Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes

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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.
Análisis aplicativo del método de los elementos finitos en un campo estático-lineal e introducción a la no linealidad
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-08-28) Alvarez Ruffrán, Jorge Enrique; Acero Martínez, José Alberto
La presente investigación tuvo como tema establecer fundamentos para el análisis aplicativo del método de los elementos finitos, orientado al análisis estructural bajo rango estático lineal y dar una breve introducción de su aplicación en un campo no lineal. Teniendo en cuenta que para la aplicación eficiente del método es necesario el uso de ordenadores, se desarrollaron diversos algoritmos de programación (diagramas de flujo). Acompañado a dichos algoritmos se dejan un conjunto de códigos base y una guía para la optimización de los mismos; como objetivo general se tiene formular una guía teórica-aplicativa detallada y conjunta para la aplicación de diversos tipos de elementos finitos usados en el análisis de sistemas estructurales. A partir de la base dejada en la presente tesis se espera que investigadores y/o profesionales que tengan interés en el tema puedan aplicar la metodología en otros campos como es el dinámico, elaborando programas o códigos más complejos. Al culminar la investigación algunas de las conclusiones a destacar son: La optimización de un código basado en elementos finitos juega un rol de vital importancia debido al gran número de bucles que estos conllevan. Gran parte de las publicaciones sobre el método de los elementos finitos que orienta su uso aplicativo mediante códigos, se olvidan del ciclo de desarrollo común del mismo, lo cual conlleva a una falsa complejidad del método. El uso de diagramas de flujo para interrelacionar la parte aplicativa con la teórica mejora considerablemente la comprensión que existe en el mismo.
Estimación de la confiabilidad de edificaciones escolares típicas con reforzamiento incremental considerando daño sísmico acumulado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-15) Gresia Munayco, Juana Eva; Santa Cruz Hidalgo, Sandra Cecilia
El reforzamiento incremental consiste en dos o más etapas de reforzamiento programado durante la vida útil de la edificación con la finalidad de disminuir los costos iniciales y evitar la interrupción prolongada de las actividades. El objetivo de este trabajo es evaluar la confiabilidad de las edificaciones con reforzamiento incremental en zonas sísmicas considerando los daños acumulados con un método probabilístico simplificado. Así mismo, se considera que el daño estructural se acumula en una serie de movimientos sísmicos hasta que se alcanza o supera un nivel de daño. El método propuesto consta de ocho pasos: (1) Definición de los estados de daño global (GDS) que resultan de la sectorización de la curva de capacidad de la edificación en un estado sin daños, obtenida a través de un análisis estático no lineal (Análisis Pushover) según Vision2000 (SEAOC, 1995). (2) Estimación de las curvas de momento-rotación modificadas de cada elemento dañado de la edificación asociada a cada GDS definido con un enfoque aproximado. Este método se basa en la evaluación de la rotación de las rótulas plásticas mediante la estimación de la curva de momento-rotación para cada elemento estructural. (3) Estimación de la curva de capacidad de la edificación para cada GDS considerando los elementos de daño a través de sus curvas de momento-rotaciónmodificadas. (4) Elaboración de las curvas de fragilidad sísmica para cada GDS con el método de evaluación del espectro de capacidad utilizando el software FRACAS (Rossetto et al., 2016), que utiliza espectros de respuesta inelástica derivados de acelerogramas de movimiento sísmicos para construir las curvas de fragilidad. (5) Determinación de las matrices de probabilidad de transición de daño para diferentes intensidades sísmicas utilizando los valores obtenidos en el paso anterior. (6) Implementación de un modelo de Cadenas de Markov para obtener la función de distribución de probabilidad de cada GDS después de un número determinado de sismos. (7) Estimación de la confiabilidad teniendo en cuenta el proceso de acumulación de daños debido a futuros sismos probables asumiendo un proceso de Poisson. (8) Estimación de la confiabilidad considerando el reforzamiento incremental en dos etapas. Esta metodología se aplica para determinar la confiabilidad de una edificación escolar con reforzamiento incremental. Se determina que la primera etapa se realiza a los 5 años y la segunda etapa a los 10 años. Además, para el estado de daño Funcional, se tiene que la confiabilidad de la edificación con reforzamiento incremental es 10% mayor que la edificación con reforzamiento convencional.
