Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/20.500.12404/16510
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Item Reparación y reforzamiento de un muro de albañilería confinada bajo cargas gravitacionales y laterales cíclicas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-03-17) Luza Ponce, Lady Di Marillac; Quiun Wong, Daniel RobertoEn el Perú, muchas viviendas informales han sido construidas sin supervisión técnica, utilizando ladrillos o bloques de cemento. Esta situación ha generado una alta vulnerabilidad frente a sismos, especialmente en áreas donde la autoconstrucción predomina. Con el objetivo de reducir este riesgo, se han desarrollado diversas técnicas de reparación y reforzamiento que buscan mejorar la seguridad estructural de estas edificaciones. Este estudio tuvo como objetivo principal evaluar la eficacia de una técnica de encamisado con malla electrosoldada. Para ello, se inició con la caracterización de los materiales empleados, mediante diversos ensayos realizados en ladrillos huecos tipo King Kong. Estas pruebas incluyeron ensayos clasificatorios y no clasificatorios, complementados con los ensayos de cuatro pilas y cuatro muretes de albañilería para determinar las propiedades mecánicas de este material. Una vez completada esta etapa, se construyó un muro de albañilería confinada a escala natural, con los ladrillos huecos. Este muro fue sometido a un ensayo de carga axial constante de 110 kN, combinada con una carga lateral cíclica, hasta alcanzar su límite de reparabilidad. Luego de este primer ensayo, se realizó la intervención del muro mediante un proceso de reparación en las zonas dañadas. Posteriormente, el muro fue reforzado utilizando malla electrosoldada en ambas caras, completando el procedimiento con un tarrajeo para asegurar una integración uniforme con el muro de albañilería. El muro reforzado fue sometido a las mismas condiciones de carga que el muro original, pero esta vez con un desplazamiento lateral mayor, para analizar su desempeño estructural y la mejora en su capacidad resistente. El costo estimado de aplicar esta técnica de reparación y reforzamiento es de aproximadamente el 55 % del costo de construir un muro nuevo, lo cual equivale a USD 38.5 por metro cuadrado, incluyendo materiales y mano de obra. Además de su viabilidad económica, esta solución permite una instalación rápida, sencilla y eficiente estructuralmente. Los resultados obtenidos mostraron que, después de la reparación y reforzamiento, la capacidad del muro para resistir cargas laterales aumentó en un 40%, aumentando la resistencia con un buen comportamiento más allá de la deriva límite de la norma. Asimismo, se recuperó el 96% de la rigidez lateral, muy similar al original. La técnica de reparación y reforzamiento demostró ser bastante efectiva para mejorar el desempeño del muro.Item Estimación del factor de reducción de fuerza sísmica para sistemas estructurales duales de edificaciones esenciales categoría A2(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-03-03) Adauto Illanes, Benjamín Víctor; Velásquez Vargas, José MartínLas normas sísmicas emplean un factor de reducción de la fuerza sísmica (R) para ajustar los espectros de diseño elásticos a inelásticos, crucial para indicar la demanda de ductilidad y determinar la fuerza cortante basal de diseño. Las estructuras esenciales de categoría “A2”, como hospitales, centros educativos y cuarteles, deben mantener su funcionalidad tras un sismo significativo. En zonas sísmicas Z4, Z3 y Z2, estas estructuras, de baja altura y con periodos menores a 0.5s, utilizan sistemas duales con un factor R=7 (MVCS, 2018). Sin embargo, estas edificaciones, aunque rígidas y de baja ductilidad, tienen un factor de reducción sísmica elevado. Este estudio busca estimar el factor R para estructuras esenciales “A2” y asociar estos factores a niveles de ductilidad. Para ello, se evaluaron 74 estructuras regulares con derivas menores a 0.007 y fuerzas cortantes en muros entre 20% y 80% de la cortante basal. El factor de reducción por ductilidad para sistemas de un grado de libertad (Rμ1GDL) se calculó usando el modelo de histéresis gamma (Lestuzzi & Badoux, 2003). Factores RΩ y RY se obtuvieron mediante análisis estáticos no lineales (Pushover), y los factores RμVGDL se determinaron con análisis no lineales tiempo historia. El diseño en concreto armado y los análisis no lineales se