Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes

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    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 Roberto
    En 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.
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    Diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando redes neuronales artificiales
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Cusiquispe Rocca, Roy; Velásquez Vargas, José Martín; Rodríguez Reyna, Carlos Alberto
    El diseño estructural de edificaciones involucra procesos repetitivos que buscan determinar las dimensiones adecuadas de los elementos estructurales y los parámetros sismorresistentes, que cumplan los requerimientos mínimos de la Normativa Técnica Peruana. Estos procesos son tediosos, propensos a errores y produce pérdidas de tiempo; haciendo que el diseño estructural sea, ineficiente y sobredimensionado, derivando en un mayor uso de materiales de construcción e incremento del costo de construcción. Para evitar estos problemas, la presente investigación tiene el objetivo de realizar un diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando Redes Neuronales Artificiales (RNA). Para alcanzar este objetivo se construyeron modelos de RNA, que tienen la capacidad de predecir ratios, que permiten estimar la geometría de los muros estructurales (placas) y columnas, además, predecir parámetros sismorresistentes: periodos, derivas máximas, desplazamientos máximos del último nivel y cortante basal. La estructura de las RNA, estuvo compuesta por: una capa de entrada, formada por las características geométricas y sísmicas, que caracterizan a las edificaciones, extraídas de 51 proyectos existentes con sistemas estructurales: muros estructurales, y dual; ubicados en la ciudad de Lima; una capa oculta, que proporciona robustes y eficacia; y una capa de salida, compuesta por los valores objetivo: ratio de muros estructurales (placas), ratio de columnas, y parámetros sismorresistentes. Los resultados finalizaron con la construcción de 11 modelos de RNA, estos fueron entrenados, validados y probados. En la etapa final se implementó los modelos de RNA en un caso práctico, logrando resultados coherentes a un diseño estructural convencional. En conclusión, se demostró que las Redes Neuronales Artificiales tienen la capacidad de desarrollar un diseño estructural preliminar; con un mínimo Error Medio Cuadrático (MSE) y con valores de R cuadrado ajustado superior al 83% y 77%, para la predicción de ratio de muros estructurales y columnas, y parámetros sismorresistentes, respectivamente.
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    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 Ivan
    En 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.
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    Desarrollo de un concreto para impresión 3D con agregado reciclado proveniente de conchas de abanico (RCA), residuos de construcción y demolición (RCD) y residuos de polietileno tereftalato (RPET)
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-30) Tudela Laura, Marcell Hasser; Silva Mondragón, Guido Leonardo
    La impresión 3D de concreto se enfrenta a desafíos significativos debido a la escasez global de arena natural, un recurso crítico en su fabricación. Sin embargo, la disponibilidad de Residuos de Construcción y Demolición (RCD), Residuos de Conchas de Abanico (RCA) y Polietileno Tereftalato reciclado (RPET) brinda una oportunidad para abordar esta escasez. Esta tesis se centra en el desarrollo y validación de una metodología de diseño de mezclas de concreto que integra estos agregados reciclados, basándose en el modelo de Funk & Dinger para obtener una granulometría continua ideal, con el objetivo de crear una alternativa viable en la impresión 3D de concreto. La metodología propuesta ha sido meticulosamente diseñada, considerando aspectos clave como la reología rotacional, para asegurar que las mezclas resultantes sean no solo imprimibles, sino que también presenten propiedades reológicas adecuadas. Para lograrlo, se realizaron ensayos experimentales en laboratorio, como ensayos de extrusión, bombeabilidad, ensayos reológicos y pruebas de impresión en 3D a mediana escala, para validar los diseños estudiados. Los resultados obtenidos demostraron que la integración de RCD, RCA y RPET puede satisfacer los requisitos reológicos sin comprometer la calidad constructiva del concreto. Este hallazgo no solo tiene implicaciones prácticas inmediatas para la impresión 3D de concreto, sino que también contribuye significativamente a la economía circular en la industria de la construcción. El impacto científico de esta investigación es considerable, ya que proporciona una metodología replicable y sustentable. Además, establece un precedente para futuras investigaciones, abriendo el camino hacia la optimización de mezclas de concreto con otros tipos de agregados reciclados y la exploración de nuevas aplicaciones en el campo de la impresión 3D de concreto.
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    Análisis de la influencia de aberturas en muros de albañilería confinada
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-24) Toro Zubieta, Oscar Jaime; Quiun Wong, Daniel Roberto
    El objetivo principal de la investigación es analizar muros de albañilería confinada con aberturas sin reforzamiento mediante modelamiento de elementos finitos y evaluar la influencia que tienen estas aberturas, tanto en su rigidez como en su resistencia. Se analizaron muros de albañilería confinada con cinco diferentes relaciones de aspecto (hm/Lm: 0.60, 0.80, 1.00, 1.20 y 1.40). Para cada esbeltez de muro se modeló un muro sin aberturas y muros de dimensiones iguales con aberturas con 16 variaciones de dimensiones teniendo en total 80 modelos con aberturas y 5 modelos de muros sin aberturas. El modelamiento de los materiales de concreto y albañilería se hizo mediante macromodelamiento. El comportamiento no lineal del concreto se basó en el modelo de Hognestad. El comportamiento no lineal de la albañilería se estableció a partir de investigaciones experimentales previas. A cada modelo se empotró en la base y se le aplicó desplazamiento horizontal en la parte superior de los muros hasta alcanzar derivas de 0.007 a 0.008. De este modo se pudo obtener la máxima resistencia al cortante y la rigidez lateral de cada modelo. Se estableció la relación entre la resistencia de un muro sin aberturas y la resistencia con aberturas (pR=Ri/Ro). De igual manera para la relación entre la rigidez de un muro sin aberturas y la rigidez con aberturas(pK=Ki/Ko), para cuantificar la influencia de las aberturas. Procesando los datos se determinó que la relación entre el área de aberturas y el área del muro confinado (ra=Aa/Am) es el principal parámetro que se relaciona con la reducción de rigidez (pK) y la reducción de resistencia (pR) del muro con aberturas. Si consideramos como insignificante la reducción de la resistencia al corte en un 95%, se pudo concluir que en muros de albañilería confinada con aberturas de áreas menores al 2% del área total del muro no reducen significativamente ni la resistencia ni la rigidez frente a desplazamientos laterales.
