Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes

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Análisis comparativo de la incorporación de aisladores de FPT, amortiguadores FVD y outriggers de concreto como solución para reducción de derivas aplicado a un edificio de 30 pisos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-13) Cépeda Alcázar, Diego Elías; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Las soluciones de protección sísmica como aisladores, amortiguadores o outriggers son muy usados alrededor del mundo para poder proyectar edificaciones complejas debido a su considerable altura. Por ejemplo: el Sendai Mt Building, ubicado en Japón, cuenta con una altura de 84.9 metros y está aislada sísmicamente. La torre Mayor, ubicada en México, cuenta con 57 pisos y hace uso de amortiguadores de fluido viscoso como método de protección sísmica. Finalmente, la torre de Shanghái, ubicada en china, es un rascacielo que cuenta con un centro de muros conectados a través de outriggers a las columnas perimetrales como método de protección sísmica. Estas soluciones de protecciones sísmicas han permitido asegurar la operatividad de los edificios ante diferentes eventos sísmicos en sus respectivos países. En la presente investigación se abordarán las tres soluciones de dispositivos de protección sísmicas aplicados a un edificio de concreto armado de 30 pisos ubicado en la ciudad de Lima y se buscará generar un aporte al área de estructuras orientadas al diseño de edificios altos, se interpretará los resultados obtenidos y se validará la hipótesis planteada: edificio con outriggers de concreto tiene menores derivas comparadas con las otras soluciones de protecciones sísmicas. Se aplicará una metodología cuantitativa, en la cual se desarrollará el análisis estructural para el edificio con base empotrada y un análisis del edificio incluyendo las protecciones sísmicas. De los resultados obtenidos, se realizará una comparación del desempeño de cada dispositivo sisimico en materia de reducción de derivas, desplazamientos y fuerzas cortantes. Se desarrollarán las conclusiones y recomendaciones que resulten de dicha interpretación en el rango elástico del edificio.
Análisis comparativo del comportamiento inelástico de un pabellón educativo con aislamiento sísmico diseñado en concreto armado y acero estructural
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-06) Goñi Vega, David Hernán; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La presente investigación consiste en la evaluación del comportamiento inelástico de un pabellón educativo con aislamiento sísmico diseñado en concreto armado y acero estructural. Además, se pretende revisar el desempeño y capacidad de ductilidad a partir del comparativo entre sistemas estructurales. La investigación comienza con el desarrollo los modelos estructurales para el pabellón educativo con aisladores elastoméricos de núcleo de plomo, e introducir las propiedades inelásticas de los elementos, para lo cual se utilizará los diagramas momento-curvatura de cada sección que requiera ser analizada para cada sistema estructural. Seguido a ello, se realizan los análisis no lineales: el análisis estático no lineal y el análisis dinámico no lineal. El primero corresponde a exponer a los sistemas estructurales a cargas monotónicas; y el segundo, expone a las estructuras a registros sísmicos reales, los cuales deben ser debidamente escalados. Finalmente, se determina el comportamiento estructural, la secuencia de agotamiento de las secciones de cada sistema estructural con y sin aislador, y el desempeño inelástico de cada propuesta estructural con base aislada, el cual debe ser funcional frente a un sismo raro de acuerdo a lo indicado por el comité VISION 2000. La finalidad de la presente investigación es demostrar cuál de los sistemas estructurales, sobre un sistema de aislamiento sísmico, tendrá un mejor comportamiento inelástico.
Análisis comparativo técnico-económico de una edificación de 12 pisos, empleando amortiguadores de fluido viscoso y disipadores histeréticos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-06-08) Narváez Espinoza, Mario Eduardo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La filosofía del diseño sismorresistente convencional señala que una estructura no debe colapsar ante un sismo severo o presentar daños que puedan repararse luego de un sismo moderado. En Perú se ha evidenciado que varias edificaciones han colapsado o aun sufrido daños irreparables luego de un evento sísmico de gran magnitud. En la actualidad existen sistemas de protección sísmica que resultan ser una alternativa para reducir los daños estructurales, siendo los más utilizados los amortiguadores de fluido viscoso y disipadores histeréticos, mismos que son dependientes de la velocidad y el desplazamiento respectivamente. La presente tesis muestra las ventajas al emplear cada disipador mencionado anteriormente en una edificación con sistemas aporticado de 12 niveles en la ciudad de Lima. Se evaluaron las propiedades mecánicas y principios de cada disipador, así como también del comportamiento estructural bajo solicitaciones sísmicas con periodos de retorno de 2475 años al emplearse estos dispositivos. En este caso se definió como deriva objetivo el 6‰, valor que está ligado al nivel de daño moderado según datos proporcionados por Hazus ante este nivel de sismo. Además, se estudiaron las proporciones de ductilidad demandada basados en criterios del ATC-40 al emplear cada disipador y el costo de ellos. Los resultados mostraron que la edificación junto con amortiguadores de fluido viscoso alcanza la deriva objetivo, reduciendo las derivas en un 50% aproximadamente y reduciendo la ductilidad demandada a un valor similar. Por otro lado, al emplear los disipadores histeréticos se aumentó las secciones de los elementos estructurales para acercarse a la deriva objetivo. La aplicación de los disipadores histeréticos no cumplió con el valor de deriva indicado, pero se mantiene por debajo de la deriva normativa E.030 en un escenario de sismo con periodo de retorno de 2475 años, mientras que la ductilidad demandada se reduce a un 75% de la inicial aproximadamente. También se observó que la aplicación de los disipadores histeréticos resultan ser una alternativa económica para proteger a una edificación frente a amenazas sísmicas.
