Ingeniería Civil (Mag.)
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Item Evaluación estructural de daños y reforzamiento de un hospital esencial antiguo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-06) Contreras Bálbaro, Juan José; Chang Breña, Marco Antonio; Santa Cruz Hidalgo, Sandra CeciliaActualmente en el Perú existen más de 160 Hospitales, de los cuales, los que tienen la mayor cantidad de camas tienen más de 50 años de antigüedad. Ante esta situación, es de carácter urgente la evaluación estructural de cada una de estas edificaciones. Esta tesis evalúa estructuralmente las edificaciones hospitalarias antiguas para poder plantear un reforzamiento o su reemplazo. Las alternativas de reforzamiento planteadas son la inclusión de arriostres metálicos y disipadores. Para el análisis por desempeño se usó un Análisis Estático no lineal (Pushover) y un Análisis Dinámico Incremental (IDA). Los resultados demuestran que para un sismo muy raro (PGA= 0.675g), un pabellón hospitalario antiguo tiene una deriva máxima de 18.00‰, mientras que si se refuerza con arriostres metálicos la deriva se reduce a 9.10‰ y si se refuerza con disipadores la deriva se reduce al valor de 6.60‰. Según Hazus con el reforzamiento de disipadores se estaría mejorando de un nivel de daño completo a un nivel moderado. En cuanto a los costos de reparación, para un sismo muy raro (PGA=0.675g), un pabellón hospitalario antiguo presenta 93% del costo total de reparación, mientras que si se refuerza con arriostres metálicos presenta un porcentaje de 55% y si se refuerza con disipadores es de 25%. En conclusión, ambas alternativas reducen el daño en la estructura, sin embargo, el reforzamiento con disipadores es más eficiente ya que aumenta la capacidad de amortiguamiento y el porcentaje del costo de total de reparación (25%) es menor que el de arriostres metálicos (55%).Item Análisis y beneficios del uso del concreto ligero con base en esferas de poliestireno en elementos estructurales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-06) Vargas Villegas, Raul Kensel; Quiun Wong, Daniel RobertoLa intención principal de este trabajo es la de demostrar el uso de un concreto con base en esferas de poliestireno en elementos de uso estructural y denotar sus beneficios en la estructura general. Dicha investigación se dividirá en dos grandes partes: En la primera, se realizan probetas para resistencias de 17.5 MPa y de 21 MPa con pesos específicos aproximados de 1.80 toneladas por metro cúbico, las probetas se rompen a 7, 14, 21 y 28 días para saber la evolución de la resistencia. Por otro lado, para las probetas de mayor antigüedad, se halla el módulo de elasticidad y se compara con lo establecido por la Norma E.060 para concretos ligeros. Luego, se determina, según la norma ASTM C78, los módulos de rotura de 2 especímenes aplicando cargas en los tercios medios. Por último, se realiza la prueba de cargas cíclicas a un muro delgado de 2000 mm de largo, 2400 mm de alto y 10 mm de espesor y se analiza su comportamiento comparándolo con otro muro de concreto convencional y mismas dimensiones. En la segunda parte, con los datos obtenidos se realiza un modelo matemático estructural sujeto a cargas verticales de gravedad y cargas sísmicas y se obtienen las fuerzas máximas en la base de la edificación analizada. Las fuerzas son comparadas con las de la misma edificación con un concreto de peso normal y se verifica el diseño de algunos elementos más solicitados. Así mismo, en el caso de la cimentación, también se reducen los asentamientos y esfuerzos en el suelo, produciendo reducciones de dimensiones en zapatas o plateas. Los resultados indican que el elemento puede lograr pesos específicos menores a los del concreto común y llegar a resistencias de 17.5 MPa y 21 MPa, la resistencia del concreto indica una evolución temprana a los 7 días de aproximadamente 85 por ciento de su resistencia solicitada; y luego presenta un ascenso del 5 por ciento cada 7 días. Con respecto al módulo de elasticidad del nuevo concreto, se halla una reducción del 10 por ciento para el concreto de 17.5 MPa y una reducción del 15 por ciento para uno de 21.0 MPa. En el aspecto del diseño estructural y refuerzo hallado en un elemento de mayor carga, se obtiene una reducción final de acero de 20 por ciento. Finalmente, el peso total de la edificación se ha reducido al 80 por ciento y se obtienen menores esfuerzos en el suelo, reduciendo nuestros asentamientos.Item