realizaron en el software Opensees v2.5.0, y Matlab R2017b se usó para la demanda sísmica. Los resultados indican que el factor R para sistemas estructurales duales de edificaciones esenciales categoría A2, con periodos de 0.12s a 0.34s y ductilidades de 2 a 4, varía entre R=1.10 y R=2.11, sugiriendo que deben diseñarse para fuerzas sísmicas mayores a las requeridas actualmente.Item Protección sísmica de un puente continuo con aisladores sísmicos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-03-03) Ordoñez Lima, Ruben Dario; Acero Martínez, José AlbertoEn Perú, el diseño sísmico de puentes se fundamenta en el método de fuerzas, que emplea conceptos de ductilidad para soportar sismos severos. Sin embargo, esto no garantiza la operatividad del puente, dado que el nivel de daño que puede sufrir es incierto. Por esta razón, es esencial que los puentes cuenten con dispositivos de protección sísmica; entre los más utilizados en el mundo se encuentran los aisladores sísmicos, que aseguran la operatividad del puente ante eventos sísmicos severos. Así, el objetivo de esta tesis es describir el procedimiento adecuado para diseñar la protección sísmica de un puente continuo con aisladores sísmicos, así como su diseño estructural. La tesis se desarrolló en función de los siguientes conceptos: la descripción del comportamiento estructural de los aisladores sísmicos, la elección y configuración estructural del puente, el análisis estructural del puente con su sistema de aislamiento, el análisis del desplazamiento máximo y la generación de la curva bilineal del aislador en función de las propiedades dinámicas del puente, el diseño y la generación de la curva bilineal del aislador de acuerdo con sus propiedades mecánicas, y el diseño estructural del puente. Este procedimiento es guiado por las normas AASHTO. Una forma de verificar el procedimiento de diseño de la protección sísmica de un puente es mediante las curvas bilineales de análisis y diseño del aislador, que en esta tesis son similares. Esto valida que el cálculo del desplazamiento máximo del aislador fue correcto. Además, el diseño estructural del puente cumple con los criterios de resistencia y deformación, lo cual se verifica mediante el ratio de demanda frente a capacidad, que es menor a uno.Item Comparación del desempeño sísmico de edificios con muros de ductilidad limitada reforzado con malla de acero dúctil y malla electrosoldada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-03-03) Caro Morales, Nátali Bianca; Acero Martínez, José AlbertoEste estudio pretende comparar el desempeño sísmico de edificios con muros de ductilidad limitada (MDL) utilizando dos tipos diferentes de reforzamiento principal que son la malla de acero dúctil y la malla electrosoldada. Para esto se eligió un arquetipo comúnmente utilizado para viviendas en Lima, considerando como parámetros principales la densidad de los muros, la cantidad de niveles, el grosor de las paredes, la altura de los entrepisos, el área de cada departamento y el tipo de suelo. Se desarrollaron modelos computacionales utilizando el modelo de fibras en el programa ETABS, estos modelos fueron previamente calibrados con las pruebas de laboratorio efectuadas en muros de ductilidad limitada con malla de acero dúctil y malla electrosoldada. Se efectuó el análisis estático con enfoque no lineal, denominado método pushover, obteniéndose la curva de capacidad la cual será utilizada para evaluar el desempeño de la estructura ante varios niveles de demanda sísmica. La investigación culmina con la comparación de resultados entre ambos casos de estudio, demostrando que los muros reforzados con malla de acero dúctil presentan un mejor comportamiento sísmico en términos de capacidad de carga y deformación en comparación con los muros reforzados con malla electrosoldada. Este hallazgo sugiere que el uso de malla de acero dúctil puede mejorar significativamente la seguridad y el desempeño de las edificaciones con MDL ante eventos sísmicos.Item Propuesta para el diseño sísmico de edificios altos con albañilería confinada en Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-02-26) Escamilo Rodríguez, James Paúl; Quiun Wong, Daniel RobertoLa falta de planificación urbanística en el Perú, como en otros países de Latinoamérica, ha generado un descontrolado crecimiento de las ciudades. Como consecuencia, se ha dado el alejamiento del núcleo social y laboral