Comparación del desempeño sísmico del puente Quilca sin sistemas de protección sísmica y aplicando sistemas de aislamiento y disipación de energía
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-19) Huerta Guzmán, Cristian Rodolfo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El objetivo principal de la presente tesis es aportar al estado del arte del diseño sismo resistente de puentes con sistemas de protección sísmica, mediante la comparación del desempeño sísmico de un puente con aisladores y un puente con aisladores sísmicos más disipadores de fluido viscoso, para lo cual se tomó el caso de estudio del puente Quilca. Se determinó el desempeño sísmico del puente Quilca frente a la demanda sísmica del Manual de Puentes del MTC 2017, mediante un análisis estático no lineal (push over), tanto en la dirección longitudinal como en la dirección transversal. Luego se establecieron 3 casos de estudio; el primero considera al puente Quilca en su estado existente, el segundo caso considera la inclusión de un sistema de aislamiento sísmico con dispositivos con núcleo de plomo LRB, y el tercer caso considera la inclusión de un sistema de protección híbrido, conformado por un sistema de aislamiento sísmico con inclusión de disipadores de fluido viscoso. Se realizaron análisis sísmicos modales espectrales y tiempo historia no lineal, para los 3 casos de análisis mencionados, obteniéndose registros de desplazamientos, fuerzas cortantes y momentos flectores, periodos fundamentales, amortiguamiento, entre otros. En el capítulo de análisis de resultados, se resumen los resultados obtenidos en cada caso de estudio, y se discuten los mismos. Finalmente se comparan los 3 caso de estudio, analizando cara parámetro mediante gráficas comparativas, y determinando la alternativa con mejor desempeño sísmico.
Control de la respuesta dinámica en el puente peatonal Los Próceres mediante la incorporación de amortiguadores viscosos y de masa sintonizada
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-05) Loa López, Kenyo Eul; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Las mejoras continuas de la ingeniería de materiales nos permiten diseñar cada vez puentes más ligeros y de mayor longitud. Sin embargo, a pesar de que los puentes peatonales pueden cumplir los estados de carga de servicio o resistencia, la normativa peruana no contempla una revisión de la respuesta vibratoria de los puentes peatonales bajo cargas de servicio. Esto ocasiona que muchas veces se tienen problemas de vibración una vez entren en funcionamiento. Mucho menos existen normas o criterios en caso este tipo de problemas se presenten. Así se tiene la presente investigación la cual empieza con una revisión del estado del arte sobre vibración de puentes peatonales. Luego se hace una un levantamiento de la estructura en campo que permitan obtener los datos suficientes para modelar la estructura y obtener sus propiedades dinámicas basados en un software de elementos finitos. Posteriormente se propone el control de las vibraciones incorporando amortiguadores de masa y como segunda alternativa usando amortiguadores viscosos. A partir de ambos diseños y los datos obtenidos se comparará la respuesta de ambas propuestas.
Degradación de la capacidad estructural de pórticos regulares de concreto armado afectados por deterioros patológicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-21) Tello Diaz, Victor Manuel; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El Perú es un país con una alta sismicidad debido a su ubicación en la zona denominada ‘Cinturón de Fuego del Pacífico’, haciendo que la construcción de edificaciones seguras sea fundamental. Sin embargo, la construcción informal genera el desarrollo de patologías estructurales haciendo a las edificaciones más vulnerables. El desconocimiento sobre las consecuencias de las patologías estructurales puede llevar a ignorar los peligros reales y aumentar el riesgo de daños y pérdida de vidas humanas en caso de un sismo. Es necesario comprender que el deterioro de la estructura puede disminuir su capacidad estructural para resistir sismos. La investigación tiene como propósito presentar un estudio inicial sobre la degradación de la capacidad estructural de pórticos de concreto armado afectados por deterioros patológicos. Se consideró la configuración de pórticos de concreto armado de hasta seis niveles y seis crujías afectados por las patologías de carbonatación, ciclos de hielo y deshielo, corrosión, porosidad, y reacción álcali-sílice, en tres grados de afectación patológica (leve, moderado y severo). Siendo las patologías de corrosión, carbonatación y porosidad las de más probable ocurrencia en nuestro país. Se analizó un total de 96 pórticos Las patologías estructurales fueron modeladas en función de los resultados obtenidos de investigaciones experimentales publicadas en papers científicos. El método de análisis estructural utilizado fue el análisis estático no lineal (‘pushover’), mediante el cual se obtuvieron curvas de capacidad, las cuales relacionan el cortante basal con el desplazamiento máximo de la estructura (trabajo por fuerzas externas). Posteriormente, se comparan los resultados obtenidos (curvas de capacidad) con los cuales se determina el comportamiento de las estructuras afectadas por las diferentes patologías estructurales. Se concluye con la determinación de los porcentajes de degradación de la capacidad estructural.
