Ingeniería Civil (Lic.)
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Item Estudio de la vulnerabilidad sísmica estructural utilizando curvas de fragilidad en colegios del distrito de La Molina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-13) Velazco Guerrero, Daniela Nicole; Rodriguez Olivares, Mario Alejandro; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoAnte la posible llegada de un sismo severo a la capital se debe tener la certeza de que las estructuras esenciales estén preparadas para cumplir con el desempeño con las que fueron diseñadas. La tesis propuesta busca identificar el estado actual de la vulnerabilidad sísmica con base en la tipología común de los colegios situados en La Molina. Se utiliza como herramienta las curvas de fragilidad, las cuales se generan en base al análisis estático no lineal utilizando el software SAP2000. Los estados límites para identificar la vulnerabilidad se obtienen a partir del manual técnico de Hazus MR4. Para la metodología se visitan cinco colegios del distrito de La Molina ubicado en la ciudad de Lima en Perú y se identifica que existen dos tipologías estructurales típicas donde una presenta 5 ejes estructurales en dirección transversal y la otra 7 ejes. En estas tipologías se manifiesta el fenómeno de columnas cortas, al igual que en la mayoría de colegios que se han visitado. Se obtienen las curvas de fragilidad en función de la probabilidad de daño y el pseudo-desplazamiento espectral. Los resultados obtenidos demuestran que las dos tipologías presentan una gran probabilidad de tener un desempeño de daño completo ante la llegada de un sismo raro en dirección X y una gran probabilidad de que ocurra un estado de daño moderado para la dirección Y. Se realiza un análisis dinámico lineal utilizando el espectro de la norma peruana E0.30 en ambas tipologías y para ambas direcciones, con el objetivo de determinar su respectivo desplazamiento espectral en función al sismo de diseño. Se concluye que el estado actual de la vulnerabilidad sísmica en los colegios de La Molina presentan un daño estructural moderado a completo ante la solicitación del sismo de diseño denominado sismo raro.Item Análisis del comportamiento en flexión de vigas de sección no rectangular y de alma delgada reforzadas longitudinalmente con barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-03) Galvez Carrión, Renzo Didier; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoEl empleo del acero como refuerzo del concreto es cada vez más cuestionable debido a su baja durabilidad frente a la corrosión y por ello, en las últimas décadas se ha alentado el empleo de materiales alternativos más durables. Ese es el caso de los materiales compuestos por fibras resistentes embebidas dentro de una resina polimérica conocidos como fiber-reinforced polymer (FRP) o polímeros reforzados con fibra, cuyo empleo como refuerzo de estructuras de concreto ha tomado impulso a partir de los años 80. Sin embargo, debido a la relativa novedad del material aún existe falta de consenso técnico en algunas aplicaciones de este material, es así que la presente investigación tiene como objetivo aportar en el entendimiento del comportamiento a flexión de vigas con sección no rectangular de alma delgada reforzadas con barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP). Para ello, se incluye un estado del arte del conocimiento actual sobre el comportamiento de los FRP, así como se detalla los criterios de cálculo de resistencia por flexión y cortante que brinda el American Concrete Institute (ACI) para el concreto reforzado con barras de GFRP. Estos criterios están fundamentados principalmente en el estudio de vigas de sección rectangular constante, lo que motiva a verificar si son adecuadas para vigas de sección no rectangular. En ese sentido, primero se plantea un análisis teórico de la capacidad de carga última y deflexiones que presentaría la viga en condición de simplemente apoyada con carga puntual aplicada al centro de la luz libre. Luego, se construye un set de dos vigas con la sección propuesta y se replica experimentalmente la condición de carga para obtener la capacidad de carga última y deflexiones reales. Estos resultados luego se comparan y se discuten para comprender el comportamiento real de vigas de sección no rectangular de alma delgada cuyas conclusiones más importantes se presentan al final de esta investigación.Item Influencia de