Procedimiento de evaluación de operatividad para puentes incorporando el modelamiento numérico por medio de prueba de carga estática y dinámica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-03) Flores Arévalo, Renzo Renato; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
Los puentes son estructuras esenciales para el desarrollo de los pueblos y del país. Asimismo, requieren de una gran inversión económica, por lo que es importante su conservación y mantenimiento permanente. Por esta razón, en esta investigación se plantea un procedimiento de evaluación de las condiciones de servicio de puentes que incluyen la inspección visual y evaluación de daños, la medición de flechas bajo la carga vehicular HL-93. Para ello se realizó fichas de inspección y protocolos para la prueba de carga estática y/o dinámica e indicando los puntos de medición a tomar y obtener de esta manera la deformación de los elementos principales y propiedades dinámicas para la validación y calibración de un modelo numérico del puente y así realizar la evaluación del estado actual de la estructura y emitir un dictamen sobre la misma. El procedimiento fue aplicado en puente Shilcayo sobre el rio del mismo nombre, este se encuentra ubicado en la vía de evitamiento de la ciudad de Tarapoto, provincia de San Martín, departamento de San Martín. El puente es de tipo sección compuesta de viga losa de 33.00 metros de luz simplemente apoyado, con una antigüedad aproximada de veintiocho años de vida útil y es considerado un puente importante. De acuerdo a las características de la estructura y ubicación, se realizó la prueba estática para caracterizar su deformación. Estos resultados se utilizaron para calibrar un modelo numérico de elementos finitos tridimensional del puente. Los resultados de los cálculos numéricos con el modelo sirvieron para emitir el dictamen de operatividad para una carga vehicular HL-93.
Análisis de factibilidad de la aplicación de arriostres de pandeo restringido como sistema de control de respuesta
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-03) Orellana Ayre, Alan Kenji; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
El Perú es un país altamente sísmico, en tal sentido nuestras edificaciones tienen la necesidad de la implementación del uso de técnicas de control de respuesta sísmica con las que, sin un alto costo, se aumente la protección de respuesta sísmica en edificaciones. Es por eso que en el Perú ya se tiene conocimiento y aplicación de sistemas de control de respuesta, sin embargo, no es muy común el uso de los disipadores activados por desplazamiento como el arriostre con pandeo restringido, el cual es una alternativa relativamente nueva en nuestro país, a diferencia de otros países donde es una de las más utilizadas. En consecuencia, el objetivo de esta tesis es realizar el rediseño de una edificación de acero estructural utilizando los arriostres de pandeo restringido como sistemas de control de respuesta, como objetivos secundarios se plantea analizar los fundamentos teóricos del diseño para estos elementos, evaluar la configuración más adecuada para el edificio planteado, evaluar mediante análisis no lineales el refuerzo propuesto, y realizar una comparación del dispositivo con y sin BRB. Se utilizaron la norma técnica nacional E030 Diseño sismorresistente, así como normas internacionales como el ASCE 7-16, AISC 341-16 y AISC 360-16, entre otras donde sea conveniente. Primeramente, se realizó una recopilación de información y revisión bibliográfica. Además, se escogió la edificación de acero a rediseñar con el nuevo sistema de control de respuesta. Se investigo las principales configuraciones de BRB para posteriormente elegir la más adecuada según la dirección de análisis. En segundo lugar, se inició de diseño de la edificación a partir de un dimensionamiento de los núcleos de BRB, su verificación con la norma E030 con un análisis lineal dinámico. Posteriormente, se comprobó el diseño con las distribuciones de fuerzas de reajuste del BRB en los otros elementos del pórtico. Por último, mediante un análisis estático no lineal se comparo el desempeño estructural del sistema con BRB con el original SCBF, finalmente se realizó un análisis dinámico no lineal Tiempo – Historia donde se verifico las máximas respuesta del edificio como derivas, desplazamientos, fuerzas y energía disipadas.
