Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes
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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 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 Inclusión de los efectos de sismo de fuente cercana en la norma de diseño sismorresistente peruana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-20) Tengan Shimabukuro, Carolina; Muñoz Pelaez, Juan AlejandroEl estado del conocimiento de los sismos generados en fallas indica que en sitios ubicados hasta 60 km se pueden generar picos en los registros de aceleración, velocidad y/o desplazamiento. Esto se conoce como efectos de fuente cercana. En el Perú, tenemos una gran cantidad de sistemas de fallas activas que podrían presentar estos efectos. Se revisó la manera en que distintas normas internacionales incluyen estos efectos en los espectros de diseño. Se vio que la metodología establecida por el Uniform Building Code (Structural Engineering Design Provisions - 1997) es la que se adecua al estado del conocimiento de las fallas y sus efectos en el país en conjunto con la norma peruana de diseño sismorresistente E.030-19. Se adaptó la metodología del UBC-97 para la inclusión de los efectos de fuente cercana en el espectro de diseño peruano. El procedimiento desarrollado consiste en encontrar factores con los cuales afectar cada zona del espectro elástico de la norma para incluir los efectos de fuente cercana. La propuesta desarrollada ha hecho depender los factores de la zona sísmica, del perfil del suelo, del tipo de fuente sísmica y de la distancia a la fuente. Se ha encontrado que para la zona sísmica 4 y a una distancia de 2 km, estos factores están entre 1.3 y 1.1 para la región de periodos cortos del espectro en perfiles de suelo S0 a S3 y para la zona de periodos largos los factores se encuentran entre 2.1 y 1.4 para estos mismos perfiles de suelo. Para la zona sísmica 2, se ha encontrado que los factores de amplificación en periodos cortos tendrían prácticamente el mismo rango, pero solo para los perfiles S0 a S2, mientras que para periodos largos los factores serían de 2.1 a 1.1 y para perfiles S0 a S3.Item 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 AlbertoEsta 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.Item 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 AlbertoLas 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.Item Desempeño de edificios aislados con torsión en la superestructura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-10) Esquivel Zavala, Cristhian; Muñoz Peláez, Juan AlejandroLa 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%.Item Modelación numérica de muros de contención de piedra(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-19) Puyen Burga, Victor Felipe; Tarque Ruiz, Sabino NicolaEn 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.Item 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 AlejandroPerú 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.Item 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 CeciliaEl 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.Item 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 AlbertoLa 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.