Ingeniería Civil (Mag.)
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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 Diseño comparativo de edificación de 7 pisos con aislamiento de base utilizando acero grado 60 y 75(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-14) Enciso Miranda, Fernando Ubaldo; Quiun Wong, Daniel RobertoEl Perú está ubicado en el conocido cinturón de fuego, donde interactúan la placa de nazca bajo la sudamericana, el mismo que se desarrolla con una velocidad promedio de 7-8 cm/año (DeMets et al, 1980; Norabuena et al, 1999), por lo que estamos expuestos a movimientos tectónicos importantes con periodos de recurrencia cortos, terremotos que han causado muchas muertes e ingentes perdidas económicas; Arequipa está ubicada en una zona sísmica. Debido a esta amenaza sísmica es que la innovación tecnológica estructural propone la protección sísmica de las estructuras a través de dispositivos pasivos como aisladores y disipadores de energía visco elásticos, de fricción o metálicos. Estos permiten que las estructuras tengan un mejor comportamiento estructural, desacoplando la estructura del suelo con estos dispositivos reduciendo drásticamente el movimiento sísmico en la superestructura, pudiendo ser imperceptible por los usuarios, mejorando su funcionalidad y operatividad de la edificación postsismo; sin embargo, se tiene un incremento en el costo comparado con un diseño tradicional. Al no tener mucha demanda sísmica la superestructura, se puede utilizar aceros de alta resistencia para reducir secciones de concreto y minimizar densidades de acero pudiendo tener intersecciones de acero (nudos) con poca interferencia. En la tesis se utiliza aisladores LRB (goma con núcleo de plomo) para una edificacion de 7 pisos regular en planta y elevación, con una relación de esbeltez de 2, presentando dos estructuraciones dual y aporticada. Comparamos sus características estructurales de las edificaciones para un diseño convencional y luego de proponer el sistema de aislamiento con 2 tipos de dispositivos LRB para cada estructuración se diseña la propuesta de edificacion aislada con estructuración dual con acero de construcción grado 60 y la edificacion aporticada con acero grado 75. Se realiza una comparación de metrados y presupuesto de partidas de estructuras para las 2 estructuraciones con cantidades de acero y concreto en columnas y vigas. Se concluye que es conveniente estructurar las edificaciones aisladas aporticadas y utilizar acero grado 75 u 80 sin incrementar sustancialmente el costo de una edificacion aislada.Item Desarrollo de funciones de vulnerabilidad para viviendas de adobe de uno y dos niveles en la ciudad del Cusco(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-07-12) Sumerente Cortez, Giovanni Alexis; Lovon Quispe, Holger MarioDespués del terremoto de Mw 6.0 en 1950, la ciudad de Cusco fue casi reconstruida y expandida. Sin embargo, la ciudad evolucionó de forma desorganizada y mantuvo el uso de la mampostería de adobe como material principal para los edificios. Hoy en día, el adobe continúa siendo utilizado por los habitantes debido a su bajo costo, sus propiedades térmicas, el uso de mano de obra no calificada y la tradición de construir con adobe en las tierras altas peruanas. Según las encuestas realizadas en Perú en 2017, casi el 67% de las viviendas rurales en Cusco están hechas de mampostería de adobe. Los terremotos anteriores y las pruebas de laboratorio han demostrado que las viviendas de adobe (sin refuerzo) pueden colapsarse durante un terremoto. Por lo tanto, la evaluación de la vulnerabilidad de las viviendas de Cusco es necesaria para desarrollar políticas de contingencia y mitigación de riesgo. Las curvas de fragilidad son parámetros clave en la evaluación de la pérdida sísmica. Relacionan la probabilidad de sobrepasar un cierto estado de daño en función de un determinado parámetro de demanda de ingeniería, como el PGA. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar curvas de fragilidad para los edificios de adobe de la ciudad del Cusco, teniendo en cuenta los parámetros locales. Se examinó casas de adobe de uno y dos niveles, representativas de la tipología de construcción local, con el fin de recopilar información relacionada con sus propiedades geométricas. Luego, se crearon 1000 edificios artificiales siguiendo la simulación de Monte Carlo basada en las estadísticas investigadas. La capacidad estructural de cada edificio se representó mediante una curva de capacidad bilineal simplificada para el mecanismo en el plano y una curva de capacidad trilineal para el mecanismo fuera del plano.Item 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 NicolaLas 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.Item Modelo numérico para evaluar el comportamiento sísmico de una vivienda de adobe de dos