de las personas, aumentando su costo de vida y tiempo de traslado, por ello, se propone el crecimiento vertical de las ciudades mediante edificios multifamiliares para optimizar la poca disponibilidad de espacios y aprovechar el espacio aéreo. Dado esto, investigadores de otros países tomaron interés en encontrar sistemas estructurales como alternativas para el diseño de edificios medianos y altos (se denomina edificios medianos a los que tienen entre cinco y diez pisos, y edificios altos a los que tienen diez o más pisos). En este contexto, se han propuesto edificaciones de albañilería por ser un material económico, de fácil adquisición y sencilla construcción. Por este motivo y porque en el Perú el diseño de edificios medianos de albañilería es un terreno inexplorado, se toman como referencia las investigaciones y metodologías utilizadas en otros países, pero aplicándolas a la realidad peruana. No obstante, para que el diseño de edificios medianos y altos con albañilería confinada sea posible, se necesita cambiar el enfoque de diseño convencional, es decir, que los muros de albañilería ya no fallen a corte, sino a flexión. Además, para que esta falla sea estable, se necesitan cuatro requerimientos: 1) unidades de albañilería de alta resistencia, 2) muros con relación de aspecto cercano a dos, 3) refuerzo horizontal en los muros y 4) cuantía de acero mínimo en los elementos de confinamiento. En este proyecto se toma como muestra representativa un edificio multifamiliar de diez pisos de albañilería confinada (el doble de lo permitido según la norma peruana E.070). Dicho edificio es sometido a un análisis estático no lineal Pushover para verificar su desempeño y seguridad estructural. Finalmente, se pretende demostrar que la albañilería confinada puede ser una alternativa de solución para diseñar y construir edificios de más de cinco pisos de altura, siempre y cuando se cambie el modo de falla de cortante a flexión y se tenga una unidad de albañilería acorde a las demandas solicitadas.Item Influencia de la relación de aspecto en el desempeño sísmico de vigas de acoplamiento de concreto armado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-23) Espino Guevara, Jorge Luis; Silva Berríos, Wilson EdgarLos muros de corte de concreto armado, conectados por vigas de acoplamiento, constituyen un sistema estructural sismorresistente muy utilizado en nuestras edificaciones. El diseño reglamentario de las vigas de acoplamiento proporciona expresiones para lograr un adecuado comportamiento estructural, el cual está controlado fundamentalmente por la relación de aspecto (longitud/peralte: “ln/h”), la forma del armado principal (diagonal o convencional) y la separación del refuerzo transversal. La variación geométrica de ln/h conduce a una clasificación de las vigas de acoplamiento en: las de muy baja relación de aspecto (ln/h < 0.5), las de baja relación de aspecto (ln/h < 2.0), controladas por cortante, susceptibles a degradación de resistencia y de rigidez bajo acciones sísmicas, donde se requiere la colocación de refuerzo en diagonal para cuando se supere un cierto valor de cortante; o las de alta relación de aspecto (ln/h ≥ 4.0), controladas por flexión, donde solo se requiere refuerzo convencional. Sin embargo, para valores de aspecto intermedio (2.0 ≤ ln/h < 4.0) dejan a criterio del proyectista considerar si se trata de vigas de “alta” o “baja” relación de aspecto. La presente investigación, compara el comportamiento y/o desempeño sísmico de siete (7) vigas de acoplamiento con relaciones de aspecto entre 2.0 ≤ ln/h ≤ 3.5 reforzadas convencionalmente y con refuerzo transversal igualmente espaciados, analizadas en un programa de análisis no lineal por elementos finitos, denominado DIANA FEA. Para cada viga se estudian varios parámetros estructurales, tales como, la capacidad resistente a cortante y a flexión, la ductilidad efectiva, la degradación de resistencia y de rigidez, el amortiguamiento viscoso equivalente, la energía disipada, la distribución de esfuerzos principales en el concreto y en las barras de acero del elemento, y el patrón de agrietamiento. Antes del análisis de las vigas, se ha realizado una calibración con la data de un ensayo experimental realizada por terceros. La investigación concluye que las vigas de acoplamiento reforzadas convencionalmente con una relación de aspecto mayor o igual a 2.5 serían las más adecuadas, por