la interacción suelo-estructura en la respuesta sísmica de un edificio de oficinas de 6 pisos y 2 sótanos considerando diferentes condiciones de suelo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-02-13) Prada Conde, Grecia Chijei; Mateo Suarez, Isabel Thalia; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoLa presente investigación consiste en estudiar la respuesta sísmica de un edificio de oficinas de 6 pisos y 2 sótanos considerando la interacción suelo-estructura (ISE). Se ha visto que en la realidad se utilizan frecuentemente modelos con base empotrada a nivel del terreno, pese a que, se analicen edificios con sótanos. Esta idealización genera que los resultados obtenidos en el análisis estructural no sean muy precisos. Es por tal motivo, que el objetivo de la investigación es determinar la influencia de la ISE en la respuesta sísmica de un edificio de oficinas con sótanos, para lo cual se plantean tres casos de estudio para comparar los resultados considerando diferentes tipos de modelos, tipos de suelo e incluir la ISE dentro del análisis. Existen normas internacionales que presentan procedimientos para el análisis con ISE y también, diversos investigadores han planteado modelos matemáticos para caracterizarla, los cuales permiten representar respuestas cercanas al movimiento del suelo circundante a las cimentaciones. A partir de lo mencionado se establecen los tres casos de estudio que se desarrollaron en la presente investigación. El primer caso de estudio (modelo 01) consta de un edificio empotrado a nivel de superficie sin el modelado de los sótanos. El segundo caso de estudio se divide en dos escenarios, que se diferencian en las restricciones que se les asignan a los muros de los sótanos. El primer escenario (modelo 02A) consiste en el edificio con sótanos empotrado a nivel de cimentación. En el segundo escenario (modelo 02B), se tiene un modelo similar al anterior, incluyendo en los sótanos una restricción del movimiento traslacional del suelo. El último caso (modelo 03) consta en el edificio con sótanos y el suelo representado mediante un elemento sólido, en este modelo se caracteriza la ISE, representando al suelo mediante un modelo de semiespacio elástico lineal compuesto por elementos finitos sólidos. Para cada uno de los casos expuestos, de acuerdo a la norma E.030, se realizan los análisis estático y dinámico; con lo cual, se obtienen parámetros como: Periodos, cortantes basales, modos de vibración, desplazamiento y desplazamientos relativos de entrepiso.Item Estudio comparativo del comportamiento de pórticos duales de concreto armado idealizado con elementos tipo frame y elementos planos finitos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-09) Navarro Tipte, Pablo Alberto Junior; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoLos muros son elementos bidimensionales que comúnmente son modelados como elementos unidimensionales por medio de brazos rígidos (Frame) en la unión de las placas y vigas. Esta metodología de análisis estructural está asociada al considerable aporte de rigidez que tienen los muros para la estructura, las vigas que llegan a estos elementos son consideradas como empotradas; a la hipótesis de Navier (secciones planas) y a la practicidad del modelo. Sin embargo, considerando que ningún elemento es lo suficientemente rígido, es de esperarse que los muros de concreto armado se deformen y, en mayor medida, en los de poca esbeltez a causa de la deformación por corte. La deformación por corte genera alabeo en las secciones que, aunque más pequeño que sean, afectan a las fuerzas internas de los elementos estructurales. Es decir, la presencia de alabeo (deformación por corte) y giro de los nodos del muro causa una redistribución de cargas en los elementos estructurales. Por ello, el objetivo general es evaluar la relevancia o influencia que se tiene al emplear elementos tipo Frame y elementos planos finitos (Shell) para idealizar muros de concreto armado de poca esbeltez (H/L) en pórticos duales en términos del comportamiento estructural. A ambos modelos se les incorpora, en la intersección entre muro y entrepiso, un brazo rígido Frame en el muro con una rigidez tal que los momentos en los extremos de las vigas que llegan al muro sean similares entre ambas alternativas, y que los giros dentro del muro se anulen a nivel de cada piso. El estudio evalúa fuerzas internas, desplazamientos, rigidez