Evaluación de las reglas de combinación direccional en el cálculo de la respuesta estructural en edificios de concreto armado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-07-10) Bravo Anaya, Rualth Gustavo; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
Actualmente, el diseño sísmico de edificios se basa en aplicar una excitación sísmica a lo largo de uno de los ejes principales de la estructura; pero, distintas investigaciones han demostrado que el ángulo de incidencia y bi-direccionalidad del sismo son parámetros importantes a tomar en cuenta. El objetivo de la presente investigación fue evaluar las reglas de combinación direccional en el cálculo de la respuesta estructural de edificios de concreto armado para distintas irregularidades estructurales. La metodología empleada consistió en realizar distintos análisis tiempo historia lineal bi-direccional en 9 modelos computacionales, utilizando distintos ángulos de incidencia del sismo; con estos resultados se obtuvieron las respuestas críticas de las estructuras evaluadas. Así mismo, se realizó un análisis modal espectral a lo largo de los ejes principales de la estructura, para después aplicar las reglas de combinación direccional evaluadas en el estudio. Para evaluar las reglas, se compararon las respuestas obtenidas de cada regla con las respuestas críticas obtenidas del análisis tiempo historia. Con los resultados obtenidos se concluyó que no existe una regla de combinación direccional que estime mejor las respuestas para determinada irregularidad estructural; más bien, sin importar el tipo de irregularidad, la regla que estimó de mejor manera las respuestas evaluadas fue la regla del escalado a la cortante basal estática, regla presente en la norma peruana y en normas de otros países. Además, se observó que la respuesta estructural obtenida con el análisis modal espectral subestima la respuesta crítica, pues varía entre el 65% y el 87% de la respuesta obtenida con el análisis tiempo historia. Finalmente, se observó que los parámetros más relevantes que afectaron en las respuestas calculadas con las reglas de combinación direccional fueron el periodo fundamental y la excentricidad de la estructura, por lo que, se propuso una nueva regla que depende de estos dos parámetros.
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.
Evaluación del desempeño sísmico de un edificio aislado con irregularidad torsional
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-15) Meza Tintaya, Edwin; Muñoz Peláez, Juan Alejandro
Perú es un país ubicado en una región de alto peligro sísmico, y es una tarea de la ingeniería diseñar y construir edificaciones de baja vulnerabilidad ante los efectos destructivos del movimiento del terreno. Los sistemas modernos de protección sísmica como aisladores de base permiten este propósito; sin embargo, el uso de estos dispositivos en edificios de tipologías especiales, como el caso de edificios con demandas de torsión resulta necesario estudiar para comprobar su efectividad en la protección de los edificios. La norma técnica de aislamiento sísmico E.031, permite el uso de aisladores de base en edificios con irregularidad torsional; no obstante, en la actualidad no existe estudios que evidencien, si el uso de aisladores de base en edificios con demandas de torsión, dentro de los límites que acepta la norma técnica E.031 permite un adecuado desempeño sísmico de la superestructura. El objetivo principal de este trabajo es demostrar si los sistemas de aislamiento sísmico protegen adecuadamente los edificios con problemas de torsión, mediante el estudio de un caso. Se diseñó un edificio aislado de 5 pisos ubicado en la zona costera del Perú, con irregularidad torsional, el diseño se realizó de acuerdo a los requerimientos de las normas peruanas. Luego se realizó el análisis dinámico incremental (IDA) para 7 pares de registros sísmicos representativos de terremotos de subducción de la costa peruana. Se obtuvieron relaciones entre la máxima aceleración del suelo (PGA) y las rotaciones inelásticas en columnas del primer nivel, también se relacionó a las derivas de entrepiso. Para el modelo no lineal del edificio se utilizó los lineamientos del ASCE/SEI-41-13, 2014. Para valores de PGA de 0.25g todos los elementos están en el rango elástico y para el valor de 0.675g (sismo con periodo de retorno de 2475 años) los valores de los giros inelásticos en los elementos estructurales alcanzan el 26% del umbral de daño correspondiente a ocupación inmediata. Al emplear la relación daño-deriva sugerida por HAZUS para edificios convencionales los resultados indican que el edifico habría superado el umbral de daño moderado sin superar el umbral de daño extensivo. Esta aparente contradicción con los resultados de las rotaciones inelásticas en los elementos se debe a que la relación dañoderiva sugerida por HAZUS corresponde a edificios de base fija diseñados con factores de reducción de fuerzas sísmica.