Implementación de ensayo de laboratorio y correlación de respuestas mecánicas en unidades de tapial(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-03) Carpio Nolasco, Jesús Daniel; Silva Berríos, Wilson EdgarEn el Perú el porcentaje de hogares que habitan en viviendas construidas con adobe y tapial sigue siendo importante. De acuerdo al último censo oficial, representan el 28 % del total de viviendas habitadas, y de estas, 7 de cada 10 se encuentran en áreas rurales. Con el propósito de conocer con mayor amplitud el desempeño mecánico de las unidades de tapial, y reflejar los futuros hallazgos en la mejora de la normativa vigente, se propone obtener una correlación entre ensayos mecánicos que permitan conocer sus propiedades mecánicas a bajo costo. Alternando entre dos composiciones de suelo y tres humedades de mezcla, se elaboraron muretes y probetas cilíndricas que fueron sometidos a ensayos de compresión diagonal y de tracción indirecta, respectivamente. Con los resultados obtenidos se verifica una correlación de resistencias máximas en tracción para el rango elástico (r=0.8 y rs=0.82). Sin embargo, en el caso de otras propiedades mecánicas, aunque existe una alta correlación, la dispersión aún es bastante notoria, por lo que se sugiere la realización de más ensayos que corroboren o modifiquen las conclusiones del presente estudio. Se propone añadir estos hallazgos en la norma E.080 Diseño y Construcción con Tierra Reforzada y se propone como investigación futura estandarizar ensayos que permitan el monitoreo y control de la calidad del tapial en obra, lo que podría servir ante una eventual industrialización de su uso, como en el caso de programas de vivienda masiva, en zonas donde sea aplicable.Item Evaluación de alternativas de modelamiento numérico para edificios de concreto armado con sótanos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-09) Pari Cusi, Herson Duberly; Silva Berríos, Wilson EdgarEl objetivo de la investigación es evaluar diferentes alternativas de modelamiento numérico de edificios con sótanos, dado que este problema se aborda de diferentes maneras en la práctica profesional, lo que a veces puede conducir a inconsistencias. Se han planteado cuatro alternativas de modelamiento: EMP, modelo que ignora la presencia de sótanos; SIN; modelo con sótanos y base empotrada; ISM, modelo con sótanos y reacción del suelo con base empotrada; ISE, modelo con sótanos y la reacción del suelo en toda la superficie de contacto del sótano con el suelo. Estas alternativas se han implementado en 12 edificios, considerando tres tipos de suelo y cuatro alturas distintas. Se ha encontrado que existe diferencias significativas en el comportamiento estructural entre las alternativas de modelamiento para edificios de 10 y 15 pisos en términos de periodo fundamental de vibración, desplazamiento lateral máximo y fuerza cortante basal; mientras que para edificios de 20 y 25 pisos la respuesta estructural no es significativamente diferente. En un estudio ampliado a 180 “edificios de corte” para buscar un mayor número de resultados que permitan establecer una tendencia del comportamiento de la respuesta de un edificio con sótanos, se ha podido observar que tanto la relación de periodos, desplazamientos laterales y fuerza cortante basal entre el modelo ISE y EMP se reduce a la unidad cuando el suelo tiende a ser más rígido y el edificio más flexible (mayor altura).Item Evaluación del desempeño de un hospital aislado con dispositivos de goma (LRB) y de péndulo friccional (FPS)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-04) Barrientos Castilla, Froilan Carlos; Muñoz Pelaez, Juan AlejandroLos hospitales deben seguir operando durante y después de un terremoto con la finalidad de asegurar la continuidad de los servicios. Para ello se usa el aislamiento sísmico. Esta tesis evalúa el desempeño de un hospital peruano en la cuidad de Moquegua, ubicado en la zona de mayor sismicidad peruana y suelo intermedio (Z4 y S2 según la NTE E.030). Se utilizan dos tipos de aisladores: elastoméricos y péndulos friccionales. Se desarrolla el análisis del desempeño empleando el Análisis Dinámico Incremental (IDA) con un modelo no lineal del edificio aislado. Los resultados del desempeño estructural muestran que para un PGA de 0.7g (sismo con periodo de retorno de 2500 años) las derivas máximas promedio con dispositivos de goma y de péndulo friccional son de 5.8‰ y 5.5‰, respectivamente. Además, las