mostrar mejores parámetros estructurales de desempeño.Item Influencia del patrón de carga lateral sobre la curva de capacidad y energía disipada en pórticos de concreto armado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-28) Quiroz Rojas, Edward Alberto; Quiun Wong, Daniel RobertoEn el Perú existen muchos tipos de edificios con uso variable tales como oficinas, hospitales, comerciales, etc. Muchos de los cuales presentan configuraciones estructurales en base a pórticos de concreto armado y poseen poca rigidez lateral, originando grandes deformaciones laterales durante la ocurrencia de un evento sísmico. El comportamiento estructural de dichas estructuras puede ser evaluado por diferentes métodos, uno de ellos es el análisis estático incremental o análisis pushover. Sin embargo, la respuesta estructural traducida en la curva de capacidad y la energía disipada depende del patrón de carga lateral empleado en el análisis. La presente tesis comprende el estudio de pórticos de concreto armado de 4, 8, y 12 pisos y cada uno de 3, 4, y 5 vanos con sistema estructural regular evaluados ante cargas laterales incrementales mediante un análisis estático no lineal pushover, estos patrones de cargas son uniforme, triangular, modal y modal adaptivo. A fin de determinar el patrón de carga que refleje el comportamiento más conservador se compararon los resultados del empleo de dichos patrones con los resultados obtenidos de un análisis dinámico incremental. Los resultados obtenidos muestran que, en el rango lineal, existe une ligera sobre estimación de la rigidez inicial K1 para los patrones de carga triangular, modal y adaptivo. En el rango no lineal, la rigidez posfluencia K2 para todos los patrones de carga representa aproximadamente el 60% de la rigidez posfluencia obtenida del análisis dinámico incremental. Los patrones de carga triangular, modal y adaptivo dan valores de disipación de energía conservadores comparados con la energía obtenida del análisis dinámico incremental.Item Diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando redes neuronales artificiales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Cusiquispe Rocca, Roy; Velásquez Vargas, José Martín; Rodríguez Reyna, Carlos AlbertoEl diseño estructural de edificaciones involucra procesos repetitivos que buscan determinar las dimensiones adecuadas de los elementos estructurales y los parámetros sismorresistentes, que cumplan los requerimientos mínimos de la Normativa Técnica Peruana. Estos procesos son tediosos, propensos a errores y produce pérdidas de tiempo; haciendo que el diseño estructural sea, ineficiente y sobredimensionado, derivando en un mayor uso de materiales de construcción e incremento del costo de construcción. Para evitar estos problemas, la presente investigación tiene el objetivo de realizar un diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando Redes Neuronales Artificiales (RNA). Para alcanzar este objetivo se construyeron modelos de RNA, que tienen la capacidad de predecir ratios, que permiten estimar la geometría de los muros estructurales (placas) y columnas, además, predecir parámetros sismorresistentes: periodos, derivas máximas, desplazamientos máximos del último nivel y cortante basal. La estructura de las RNA, estuvo compuesta por: una capa de entrada, formada por las características geométricas y sísmicas, que caracterizan a las edificaciones, extraídas de 51 proyectos existentes con sistemas estructurales: muros estructurales, y dual; ubicados en la ciudad de Lima; una capa oculta, que proporciona robustes y eficacia; y una capa de salida, compuesta por los valores objetivo: ratio de muros estructurales (placas), ratio de columnas, y parámetros sismorresistentes. Los resultados finalizaron con la construcción de 11 modelos de RNA, estos fueron entrenados, validados y probados. En la etapa final se implementó los modelos de RNA en un caso práctico, logrando resultados coherentes a un diseño estructural convencional. En conclusión, se demostró que las Redes Neuronales Artificiales tienen la capacidad de desarrollar un diseño estructural preliminar; con un mínimo Error Medio Cuadrático (MSE) y con valores de R cuadrado ajustado superior al 83% y 77%, para la predicción de ratio de muros estructurales y columnas, y parámetros sismorresistentes, respectivamente.Item Influencia de la configuración irregular en planta sobre el comportamiento