pisos con refuerzo metálico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-26) Quintanilla Herrera, Elisa Raquel; Blondet Saavedra, Jorge MarcialEl adobe es el material constructivo más usado por personas pobres en el Perú. Durante los últimos cincuenta años se han realizado numerosas investigaciones en la PUCP para conocer, predecir y evaluar el comportamiento de este material así como reducir su vulnerabilidad sísmica reforzándolo con diferentes sistemas y materiales constructivos de bajo costo y fácil instalación. Estos esfuerzos se han registrado en artículos científicos y manuales de construcción de viviendas de adobe que ha publicado la Universidad. El profesor Joseph Adell, plantea el empleo de una adaptación del sistema ALLWALL, consistente en cerchas tridimensionales para reforzar viviendas de adobe, con ello se genera una nueva investigación a través de un Proyecto UPM-PUCP, creándose un primer modelo experimental para una vivienda de dos pisos que se somete a ensayo de simulación sísmica en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad. Durante el ensayo de simulación sísmica, se apreció que la estructura representa de manera realista su respuesta en el rango elástico, los adobes aportan principalmente masa y el Sistema de Albañilería Integral (en adelante SAI) incrementa su ductilidad. El trabajo de investigación presentado a continuación, procesa y determina las características dinámicas del modelo experimental, elabora un modelo analítico que represente su respuesta sísmica en el rango elástico utilizando el método de elementos finitos y compara el comportamiento de ambos, determina la efectividad del sistema de refuerzo y su factibilidad de aplicación. Queda pendiente el desarrollo de un modelo que prediga el comportamiento inelástico de estructuras de adobe, así como la representación precisa de la interacción entre muros de adobe y su refuerzo con el ALLWALL System que podrán ser abarcados como líneas futuras de investigación.Item Estimación de funciones de vulnerabilidad sísmica en edificaciones con base en procedimientos probabilísticos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-01-27) Maldonado Salvatierra, Orlando Oscar; Zeballos Cabrera, AntonioLa estimación de funciones de vulnerabilidad se obtuvo mediante la estimación del costo medio y desviación estándar debido a daño sísmico producido por una cierta intensidad de evento sísmico, para una tipología estructural específica que caracterizan la incertidumbre del costo de daño desde el punto de vista probabilístico dado una intensidad sísmica que se asume aleatoria. El daño y su estimación se evaluaron para los elementos estructurales (columnas, vigas, losas aligeradas, placas etc.) y los no estructurales (tabiques, equipos, tuberías, instalaciones, vidrios, etc.). También se incluye los costos derivados de las pérdidas parciales o totales de funcionalidad del sistema estructural. Las curvas de vulnerabilidad son utilizadas como parte del análisis de riesgo sísmico que comprende las siguientes etapas: •Análisis del peligro sísmico •Análisis de la exposición del inventario de estructuras, edificios y actividades sujetas a riesgo •Análisis de vulnerabilidad, que es la estimación de daño y costo en una estructura o tipología específica en una zona determinada •Evaluación del riesgo de una estructura, un área o una región sometida a cierta amenaza sísmica. Se explica el procedimiento para la obtención de las funciones de vulnerabilidad, presentando la teoría necesaria que explica la metodología seguida por el programa “Probabilistic Seismic Vulnerability Tool” (PSVT) en su primera versión del año 2015. El cálculo de la probabilidad sísmica se obtiene mediante Simulación Monte Carlo (SMC), de modelos de edificaciones simples de una o dos plantas y posibilita estimar respuesta mediante modelos de un grado de libertad no lineales. La metodología seguida permite evaluar el comportamiento de la estructura para una ductilidad permisible (μ) considerando un sistema de un grado de libertad (1GL). Esto se decidió sobre la base de la deformación permisible y la capacidad de ductilidad que pueden alcanzar los materiales y del detallado del diseño seleccionado. La metodología también permite estimar la deformación de una estructura existente en la cual debe evaluarse su desempeño considerando un sistema de 1GL, previamente se determina la masa (m), la rigidez inicial (k) y la resistencia a la cedencia (fy) a partir de sus dimensiones, tamaño de los elementos y el detallado de diseño (refuerzos en estructuras de concreto reforzado, conexiones de las estructuras de acero, etc.) Nuestro estudio se centra en las clases C1mck 1GL y C2 mckFy 1GL, predeterminadas en el programa PSVT. El modelo C1mck 1GL corresponde a un modelo lineal de 1GL que mediante la inclusión del factor de coeficiente