rotaciones inelásticas máximas promedio de columnas y vigas resultaron ser una fracción del límite de Ocupación Inmediata: de 0.55 y 0.54 para goma, y 0.40 y 0.52 para péndulo friccional. En cuanto al desempeño no estructural, las aceleraciones máximas promedio de piso son de 0.40g con goma y 0.50g con péndulos friccionales. Según HAZUS el umbral de daño leve en elementos no estructurales es 0.45g. Se concluye que con ambas opciones la estructura quedaría en estado de ocupación inmediata. En cuanto a los elementos no estructurales sensibles a aceleraciones, el sistema con goma si lograría dar la protección necesaria (90% del límite de HAZUS). En cambio, con aisladores friccionales no se lograría la protección necesaria (110% del límite de HAZUS).Item Evaluación del desempeño sísmico de un edificio peruano de concreto armado con dispositivos de fluido viscoso(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-02) Quiroga Flores, Luis Enrique; Muñoz Peláez, Juan AlejandroEn el protocolo peruano de diseño de edificaciones con sistemas de dispositivos de fluido viscoso (DFV) no se incluye la evaluación del desempeño ni la estimación del daño. El objetivo de este trabajo es evaluar el desempeño sísmico de un edificio peruano representativo con DFV no lineales (EDIF-DFV). Se diseñó un edificio convencional con muros y pórticos de concreto armado (EDIFCONV), usando las normas peruanas de edificaciones y se incorporó un sistema de DFV diseñado con la norma estadounidense FEMA 273. Se seleccionó la alternativa de distribución de DFV que produjo la mayor reducción de derivas de entrepiso. Luego se desarrolló la comparación del desempeño sísmico del EDIF-DFV con respecto al EDIF-CONV, usando el Análisis Dinámico Incremental (IDA). El desempeño fue evaluado usando el desplazamiento lateral de la azotea (SEAOC, Vision 2000), derivas de entrepiso (HAZUS-MH MR4), y el daño en los elementos estructurales mediante los giros inelásticos en las rótulas (ASCE 41). Los resultados del EDIF-CONV mostraron que, para los sismos de 50 y 100 años, presentaría un estado funcional, daño leve, prácticamente sin requerir reparaciones. Para el sismo de 500 años, seguiría funcional, pero con daño moderado y requeriría una reparación menor en las placas. Para el sismo de 2500 años, estaría en resguardo de vida, con daño moderado más acentuado y requeriría reparaciones en las vigas y placas. En cambio, en el EDIF-DFV, para los sismos de 50 y 100 años, se encontraría operativo y casi sin daño. Para el sismo de 500 años, estaría funcional con daño leve y prácticamente sin requerir reparaciones. Para el sismo de 2500 años, seguiría funcional, pero con daño moderado y requeriría reparaciones en las placas. Para los sismos de 500 y 2500 años, las columnas adyacentes a los DFV presentarían mayor daño respecto al EDIF-CONV, pero no excederían el umbral de daño de “Ocupación Inmediata”. Se concluye que, para sismos con intensidades menores o equivalentes al sismo de 500 años, el daño del EDIF-DFV sería leve, prácticamente sin requerir reparaciones. Se recomendaría incorporar DFV en un edificio peruano convencional para disminuir los costos de reparación por daños.Item Evaluación del Desempeño Sísmico del bloque B9 del Instituto Nacional de Salud del Niño (INSN) mediante el análisis no lineal estático y dinámico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-31) Mejía Trejo, Paulo Israel; Santa Cruz Hidalgo, Sandra CeciliaEl objetivo de este trabajo fue evaluar el desempeño sísmico del bloque B9 del Instituto Nacional de Salud del Niño (INSN) mediante el empleo del análisis no lineal estático y dinámico. Para ello, se siguieron los lineamientos desarrollados en el documento del comité VISION2000 y en el código ASCE41 versión 2013 para evaluar el desempeño de estructuras. Para el análisis no lineal estático, los niveles de amenaza sísmica se modelaron según los parámetros de la norma E.030 en sus versiones 2003 y 2016, verificándose que se cumplan con los objetivos desempeño para ambos casos. En el análisis no lineal dinámico se emplearon diez registros sísmicos, característicos del país, para obtener las curvas IDA y con ellas sacar una curva representativa para evaluar si se cumplen con los objetivos de desempeño. El trabajo se dividió en siete capítulos, ordenados de la siguiente manera: En el capítulo I, se hizo una revisión de los antecedentes de la destrucción de hospitales a lo largo de los años a causa de los terremotos, la evolución