Comportamiento a flexión de vigas de concreto armado reforzadas con bandas CFRP sometidas a acciones cíclicas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-05-11) Gutierrez Ramos, Maria Milagros; Fernandez Davila Gonzales, Victor Ivan
A nivel mundial, muchas universidades y centros de investigación han realizado experimentos con elementos de concreto armado reforzado con polímeros reforzados con fibra (FRP). Esta tesis se ha desarrollado con el fin de poder investigar el comportamiento de vigas reforzadas con sistema FRP ante diversas variables planteadas. La presente tesis tiene como objetivo evaluar el comportamiento a flexión de vigas reforzadas con bandas de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) en la zona a flexión; además, con la finalidad de evitar la delaminación prematura de las bandas de CFRP, se colocó el sistema de anclaje utilizado por Samaniego (2021), el cuál consistía en bandas transversales en los extremos y anclajes en el extremo empotrado. Se realizaron ensayos cíclicos a flexión de cuatro vigas de concreto armado en voladizo, con distintas cuantías de acero y CFRP, diseñadas con la norma ACI 318-19 y la guía de diseño ACI 440.2R. El estudio experimental estuvo conformado por cuatro vigas cantiléver de concreto armado de 250 x 400 mm de sección y 2100 mm de longitud libre. Se asumió un modelo empotrado en un extremo con una carga puntual en el extremo libre. Además, con fines comparativos se consideraron los resultados experimentales de otra investigación, de cuatro vigas cantiléver con el mismo sistema de anclajes y en las mismas condiciones de ensayo (Samaniego, 2021). Las variables de estudio fueron la cuantía de acero a flexión (ppss = 0.38%, 0.87% yy 1.42% ) y la cuantía de CFRP (ppff = 0.30%, 0.60% yy 0.90% ). Los estribos fueron barras de 10 mm de diámetro y se ubicaron 1@50 mm, 7@100 mm y el resto @200 mm, para todas las vigas. Los resultados indican que las vigas reforzadas con CFRP alcanzaron momentos resistentes a flexión menores a los esperados teóricamente (17%). En los ocho especímenes, la falla ocurrió por el aplastamiento del concreto, evitándose la falla por delaminación de la fibra. La degradación de la rigidez de los especímenes fue alterada por las cuantías de CFRP y acero; a mayor cuantía de refuerzo (interno y externo) menor degradación de la rigidez. La energía disipada creció a medida que se incrementó la cuantía de CFRP (ppff = 0.30%, 0.60% ), sin embargo, la energía disipada por el espécimen con ppff = 0.90% fue menor a la energía disipada por el espécimen con ppff = 0.60%. De manera similar, el acero de refuerzo incrementó la energía disipada, pero la energía disipada por los especímenes con ppss = 1.42% fue menor que la energía disipada por los especímenes con ppss = 0.87%.
Caracterización de las propiedades mecánicas y modelado numérico del comportamiento sísmico de sistemas de mampostería utilizando Bloques ensamblables de Tierra Comprimida (BTC) reforzados con geomallas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-06-14) Enciso Castro, Rossemary; Huamani Rojas, Smith Kevin; Aguilar Velez, Rafael
La tierra es considerada como uno de los materiales más antiguos usados en la construcción y continúa utilizándose en países desarrollados y en proceso de desarrollo. Diversas investigaciones se enfocan en proponer metodologías que permitan incrementar la resistencia de la tierra ante fenómenos sísmicos con la finalidad de brindar sistemas constructivos eficientes, económicos y sostenibles. Un ejemplo de ello es la mampostería de bloques de tierra comprimida (BTC) los cuales actualmente han ganado gran notoriedad en países europeos y de América Latina al presentar una resistencia mecánica óptima, alta durabilidad y buenas prestaciones acústicas y térmicas. Adicionalmente, se estudian métodos para la estabilización del suelo con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de las unidades de BTC, y para el reforzamiento sísmico del sistema de albañilería. En este trabajo se desarrolló una propuesta de lineamientos para la fabricación, diseño y construcción de viviendas usando BTCs ensamblables y estabilizados con cemento y cal, además de presentar una propuesta de reforzamiento sísmico para regiones de alta sismicidad. El trabajo inicia con una revisión bibliográfica