con la información obtenida se elaboró una base de datos para clasificar los principales defectos de las viviendas analizadas. Los resultados obtenidos contribuyeron al desarrollo de una cartilla para la construcción y mantenimiento de viviendas de albañilería confinada en zonas de alto peligro sísmico. La cartilla presenta información sobre cada paso del proceso constructivo en forma gráfica y con lenguaje muy simple. Se espera que, con una adecuada difusión, esta cartilla pueda servir para que los pobladores y albañiles puedan conocer mejor cómo pueden construir viviendas sismorresistentes de albañilería confinada. Esta tesis está organizada en nueve capítulos y un apéndice distribuidos de la siguiente forma: En el Capítulo 1, “Introducción”, se plantea el problema de las viviendas informales de albañilería de arcilla de la costa del Perú. Se describen los antecedentes de trabajo y se explica la justificación de esta investigación. Además, se muestran las hipótesis propuestas y los objetivos que se esperan cumplir. En el Capítulo 2, “Marco teórico y metodología”, se presenta la relación que existe entre el problema particular de estudio y las teorías e investigaciones similares realizadas anteriormente. También, se presenta la metodología seguida y se explican los conceptos relacionados en el desarrollo de la investigación. En el Capítulo 3, “Descripción de las zonas estudiadas”, se muestran las características geográficas, demográficas y socio económicas de las zonas donde se han realizado encuestas de viviendas informales. En el Capítulo 4, “Fichas de encuesta y fichas de reporte”, se describen las fichas de encuesta y de reporte, y se explican detalladamente los cálculos para determinar el riesgo sísmico de las viviendas de albañilería. En el Capítulo 5, “Defectos de la construcción de las viviendas informales”, se describen los problemas de ubicación, constructivos y estructurales más comunes de las viviendas autoconstruidas. También, se realiza un análisis de la calidad de mano de obra en la construcción de las viviendas. En el Capítulo 6, “Base de datos de los errores constructivos”, se presentan tablas de conteo donde se han organizado estadísticamente los errores constructivos encontrados en las viviendas informales. En el Capítulo 7, “Construcción de viviendas”, se desarrolla un conjunto de recomendaciones básicas para que el poblador pueda construir adecuadamente su vivienda sismorresistente de albañilería. En el Capítulo 8, “Reparación y reforzamiento de viviendas”, se presenta un conjunto de recomendaciones básicas para la reparación y reforzamiento de viviendas sismorresistentes de albañilería. Se espera que con estas recomendaciones el poblador sea capaz de realizar reparaciones y reforzamientos sencillos. Finalmente, en el Capítulo 9, “Conclusiones y recomendaciones”, se escriben las conclusiones del trabajo y se resumen los resultados de la investigación. Además, se muestran las recomendaciones para futuras líneas de investigación sobre vulnerabilidad de viviendas de albañilería. El apéndice, “Cartilla de recomendaciones técnicas para la construcción y mantenimiento de viviendas de albañilería”, contiene una cartilla gráfica que muestra cómo construir y reparar viviendas de albañilería confinada sismorresistente.