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.
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.
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 Alberto
Este 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.
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.
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 Martín
Las 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.
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 Edgar
Los 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.
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.
Protección sísmica de un puente continuo con aisladores sísmicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-03-03) Ordoñez Lima, Ruben Dario; Acero Martínez, José Alberto
En 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.