sobre el uso de BTCs en la construcción para luego realizar el estudio de las propiedades físicas, químicas y mineralógicas del suelo original para su correcto mejoramiento utilizando material granular. Posteriormente se realizó la caracterización física y mecánica de las unidades y de los sistemas de albañilería de BTCs, respectivamente. Se realizaron ensayos de corte cíclico en el plano y análisis numéricos no lineales para evaluar la efectividad del reforzamiento sísmico planteado. De acuerdo a la evaluación de las dosificaciones óptimas y caracterización mecánica de unidades, la dosificación con un aporte del 7.5 % de cal y 2.5 % de cemento, respecto al peso de secos, resultó ser gran opción que sustituye a la dosificación con un aporte del 10 % de cemento, respecto al peso de secos, para la fabricación de unidades. Los bloques fabricados con la dosificación que incluyen cal y cemento presentaron una resistencia a compresión que superó el valor mínimo de 1.5MPa de acuerdo a la norma española UNE-41410 (2008), y de 1.0 MPa según la norma peruana de adobe Norma E.080 (2006). Asimismo, los ensayos realizados a los sistemas estructurales de pilas de BTC con bloques estabilizados con cal y cemento permitieron evaluar el comportamiento de los sistemas de encastre ante esfuerzos de compresión y de corte dando resultados eficaces presentando un coeficiente de determinación igual a R2 = 0.98. Asimismo, durante el ensayo de compresión no se observó pérdida de material en las caras libres de los prismas ante los esfuerzos generados, y las unidades recuperadas aún presentaban el sistema de encastre. Los resultados obtenidos del ensayo de corte cíclico ejecutados en muros de BTC con y sin refuerzo de geomallas mostraron que el patrón de grietas generado se dispersó a lo largo de las caras de los muros en las derivas más bajas, afectando sólo a bloques individuales. En los muros reforzados se concretaron daños en las esquinas de los muros creando macrobloques, mientras que en los muros sin refuerzo el patrón de fisuras muestra una concentración de daños en las esquinas y en la parte central del muro dando origen a una típica falla por corte, la cual era la esperada y no se generaron indicios de fallas por volteo. Como parte de los trabajos a futuro, se pretende elaborar un manual didáctico con pautas específicas para construir viviendas óptimas y seguras en zonas de gran sismicidad. Teniendo en cuenta que en el Perú la construcción con tierra es una técnica que aún se practica de manera artesanal, este trabajo sentará las bases para la implementación de un nuevo sistema de construcción que ofrezca viviendas seguras y ecoamigables que mejoren la calidad de vida de los usuarios.
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.
Parámetros que influencian en las flechas de las dovelas en puentes construidos por volados sucesivos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-08) Castillo Salas, Elizabeth Florayne; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
El Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú tiene como objetivo de su plan de gobierno la construcción de 700 puentes a nivel nacional entre peatonales y vehiculares. Entre las cuales se construirán puentes de grandes luces de diversas tipologías entre ellas las segmentales construidos por volados sucesivos. Dentro del proceso constructivo de este tipo de puentes una de las etapas es el tensado y esto será el tema en estudio. El propósito de esta investigación es entender la importancia de detallar las fuerzas de tensado en cada etapa del proceso constructivo. Para lograr esto, se revisará normativas de diseño de puentes de Perú y otros países, y también se revisará investigaciones como son: papers, journals, research, etc. Luego, se realizará un modelo matemático en el programa de puentes de CSI Bridge donde se simulará las distintas etapas de proceso constructivo. Se espera que los resultados puedan contribuir en las consideraciones del tensado de cables para puentes por volados sucesivos en el Manual de Diseño de Puentes del Perú y que se pueda llegar a la conclusión que las fuerzas de tensado tienen implicancias técnicas y están relacionadas con las pérdidas de preesfuerzo, deformación y contraflecha.
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.