Evaluación de requerimientos de ductilidad para elementos de concreto armado resistentes a sismo en edificios con aislamiento sísmico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-31) Mamani Villalobos, Carmen Giovanna; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La presente investigación tiene por finalidad evaluar la ductilidad a flexión con determinados lineamientos de diseño para elementos de concreto armado (CA) de edificaciones con aislamiento sísmico. Esto debido a que actualmente no existen lineamientos para este tipo de estructuras, sino que se usan los mismos que para estructuras de base fija. Ello a pesar de que el principio de diseño con aislamiento, así como la evidencia de desempeño, muestran menor demanda de ductilidad e incursión en el rango inelástico para elementos con responsabilidad sísmica de edificios aislados. Se usó evidencia de experiencias sísmicas en estructuras con aislamiento y análisis de desempeño desarrollados por otros investigadores. Entre la evidencia se puede mencionar: curvas de capacidad, gráficas desplazamiento versus número de pisos, fuerza cortante versus desplazamientos, aceleración de pisos, entre otros. Como análisis se puede mencionar push over para diferentes tipos de estructuración y diseño, formación de rótulas plásticas, etc. A partir de la información mencionada se proponen lineamientos para diseño de elementos en CA que se acomodan mejor a estructuras aisladas sin dejar de lado los márgenes de seguridad. Se evaluaron dos casos de estudio, uno de ellos diseñado con la norma vigente y el otro diseñado con los lineamientos propuestos. Ambos casos cuentan con la misma estructuración y dimensiones de elementos, y sometidos a análisis tiempo historia no lineal mediante integración directa. Se propone una herramienta práctica la cual identifica la aplicabilidad de los lineamientos a partir de las cuantías y ratios de carga según se trate de vigas o columnas. La evaluación de los casos de estudio concluye que la aplicación de los lineamientos propuestos no implica desmejora en el desempeño de la estructura y en cambio, su uso optimiza las cuantías de acero de refuerzo. Esto debido a que los elementos estructurales se mantienen en el rango elástico, es decir, para los casos analizados, no se hace uso de la ductilidad instalada.
Evaluación del desempeño sísmico de la subestructura de un puente continuo de 3 tramos, empleando aisladores elastoméricos y de péndulo de fricción triple
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-06) Talavera Gómez, Alvaro Enrique; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Esta investigación, abordó el estudio referido a la importancia de la correcta elección de sistemas de protección sísmica en puentes basados en aislamiento sísmico, tomando como modelo de estudio el puente existente Freyre, ubicado en el kilómetro 045+000 de la carretera PE – 1S D en el tramo Los Cerillos , Islay ,Mollendo, Ilo, El Pozo, en el distrito de Punta de Bombón, provincia de Islay en el departamento de Arequipa, el cual fue diseñado de manera convencional, es decir, sin considerar el uso de sistemas de protección sísmica. El puente en estudio consiste en tres tramos rectos postensados, de 121.8m en total, compuesto por dos carriles y dos bermas a cada lado del tablero; el tablero lo componen vigas prefabricadas postensadas y losas macizas. La estructura, al estar ubicada en la vía principal anexa a la carretera Panamericana Sur, se clasifica para fines de diseño como una estructura esencial. El objetivo principal de este estudio fue la evaluación de las ventajas y desventajas estructurales, cualitativas y cuantitativas del desempeño sísmico de un puente, obtenidas luego de su protección sísmica, empleando para ello independientemente, aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB) y de péndulo de fricción triple (FTP). Para la evaluación de lo citado anteriormente se establecieron tres casos de estudio: a) el puente en su estado actual; es decir, sin protección sísmica, b) el puente considerando la inclusión de un sistema de aislamiento sísmico basado en LRBs, y c) el puente considerando el empleo de FTPs. Para cada uno de los casos antes mencionados, fue necesario llevar a cabo análisis sísmicos estáticos, modales espectrales y de historia en el tiempo no lineales, obteniéndose respuestas referidas a desplazamientos, fuerzas cortantes, momentos flectores, fuerzas de restitución lateral, periodos de vibración y amortiguamientos. En el capítulo denominado análisis comparativo de resultados, se resumen y comparan los resultados provenientes de cada caso de estudio de manera gráfica. Finalmente, en el capítulo denominado conclusiones y recomendaciones se resumen los hallazgos producto de esta investigación.