lateral, giros, derivas, periodos y esfuerzos producidos por un análisis con cargas de diseño. Los modelos estructurales que se realizan en el programa SAP2000 se dividen en 4 categorías de acuerdo con la relación altura/ancho (H/L) que tienen los muros (H/L=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0). Además, el modelo busca representar en 2D un análisis de una estructura en 3D para que los resultados se puedan extrapolar. Los pórticos se encuentran empotrados en la base. 2 El análisis comparativo evidencia que incorporar un brazo rígido Frame en el modelo Shell elimina el alabeo en las zonas cercanas al entrepiso o brazo rígido. Por esta razón, aumenta la rigidez del modelo Shell e incluso es mayor a la rigidez del modelo Frame, contrario a la teoría básica que describe mayor flexibilidad del modelo Shell con respecto al modelo Frame. Por tanto, esto ocasiona que el modelo Frame con muros de poca esbeltez presente mayores desplazamientos laterales, menor rigidez lateral, menores fuerzas internas y menores esfuerzos para las cargas asignadas. Además, conforme aumenta la esbeltez, la variación en los giros de los nodos del eje del muro disminuyen y siempre es mayor para el modelo idealizado con elementos tipo Frame. Entonces, la consideración de cómo se idealiza el muro se presenta como un factor importante en el análisis estructural que, de no tomarse en cuenta, puede generar un diseño poco conservador, una sobreresistencia y un margen de seguridad menor al planteado en el diseño.Item Estudio de las propiedades mecánicas y dinámicas de aisladores elastoméricos con núcleo de plomo en base a su dimensionamiento interno(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-01) San Martin Altamirano, Luis Manuel; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoDesde los inicios de la humanidad, gran parte de la población mundial, en distintas regiones, han sufrido las pérdidas de vidas y daños a sus propiedades debido a los terremotos. Es por esto que los ingenieros, a lo largo de los años, han venido desarrollando varios diseños y tecnologías de construcción para intentar mitigar los efectos de los terremotos en edificios, puentes y contenidos potencialmente vulnerables. El aislamiento, sísmico, es, un dispositivo relativamente reciente que salvaguarda las estructuras, frente a consecuencia destructivas, de un sismo, aislando la estructura, de la superficie y de esa manera, impidiendo que los movimientos sísmicos se transmitan a la misma. Para lograr, esta separación se utilizan dispositivos llamados aisladores, que; por estar colocados me manera eficiente debajo de las columnas de la superestructura, pueden cumplir un rol significativo durante la acción de un sismo. En particular, los aisladores con, corazón de plomo, (LRB), se fabrican de caucho de bajo amortiguamiento y capas intercaladas de acero, y en el corazón un núcleo de plomo. Este núcleo de plomo, permite aumentar su rigidez inicial y aumentar la cantidad de disipación de energía a través del incremento, del amortiguamiento, del aislador entre 25, y 30%. Esta tesis pretende investigar acerca de la obtención de las propiedades mecánicas del aislador LRB a partir de su dimensionamiento interno para su posterior testeo y fabricación. Asimismo, se generará una plantilla de cálculo que facilitará la obtención de las propiedades del aislador en base a las dimensiones propuestas. Como resultado se espera aportar conocimiento que pueda servir de ayuda para que en un futuro se puedan fabricar este tipo de aisladores en el país y no depender de patentes extranjeras. Entonces, se concluye que el aislamiento sísmico acrecienta el, periodo y el amortiguamiento, de la estructura, lo cual se interpreta en una disminución de la demanda sísmica del terremoto hacia la estructura. Pese a ello, se puede afirmar que la mejor opción para utilizar este sistema es sobre estructuras rígidas situadas en suelos también rígidos, lo cual puede aplicarse en la ciudad de Lima debido a su edafología.Item Análisis comparativo del comportamiento sísmico de un pabellón escolar entre el análisis tiempo historia, push-over y modal-espectral(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-16) Vargas Vidal, Daniel Roger; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoPara que una estructura sea considerada segura ante un sismo, las normas suelen solo pedir que esta se analice en su rango elástico. Sin embargo, al no contemplar