inelástico de deformación se estima el desplazamiento máximo lateral en el rango inelástico mediante simulación, para obtener finalmente las curvas de vulnerabilidad. El modelo C2 mckFy 1GL corresponde a un modelo inelástico de 1GL que utiliza un modelo de comportamiento histéretico elastoplástico, a partir de la deformación de fluencia, rigidez del sistema y de la relación de rigidez (rigidez post-fluencia entre la rigidez en rango elástico) se obtienen los desplazamientos máximos inelásticos para finalmente mediante Simulación Monte Carlo (SMC) obtener la curva de vulnerabilidad. Para explicar el procedimiento de verificación de desempeño, se seleccionó una edificación común (vivienda) y un bloque típico de una edificación esencial (colegio), ambas edificaciones corresponden a construcciones formales por lo que cuentan con licencia de construcción y su diseño ante cargas laterales está basado en la Norma Técnica E030 “Diseño Sismorresistente”. Se ha generado el modelo de demanda sísmica, modelo estructural para la simulación, y su análisis hasta determinar las funciones de vulnerabilidad. Los resultados muestran que las curvas de fragilidad dan un valor bajo o nulo de presentar una probabilidad de colapso, lo que cumple con la filosofía de diseño de la Norma Técnica E030 “Diseño Sismorresistente”. La estimación de la curva de vulnerabilidad permite determinar el costo de reparación de las estructuras para un escenario de demanda sísmica, y por el porcentaje de vulnerabilidad que alcanzaron las estructuras ante escenario caracterizado por un valor máximo de aceleración (PGA), no es necesario reforzar las edificaciones analizadas.Item Efecto del ángulo de incidencia sísmica en la respuesta no-lineal de edificaciones de concreto armado con sistema dual(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-06-19) López Saucedo, Anthony Alexis; Fernández-Dávila Gonzales, Victor IvánEl efecto del ángulo de incidencia del sismo no es un problema trivial para países de alta sismicidad. Muchos códigos internacionales recomiendan a los diseñadores excitar sus edificios en los ejes principales usando sismos bidireccionales y métodos de combinatoria para estimar la respuesta total. Sin embargo, algunos autores han concluido que las respuestas de edificios solicitados en las direcciones principales pueden no ser las máximas. En consecuencia, esta investigación busca evaluar el efecto del ángulo de incidencia de sismos bidireccionales en la respuesta sísmica de edificaciones de concreto armado con sistema dual (pórticos y muros de corte). Este efecto será medido comparando las respuestas sísmicas de edificios bajo condiciones de ángulo crítico de incidencia y máxima amplificación. Los edificios a estudiarse serán generados a partir de un modelo paramétrico, el cual será evaluado mediante análisis no lineal tiempo historia. Las estructuras serán solicitadas usando 7 registros de aceleraciones sísmicas reales, variando el ángulo de incidencia. Se ha tomado como referencia para este estudio los edificios de 5 niveles. Los resultados muestran que, en algunos casos, las respuestas no lineales máximas para un determinado ángulo pueden ser hasta 50% mayores a las obtenidas usando metodologías establecidas por códigos nacionales e internacionales (E030, ACI, Eurocódigo). Además, la metodología RotD50 se muestra como alternativa a la incertidumbre causada por la ubicación del ángulo de incidencia crítico, según los resultados de este estudio.Item Evaluación del desempeño sísmico de puentes continuos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-22) Vargas Bejarano, Cesar Isidoro; Zegarra Bejarano, LuisEn esta tesis se utilizan dos métodos para la evaluación sísmica de puentes. Los métodos usados son el análisis dinámico incremental y simulación de Montecarlo usando Redes neuronales artificiales para la generación de curvas de fragilidad. El análisis dinámico incremental arroja una base de datos bastante amplia. El tratamiento estadístico utilizado abarca conceptos tanto de estadística descriptiva como inferencial. Así se presentan histogramas, frecuencias relativas acumuladas, valores de centralización, dispersión etc. Desde el punto de vista poblacional se presentan los valores de media y proporción poblacional para muestras pequeñas. Para la media se usó el teorema del límite central con la distribución t-student y para la proporción la distribución normal. El segundo método es un proceso de simulación con Montecarlo usando redes neuronales artificiales. Montecarlo toma la muestra de manera aleatoria, debido a esto para obtener resultados confiables se necesitan muchas simulaciones que conllevaría a un costo numérico muy alto. Por ello se usó las redes neuronales artificiales como “reemplazo” del modelo estructural no lineal. Para lograr esto la red se “entreno” con una base de datos del