de los códigos de evaluación de estructura, la amenaza sísmica local, la situación actual de los hospitales en el Perú, justificación y objetivos del trabajo. En el capítulo II, se realizó un detallado marco teórico sobre los métodos de análisis sísmicos existentes, haciéndose énfasis en los análisis no lineales. Además se hace una comparación entre el análisis no lineal estático y dinámico, mostrando las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. También se presentan los métodos empleados por el ATC40, FEMA356 y FEMA440 para obtener el punto de desempeño ante un nivel de amenaza sísmica. En el capítulo III, se desarrollan los conceptos referentes a la evaluación del desempeño sísmico de estructuras. Se brinda un repaso de los lineamientos especificados por el comité VISION200 y el ASCE41-13 como: niveles de desempeño, niveles de amenaza sísmica y objetivos de desempeño según el tipo de edificación. Además se hizo una lista con los principales documentos que evalúan la vulnerabilidad en un hospital. En el capítulo IV, se presentan las principales consideraciones y requerimientos que se deben tomar para desarrollar un análisis no lineal. Los temas que abarca este capítulo son: modelos del comportamiento de los materiales, rigideces efectivas, diagramas momento vs curvatura y modelos de plasticidad de secciones y elementos. En el capítulo V, se brindan las consideraciones generales que se tomaron para modelar los elementos estructurales en el programa de cómputo. Además se definen los niveles de amenaza sísmica para el análisis no lineal estático y los factores de escala de los registros para el análisis no lineal dinámico. En el capítulo VI, se muestra la evaluación realizada con el FEMA577, los resultados obtenidos en cada dirección según las matrices de desempeño de los códigos empleados para los niveles de amenaza modelos con la norma E.030 (versión 2003 y 2016). También se muestran las curvas IDA obtenidas en cada dirección de los registros sísmicos, además de la curva representativa. En el capítulo VII, se brindan los comentarios, conclusiones y recomendaciones sobre el trabajo realizado. Se presentan anexos con las tablas empleadas de los códigos y ejemplos detallados del modelamiento de los elementos estructurales en el programa Peform3D.Item Comportamiento sísmico de edificios asimétricos con sistemas de aislación(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-18) Garrido Chávez, César Augusto; Fernández Dávila Gonzales, Víctor IvanSe presenta la evaluación del efecto torsional en edificios de seis pisos aislados de concreto armado, considerando el efecto de las excentricidades de rigidez (er) en la superestructura. Este tipo de excentricidad produce amplificaciones significativas de desplazamientos laterales en los edificios aislados e influyen más en los aisladores de fricción. La escasez de estudios sobre este tema en particular motivó evaluar el comportamiento del aislador de fricción de triple péndulo (TFP, en sus siglas en inglés) ante los efectos de er, y para ello se planteó un análisis comparativo con el aislador elastomérico de núcleo de plomo (LRB). Los edificios de seis niveles fueron definidos a través de los siguientes parámetros: excentricidad de rigidez normalizada uni-direccional (er/r), el periodo fundamental de vibración en la dirección Y (Ty), la relación de periodos laterales en las direcciones X e Y (Ty/Tx), y el grado de acoplamiento torsional (Ω). Para el sistema de aislación se consideraron como parámetros el periodo de vibración (Tb) y el amortiguamiento del sistema (ξb); además, se evaluó de manera particular la excentricidad de rigidez normalizada uni-direccional de la base de aislación (er(ba)/r) y el grado de acoplamiento torsional del sistema (Ωba). Las estructuras fueron solicitadas mediante 7 pares de registros de aceleraciones sísmicas reales considerando acciones bi-direccionales, escaladas al espectro de diseño de pseudo-aceleraciones de la norma E.031 (2020), y sus respuestas sísmicas fueron obtenidas a partir de análisis no lineal tiempo historia. Se analizó la influencia de cada parámetro a partir de las respuestas sísmicas globales máximas tales como los desplazamientos laterales, las rotaciones de cada planta, las derivas y las aceleraciones de entrepiso. Se observó un similar comportamiento torsional empleando ambos dispositivos. Los edificios asimétricos aislados con TFP presentaron ligeramente mayores desplazamientos laterales, pues