Evaluación del desempeño sísmico de un edificio de muros estructurales de mediana altura en base a desplazamientos y costos de reparación probables
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-12-13) Perez Neyra, Carlos; Torres Balbin, Rudy Daniel; Loa Canales, Gustavo Juan Franklin
Ante la necesidad de determinar la respuesta sísmica de un edificio para diferentes niveles de peligro sísmico, se propone realizar un análisis por desempeño. Dada la naturaleza prescriptiva de la norma peruana E.030 Diseño Sismorresistente, la evaluación del desempeño se realiza a partir de dos enfoques: determinista y probabilista. El edificio analizado posee diez pisos y un sistema sismorresistente de muros estructurales, el cual es recurrente en el Perú. El presente trabajo de investigación inicia con la calibración de los modelos numéricos de elementos representativos de la estructura en el software comercial ETABS, en base a resultados experimentales. Luego, para lo concerniente al enfoque determinista, la curva de capacidad de la estructura se obtuvo a partir de un análisis estático no lineal y los puntos desempeño se calcularon a partir del método de espectros de demanda. Al respecto del enfoque probabilista, la estructura se sometió a 11 señales sísmicas ajustadas a 8 niveles de peligro sísmico con el fin de determinar su respuesta, y a partir de ello los daños y los costos de reparación. Desde la perspectiva del enfoque determinista, el edificio analizado satisface los objetivos básicos de desempeño. No obstante, tal enfoque ignora el daño y no brinda parámetros de desempeño cuantificables. Los resultados del enfoque probabilista indican que los costos de reparación esperados en el tiempo de vida de la edificación (50 años) son de $637, 149. La pérdida anual esperada obtenida ($29, 475) puede ser empleada en un análisis de costo-beneficio.
Comportamiento mecánico de muros de ladrillo pandereta de espesor de junta de 25 mm sometidos a cargas laterales y gravitacionales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-14) Díaz Esquivel, Christian Manuel; Quiun Wong, Daniel Roberto
Un gran porcentaje del total de viviendas informales de la autoconstrucción están hechas con muros de bloques de cemento o ladrillo, lo que significa que se encuentran en un estado de vulnerabilidad ante un evento sísmico. Asimismo, diversos estudios en ladrillos sólidos en las décadas de 1980 y 1990 se realizaron con la finalidad de validar técnicas de reforzamiento y buscar soluciones a este problema de la autoconstrucción sin supervisión ingenieril. Con el trascurso de las décadas, la situación de la autoconstrucción en el Perú, especialmente de material predominante de ladrillo pandereta, se convirtió en un problema vigente. Por ello, es necesario tener alguna técnica validada que permita reforzar viviendas existentes de ladrillo pandereta. Con la finalidad de validad la técnica de reforzamiento exterior de malla electrosoldada, se realizaron ensayos donde se consideraron que el proceso constructivo y los materiales de construcción fueron similares a los que se tienen en una obra de autoconstrucción sin supervisión ingenieril. Esto se ejecutó con la finalidad de que la validación del refuerzo sea aplicable a casos reales donde el espesor de la junta excede al valor de la NTE E.070 Albañilería (2006) de 15 mm. El presente trabajo de investigación se enfocó en la validación de la técnica de reforzamiento con malla electrosoldada por ambas caras para muros con junta de 25 mm y tarrajeo de 25 mm. Se ensayaron prismas no reforzados y reforzados con dos capas de malla electrosoldada conectadas entre sí y adheridas superficialmente con mortero de cemento. En total fueron 4 pilas no reforzadas, 4 pilas reforzadas, 4 muretes no reforzados y 4 muretes reforzados para la determinación de las propiedades mecánicas del material y 2 muros (uno reforzado y otro no reforzado) para determinar las curvas de capacidad y propiedades mecánicas. A partir de los resultados del ensayo de carga lateral cíclico con desplazamiento controlado y con carga axial constante de 160 kN, se determinó la degradación de la rigidez lateral y el incremento de la resistencia cuando se refuerza con malla electrosoldada. Se pudo validar la técnica de refuerzo ya que la falla del muro reforzado fue por flexión y tuvo fisuras imperceptibles para derivas considerables. Se pudo evidenciar que el esfuerzo cortante obtenido del ensayo del muro reforzado fue 25% menor que los resultados de muros reforzados con junta de 15 mm. De igual modo, se pudo determinar curvas de capacidad simplificadas para ambos casos. Para el caso del muro no reforzado y muro reforzado, el límite elástico resultante fue para una deriva de 1.25‰ y un esfuerzo cortante de 0.50 MPa. A pesar de ello, el muro no reforzado llegó al estado último para una deriva de 5‰ con una falla por corte y el muro reforzado llegó al estado último para una deriva de 6.2‰ con una falla por flexión.