modelo estructural. Para la regresión se utilizó una red supervisada tipo feedforward (red hacia adelante), con el algoritmo de entrenamiento backpropagation (retropropación). La conclusión del trabajo confirma que con la red neuronal artificial se obtienen errores aceptables demostrando que es un MÉTODO DE REGRESIÓN poderoso para sistemas no lineales. La metodología propuesta demostró ser un método de simulación práctico debido a que usa redes neuronales entrenadas para generar curvas de fragilidad. Esto debido a que las redes neuronales tienen un costo numérico menor a un análisis dinámico no lineal.Item Evaluación del desempeño sísmico de tres opciones de reforzamiento incremental en edificaciones educativas típicas construidas antes de 1997(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-11) Loa Canales, Gustavo Juan Franklin; Santa Cruz Hidalgo, Sandra Cecilia; Muñoz Peláez, Juan AlejandroLos colegios típicos peruanos fueron construidos con el antiguo código de diseño sismorresistente de 1977, el cual no garantiza la seguridad de la población estudiantil. Los colegios tipo 780 PRE, aproximadamente 12000 edificaciones, son los más representativos construidos siendo casi el 25% del total de colegios del Perú. Estas edificaciones ya que han presentado gran daño en los terremotos pasados teniendo una falla común conocida como columna corta, es decir, columnas esbeltas parcialmente restringidas por paredes de relleno que al ser sometidas al movimiento sísmico sufrieron fallas por corte. MINEDU y el Banco Mundial ya han presentado una propuesta de reforzamiento sísmico incremental de estos colegios con técnicas de bajo costo con el fin de ejecutar fácilmente en todo el país sin tener ninguna interrupción en su funcionamiento. El proyecto presentó tres técnicas de reforzamiento, consistiendo cada una en tres fases. El presente trabajo de investigación consistirá en validar las tres opciones de reforzamiento propuestas mediante métodos de análisis no lineal de la estructura: (a) método de espectro de capacidad; y (b) método IDA. Estos se basan en la Ingeniería basada en desempeño, PBEE. Los resultados de estos análisis confirman que se podría implementar un plan masivo de refuerzo incremental para reducir el riesgo de una gran parte de la población estudiantil del Perú. Con el método IDA se estimará la respuesta estructural tanto global y local de la estructura y se estimaran los estados de daño de la estructura para un sismo ocasional y un sismo raro. Además, se estimará los costos de reparación de la estructura actual y reforzada, validando el beneficio económico del reforzamiento.Item Vulnerabilidad sísmica de una edificación escolar típica módulo 780 Pre NDSR-1997 mediante modelos no lineales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-11) Quiroz Rojas, Edward Alberto; Santa Cruz Hidalgo, Sandra CeciliaLa presente tesis denominada “Vulnerabilidad sísmica de una edificación escolar típica módulo 780 Pre NDSR-1997 mediante modelos no lineales” comprende el estudio de dos módulos escolares de dos y tres pisos denominados 780 Pre NDSR-1997 en el departamento de Lima, específicamente en Lima Metropolitana, esta denominación se debe a que fueron construidos bajo los lineamientos normativos antes de la norma de diseño sismorresistente del año 1997. La vulnerabilidad sísmica de los módulos se obtuvo partir de las “funciones de vulnerabilidad” en el que se relacionó la distorsión máxima de la estructura y el daño esperado obtenido a partir de la curva de capacidad bilinealizada relacionando los desplazamientos máximos en el techo con cada nivel de daño dado. Para la determinación de la respuesta de la estructura en términos de distorsión máxima se empleó la metodología propuesta por Miranda con parámetros en el rango elástico y parámetros en el rango inelástico. En el capítulo I se muestra una descripción estadística de la problemática de los colegios existentes, y los lineamientos seguidos por el Gobierno a través del PRONIED a fin de mitigar los daños ocasionados por eventos sísmicos a estas construcciones. Se describen además los objetivos del estudio. En el capítulo II se describen los antecedentes de estudios que preceden a la presente investigación específicamente estudios de desempeño y vulnerabilidad sísmica a colegios pre y post Norma de diseño sismorresistente del año 2007. En el capítulo III se presenta el marco teórico y conceptual de los procedimientos tomados para realizar el presente estudio. Se ven temas como modelos no lineales de los materiales, respuesta no lineal de los elementos y de la estructura, procedimientos y métodos para evaluar el daño de estructura y los niveles de desempeño sísmico de las mismas. En los capítulos IV y V se describen los procedimientos para la evaluación de la vulnerabilidad y los resultados de los análisis realizados.