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    Guía de diseño de un puente continuo de sección cajón postensado con proceso constructivo vaciado in-situ y por voladizos sucesivos en el Perú
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-07) Moreno Ramirez, Javier Alonso; Acero Martínez, José Alberto
    En la actualidad, con el fin de aumentar las carreteras y vías de conexión en todo el territorio nacional, la posibilidad de plantear viaductos de diferentes características se ha vuelto una propuesta atractiva en el desarrollo de la infraestructura vial. A modo de ejemplo, se tiene el Puente Chilina (Arequipa, 2013-2014), Puente Salvador (Huánuco, 2022-2023), Puente Kutuctay (Cusco, 2023), Puente R. Escardo (Lima, 2019-2020), entre otros. Los puentes de sección cajón postensados tienen como principales ventajas respecto a las otras tipologías de puentes (atirantados, colgantes, arcos, entre otros) su sistematización del proceso constructivo. La construcción de este tipo de tableros cuenta con equipos prestablecidos que se encuentran en el mercado y que disminuyen considerablemente el tiempo de ejecución y, de igual manera, reduce los costos. En ese sentido, el presente proyecto de tesis tiene como objetivo desarrollar una guía de análisis y diseño estructural de una tipología especifica de puente (sección cajón postensados), junto con un compendio de consideraciones, diferencias y circunstancias a tener en cuenta según el proceso constructivo previamente establecido (vaciados insitu con soporte longitudinal y mediante voladizos sucesivos) ubicados en el Perú. El proyecto en cuestión finalizará presentando un ejemplo con características reales que demuestren todo lo inicialmente presentado. El puente representativo por presentar tendrá 5 vanos con longitudes de 60 m, 100m y 165 m según corresponda, contará con dos estribos en cada extremo y 4 pilas internas. Dos de los vanos serán de sección constante y de proceso constructivo vaciado in-situ con soporte longitudinal. Mientras que el resto de los vanos son de sección variable, los cuales tendrán un análisis y diseño pensando en que serán ejecutados con voladizos sucesivos. Las características de la zona en la cuales se ubicará el puente representativo son típicas de los accidentes geográficos encontrados en el Perú. El objetivo es poder atravesar un rio y/o quebradas para poder disminuir el tiempo de tránsito de los futuros usuarios. La principal diferencia o problemática es poder hacer un diseño que cumpla con las fuerzas internas que se desarrollan durante las diferentes etapas constructivas según el procedimiento escogido y que de igual manera satisfaga el comportamiento de la estructura completa. Los análisis se realizarán con ayuda de diferentes Softwares estructurales de elementos finitos. Como conclusión, se corrobora que la presente guía y los procedimientos constructivos explicados serían perfectamente utilizables en el Perú para esta tipología de puentes. Cabe recalcar que el alcance de la presente Tesis se restringe a la Superestructura.
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    Evaluación del desempeño sísmico de un edificio multifamiliar aislado en el Perú
    (Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-04) Alvarado Castillo, Dante Alberto; Muñoz Peláez, Juan Alejandro
    El Perú se encuentra en una zona sísmica, lo que expone a los edificios multifamiliares a riesgos significativos de sufrir daños estructurales irreparables en caso de sismos severos. En el año 2018, fue presentada la Norma Peruana de Aislamiento Sísmico (E.031) con el fin de continuar la operatividad de los edificios ante sismos severos. El objetivo de esta tesis es evaluar el desempeño sísmico de un edificio multifamiliar aislado de 5 piso. Para obtener las respuestas de la evaluación se utilizó el análisis dinámico incremental (IDA) con 7 pares de registros sísmicos. Los resultados se presentan en los parámetros de aceleración pico del suelo (PGA), daño-deriva de entrepiso y rotaciones inelásticas en vigas y columnas. Se utilizó los lineamientos de Hazus-MH-MR4 y de ASCE41-13 para la evaluación de desempeño. Los resultados muestran que para un terremoto de TR = 2500 años (PGA de 0.675g), indican que los valores de los giros plásticos en vigas y columnas alcanzarían solo el 48% y 39% del límite de ocupación inmediata según ASCE41-13. Al emplear la relación daño-deriva se estima que la estructura alcanzaría derivas del orden de 5.8‰ según Hazus-MH-MR4 indicaría que el daño en el edificio superaría el umbral de daño leve. Compatibilizando los resultados de este trabajo, indican una discrepancia en la evaluación del daño empleando la deriva (Hazus-MH-MR4) y el nivel de rotación (ASCE41-13), debido a la relación daño-deriva de Hazus-MH-MR4 corresponde a edificios de base fija.
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    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 Alejandro
    El 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.
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    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.
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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.