Modelación numérica de muros de contención de piedra
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-19) Puyen Burga, Victor Felipe; Tarque Ruiz, Sabino Nicola
En la actualidad, muchas de las viviendas construidas en los asentamientos periféricos de Lima Metropolitana utilizan los muros de piedra (pircas) como sistema de contención sin un debido estudio de su comportamiento. Por esta razón, este trabajo de investigación tiene por finalidad evaluar este tipo de sistemas haciendo uso de la teoría de los elementos finitos y definir si es posible modelar estas estructuras, de modo que sirva como punto de partida para futuras investigaciones. El procedimiento para elaborar esta tesis se detalla a continuación: En primer lugar, se hará revisión bibliográfica de los trabajos de investigación y ensayos previos hechos en el Perú en relación con estas estructuras. Asimismo, se recopilará información sobre las definiciones más importantes para el presente trabajo y relacionadas a la modelación numérica. Seguidamente, se profundizarán los conceptos vinculados con el uso del software Abaqus, el cual servirá para realizar el modelamiento de la estructura. Posteriormente, se calibrarán diferentes modelos teóricos realizados en Abaqus con los resultados obtenidos de los ensayos experimentales hechos a muros tipo pirca. Finalmente, se analizarán los resultados obtenidos de los modelamientos en el Software y se concluirá si es posible representar este tipo de estructura bajo la teoría de los elementos finitos.
Evaluación del uso de columnas basculantes como sistema de aislamiento sísmico de puentes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-05-26) Holguin Cutimbo, Jonatan Joseph; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
Los puentes son los componentes más vulnerables de una red vial y son infraestructuras fundamentales en la actividad económica y movilidad de la población. Detener el servicio de transporte puede generar grandes pérdidas económicas al país. En este contexto el Programa Nacional de Puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones viene implementando la contrucci´on de puentes con innovación tecnológica para garantizar el flujo de mercancías. Estas nuevas soluciones deberían asegurar la continuidad del tránsito vehicular después de un evento sísmico, facilitar el proceso constructivo, evitar su mantenimiento permanente y reducir el costo del proyecto. En los últimos años los puentes han sido diseñados para asegurar su integridad estructural aceptando cierto nivel de daño durante sismos de diseño, por lo tanto se espera un gasto económico por reparación e inspección después de un sismo. En este sentido, el presente trabajo investiga el concepto de estructuras basculantes como nuevo sistema de aislamiento sísmico en puentes. Este sistema consiste en liberar la estructura de las conexiones rígidas para evadir completamente el daño del sismo, evitar cierres prolongados y beneficiarse del uso de construcciones modulares. Para ello, se utilizó un modelo de elementos finitos del estado del arte con el fin de representar las conexiones basculantes y predecir el comportamiento no lineal del puente bajo solicitaciones sísmicas en el plano. Se incorporó cables post-tensionados no adherentes para mejorar la estabilidad del puente y prevenir el vuelco. Por último, el comportamiento de un puente con uniones basculantes en los extremos del pilar es comparado con un puente continuo de uniones convencionales. Los resultados indican que, este sistema permite que el puente soporte sismos de gran magnitud (sismos severos) y reduce el nivel de daño estructural. El momento en la base de los pilares también es reducido en comparación al puente convencional, de modo que es posible reducir la capacidad resistente de la columna haciéndola más económica. Finalmente el modelo usado es útil para estudiar el comportamiento basculante de puentes con diferentes configuraciones.