estos dispositivos no desarrollaron toda su capacidad disipativa. En general, la presencia de er generó un factor de amplificación de desplazamiento lateral respecto al edificio simétrico aislado (er= 0) de 1.24 en edificios aislados con LRB y de 1.15 en edificios aislados con TFP. Asimismo, las mejores opciones para reducir la torsión en edificios aislados con er en la superestructura consisten en aumentar Ω o mantener una relación Tb/Ty> 3.5. Adicionalmente, se comparó la influencia de la excentricidad de masa (em) y rigidez (er) en la superestructura para los edificios asimétricos aislados verificando que la presencia de em produce mayores amplificaciones de desplazamientos laterales. Además, el parámetro Ω tuvo mayor control torsional en los edificios asimétricos aislados con er que con em.Item Propuesta de reparación y reforzamiento de muros de 100 mm de espesor con ferrocemento ante carga lateral cíclica(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-25) Floriano Verde, Alfredo Giancarlo; Acero Martínez, José AlbertoEn los últimos años se ha incrementado significativamente la construcción de viviendas utilizando muros de concreto. Debido a que las demandas sísmicas en términos de fuerzas y desplazamientos son importantes en nuestro país, los edificios construidos con este sistema deben tener una gran densidad de muros en sus dos direcciones de análisis y apoyados de la resistencia inherente que otorga los muros de concreto es que se construyen con bajas resistencia de concreto (entre 15 y 20 MPa) y espesor reducido (80, 100 y 120 mm). En muros de espesores reducidos resulta imposible confinar sus extremos con estribos a corto espaciamiento o usar doble malla de refuerzo. A las edificaciones que emplean estos muros se les denomina Edificios con Muros de Ductilidad Limitada (EMDL). En relación a los defectos constructivos que estas edificaciones presentan, se ha observado la presencia de fisuras por contracción de secado del concreto y a la formación de cangrejeras debido a la congestión de acero de refuerzo en su interior. Si a estas deficiencias constructivas se suma que las estructuras de concreto están inmersas ante sismos durante toda su vida útil, entonces es importante considerar una metodología de reparación y reforzamiento de los muros de ductilidad limitada luego de un evento sísmico severo. Ante el problema anterior, la presente tesis consiste en una propuesta de reparación y reforzamiento a partir de tres muros de ductilidad limitada luego de haber sido ensayados en laboratorio ante carga lateral cíclica. Dichos muros fueron llevados hasta un nivel de daño asociado al límite de reparación para luego volver a ser ensayados reparados y reforzados.Item Evaluación experimental de la permeabilidad del concreto basado en el cambio de la relación pasta de cemento vs. cantidad de agregado. Caso de estudio con cementos y agregados peruanos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-17) Beresovsky de las Casas, Aleksey; Brioso Lescano, Xavier MaxLa permeabilidad del concreto constituye una de las propiedades más importantes de este material, en particular porque condiciona la durabilidad y vida útil de las estructuras de concreto armado. Sin embargo, esta propiedad no es del todo comprendida por los constructores y otros interesados del ámbito de la construcción, en parte por no ser común la medición de la permeabilidad en la mayoría de las obras de edificación y en parte por desconocimiento de los mecanismos que la gobiernan. Este trabajo presenta evidencia con resultados experimentales del cambio de la permeabilidad en probetas de concreto cuyos diseños de mezcla tienen relaciones agua entre cemento fijas. El reglamento nacional de edificaciones especifica en su capítulo de durabilidad del concreto, la limitación de la relación agua/cemento, resistencias a la compresión mínimas e incluso tipos de cementos (estos últimos por resistividad química) para limitar la permeabilidad para evitar el deterioro del concreto. Investigaciones realizadas previamente indican que la sola definición de estos parámetros resulta insuficiente para restringir la permeabilidad del concreto. Se busca con los resultados presentados en este documento, ofrecer un sustento para ampliar los parámetros de control de diseño de mezcla con el objetivo de restringir la permeabilidad del concreto con mayor efectividad, así como promover nuevas líneas de investigación sobre los aspectos técnicos tratados.