sísmico de estructuras(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-31) Villafuerte Lujano, Ingrid Angela; Fernández-Dávila Gonzales, Víctor IvanEn el análisis y diseño sismorresistente de edificaciones, la hipótesis de diafragma rígido (DR) es utilizada frecuentemente, sin embargo, las edificaciones con tipologías de plantas irregulares tienen respuestas diferentes en su desempeño sismico, estas estructuras concebidas obedecen a necesidades espaciales, funcionales y bioclimáticas. Por consiguiente, es necesario evaluar la configuración irregular en planta sobre el comportamiento sísmico de estructuras de concreto armado considerando las condiciones de la hipótesis de diafragma rígido (DR) y diafragma flexible (DF). Al realizar el análisis dinámico modal espectral para los edificios de concreto armado de 4 y 8 niveles utilizando la hipotesis de DR y DF de las tipologias L, T, H y U, se evidenció que los casos de estudio de 8 niveles con DR y DF presentaron diferencias en los periodos de vibración en un 90.3%, los desplazamientos laterales en un 70.34% en dirección X y un 156.84% en dirección Y. Los modelos con DF obtuvieron periodos de vibración más largos y generaron mayores deflexiones de la estructura debido a la deformación de la losa en su plano, no obstante los modelos con DR presentaron fuerzas cortantes más conservadoras. El modelo H presentó mejor desempeño sísmico frente a las demás tipologías, debido a su simetría estructural y su menor excentricidad. Al realizar el análisis estático no lineal Pushover, se evidenció diferencias en capacidades de fuerza cortante basal de los casos de estudio de 8 niveles con DR del 37.75% entre la tipología H y U. El modelo U demostró una mayor capacidad de resistencia ante cargas laterales en dirección Y, sin embargo al evaluar la ductilidad de desplazamiento, las tipologias H y T obtuvieron mayor valor. Se obtuvo las curvas de fragilidad, donde el modelo T presentó la mayor probabilidad de colapso con un valor de Sd4=28% en dirección X. Al evaluar mediante el análisis dinámico no lineal Tiempo Historia los casos de estudio de 8 niveles con DR, el modelo H obtuvo una mayor capacidad de resistencia de fuerzas cortantes en la base en dirección Y.Item Desarrollo de un concreto para impresión 3D con agregado reciclado proveniente de conchas de abanico (RCA), residuos de construcción y demolición (RCD) y residuos de polietileno tereftalato (RPET)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-30) Tudela Laura, Marcell Hasser; Silva Mondragón, Guido LeonardoLa impresión 3D de concreto se enfrenta a desafíos significativos debido a la escasez global de arena natural, un recurso crítico en su fabricación. Sin embargo, la disponibilidad de Residuos de Construcción y Demolición (RCD), Residuos de Conchas de Abanico (RCA) y Polietileno Tereftalato reciclado (RPET) brinda una oportunidad para abordar esta escasez. Esta tesis se centra en el desarrollo y validación de una metodología de diseño de mezclas de concreto que integra estos agregados reciclados, basándose en el modelo de Funk & Dinger para obtener una granulometría continua ideal, con el objetivo de crear una alternativa viable en la impresión 3D de concreto. La metodología propuesta ha sido meticulosamente diseñada, considerando aspectos clave como la reología rotacional, para asegurar que las mezclas resultantes sean no solo imprimibles, sino que también presenten propiedades reológicas adecuadas. Para lograrlo, se realizaron ensayos experimentales en laboratorio, como ensayos de extrusión, bombeabilidad, ensayos reológicos y pruebas de impresión en 3D a mediana escala, para validar los diseños estudiados. Los resultados obtenidos demostraron que la integración de RCD, RCA y RPET puede satisfacer los requisitos reológicos sin comprometer la calidad constructiva del concreto. Este hallazgo no solo tiene implicaciones prácticas inmediatas para la impresión 3D de concreto, sino que también contribuye significativamente a la economía circular en la industria de la construcción. El impacto científico de esta investigación es considerable, ya que proporciona una metodología replicable y sustentable. Además, establece un precedente para futuras investigaciones, abriendo el camino hacia la optimización de mezclas de concreto con otros tipos de agregados reciclados y la exploración de nuevas aplicaciones en el campo de la impresión 3D de concreto.