Evaluación de la respuesta sísmica no lineal de estructuras aporticadas paramétricas de concreto armado con irregularidad vertical de piso blando
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-28) Castillo Leon, Ed Renzo; Fernandez-Davila Gonzales, Victor Ivan
La irregularidad estructural de piso blando o de rigidez representa un riesgo para la integridad de las estructuras debido a que puede ocasionar el colapso parcial o total de las edificaciones. La presencia de este fenómeno en las construcciones se ha vuelto cada vez más común debido a la demanda arquitectónica como estacionamientos y halls en el primer nivel, inclusión de ambientes de doble altura, entre otros. En consecuencia, el estudio del comportamiento de estructuras con piso blando es relevante para la evaluación, rehabilitación, diseño de edificaciones, de manera que se logre estimar la respuesta de la edificación ante eventos sísmicos severos. La presente investigación tiene por finalidad analizar la respuesta sísmica no lineal de un conjunto de edificaciones de cinco y diez niveles que presenten la irregularidad de piso blando en distintos grados. Los casos de estudio se han generado a partir de la definición de un grupo de parámetros que caracterizan a cada modelo tales como la frecuencia de vibración desacoplada de la estructura, la relación de rigideces traslacionales, el grado de acoplamiento torsional, la excentricidad de rigidez normalizada y la razón de rigideces torsionales. Además, se incluye la relación de al- tura entre el primer nivel y el típico, como parámetro que genera la irregularidad de piso blando en los modelos. Este método de análisis permite determinar la respuesta sísmica de un conjunto de edificaciones con características únicas a fin de evaluar la influencia de cada parámetro en la respuesta de interés global y local. En los modelos estructurales se idealizó la losa de entrepiso como diafragma rígido en su plano y se consideró en el centro de masa (CM) de cada nivel junto a tres grados de libertad: dos desplazamientos traslacionales y una rotación en planta. Principal- mente, se investiga el efecto de la torsión en planta en combinación con la irregularidad vertical de piso blando, debido a que es una situación frecuente y real en el diseño de edificaciones. La respuesta sísmica de los modelos estructurales se obtuvieron mediante un análisis no-lineal tiempo historia. Este método de análisis dinámico permite estudiar el comportamiento de la estructura en el régimen inelástico y considera la pérdida de rigidez y resistencia en los elementos estructurales que la componen. Se emplearon siete pares de registros peruanos de aceleraciones sísmicos para el análisis. Las respuestas de locales máximas de interés que se eligieron son la demanda de ductilidad de rotación y la fuerza cortante en columnas del primer nivel, mientras que las respuestas globales máximas elegidas fueron los desplazamientos traslacionales y rotacionales por nivel y las derivas de entrepiso. Este estudio concluye que el incremento de altura en el primer nivel en combinación con la excentricidad produce un aumento significativo en la demanda de ductilidad de rotación en las columnas del primer nivel mientras que en las derivas el efecto de la excentricidad de rigidez es atenuado por el efecto de piso blando donde este último concentra el desplazamiento lateral en el entrepiso de menor rigidez y la excentricidad de rigidez en los niveles intermedios y superiores.
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.
Desempeño de edificios aislados con torsión en la superestructura
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-10) Esquivel Zavala, Cristhian; Muñoz Peláez, Juan Alejandro
La torsión es una de las principales causas de daño y colapso de estructuras afectadas por sismos severos. El aislamiento sísmico constituye una alternativa para mejorar el comportamiento sísmico de estructuras con torsión. Se ha estudiado el comportamiento sísmico de edificios aislados con torsión, evaluando la respuesta de desplazamientos, utilizando modelos elásticos. Solo en los últimos años se han usado modelos no lineales tanto para el sistema de aislamiento como para la estructura, junto con el análisis dinámico incremental (IDA). El objetivo de esta investigación es contribuir a la seguridad sísmica de edificios peruanos con aislamiento sísmico que presentan torsión en la superestructura. Para ello, se llevó a cabo el análisis IDA de un edificio aislado de concreto armado con torsión en la superestructura, considerando la no linealidad de los elementos estructurales y del sistema de aislamiento. Se utilizaron 4 valores de excentricidad de masa unidireccional (5%, 10%, 15% y 20%) y un sistema de aislamiento simétrico. Se consideraron 4 niveles de intensidad sísmica (PGA=0.20g, 0.25g, 0.45g, 0.675g), con acelerogramas representativos de la sismicidad de la costa peruana y un suelo muy rígido. Se obtuvieron rotaciones inelásticas, derivas de entrepiso, aceleraciones y desplazamientos con el fin de cuantificar el daño. La evaluación del desempeño sísmico se realizó utilizando los estados límite de daño del ASCE/SEI 41-17 y HAZUS-MH MR4. Los resultados mostraron que para el sismo muy raro (Tr=2475 años) y para todas las excentricidades, los elementos estructurales alcanzarían el desempeño de ocupación inmediata y los elementos no estructurales superarían el umbral de daño leve. Para todos los valores de PGA y excentricidades del 15% al 20% las aceleraciones en la azotea incrementaron en alrededor del 30% y 40% respecto a la excentricidad del 10%. Para el sismo muy raro y una excentricidad del 20%, los desplazamientos de la plataforma de aislamiento incrementaron en 25% respecto a la excentricidad del 10%.