el rango inelástico, estos análisis no contemplan el comportamiento cuando la estructura incurre en daños más severos. Mucha información se pierde y no se tiene un modelo real del edificio. Es por ello que se plantea el analizar una estructura modelada en SAP2000 a un análisis modal-espectral, estático no lineal y tiempo historia para luego comparar los resultados obtenidos. Esto con la finalidad de encontrar las diferencias y similitudes, así como el origen de las mismas. El edificio a trabajar será una estructura de 4 pisos con columnas como principal elemento estructural en la dirección X y placas en la dirección Y. Se propone desarrollar los diagramas de momento-curvatura de todas las secciones del mismo y modelarlo con sus características inelásticas dentro del SAP2000. Con la información completa de la estructura se procederá a realizar el análisis tiempo-historia con el espectro de la norma peruana. Luego se realizará un análisis push-over para obtener una curva de capacidad. Esta será cruzada con el espectro de demanda obtenido por el método de la ATC40 y con ello se tendrá el punto de demanda que será utilizado para la comparación. Finalmente, se utilizarán distintas señales sísmicas con características similares a los sismos limeños y con ellas se realizará el análisis tiempo-historia inelástico. Se utilizará el promedio de los datos obtenidos por cada señal como punto de comparación. Se compararán la cortante basal, el desplazamiento máximo y la aceleración máxima. Estos deberían ser cercanos entre sí, sin embargo, de haber alguna diferencia se procederá a hacer un análisis de causas.Item Diseño de la Biblioteca Aveiro para las condiciones locales de la ciudad de Lima(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-14) Hidalgo Diaz, Mauricio Asisclo; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoEn la presente tesis, se desarrolla el análisis estructural sismoresistente y el posterior diseño estructural de los elementos que componen la Biblioteca Aveiro, la cual es una edificación existente ubicada en la ciudad de Aveiro, Portugal. Se trata de una edificación de forma irregular que cuenta con cuatro plantas, con una altura de 4.5 m para la primera planta, y de 4m para las tres siguientes, destinadas al uso de salas de estudio, oficinas, zonas de almacenaje, auditorio, entre otros. La biblioteca fue diseñada con estructuras de acero y concreto, de acuerdo con los condiciones sísmicas y geológicas propias de la zona. En consecuencia, el objetivo principal de la presente tesis es realizar el diseño estructural de la biblioteca para las condiciones geológicas y sísmicas que presenta la ciudad de Lima. Para ello se dispone de la distribución arquitectónica de la biblioteca, la cual sirve de guía para realizar la estructuración y el dimensionamiento estructural del edificio. Se realiza la estructuración en base al uso de losas aligeradas en una dirección, losas macizas en dos direcciones, columnas, vigas y muros de concreto armado. Se considera también un sistema sismoresistente de muros de concreto armado para ambas direcciones de análisis. Para el diseño estructural se considera el uso de concreto con f´c = 280 kg/cm2, y de acero de refuerzo grado 60 con fy = 4200 kg/cm2. Para que el diseño de la presente edificación cumpla con todos los requerimientos, se hará uso de las normas que componen el Reglamento Nacional de Edificaciones.Item Análisis técnico-económico del uso de concreto premezclado de f'c = 21 MPa y f'c = 28 MPa en un edificio multifamiliar de 4 pisos, un semisótano y un sótano(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-10) Ricalde Límaco, Pablo Ángel; Ariza Gómez, Ricardo Agustín; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoLa presente tesis tiene como objetivo principal comparar estructural y económicamente el empleo de un concreto de resistencia 28MPa con respecto a un concreto de resistencia convencional (21MPa) en el diseño de una edificación de mediana altura de cuatro pisos, un semisótano y un sótano ubicada en el distrito de Lince, departamento de Lima. Se realizó el análisis sísmico, según la Norma de Diseño Sismorresistente E.030, de dos modelos estructurales con la configuración de una sola edificación conformada por cuatro pisos, un semisótano y un sótano cuyo uso es de vivienda multifamiliar. La primera propuesta es modelada y diseñada con un concreto de resistencia a la compresión de 21MPa, mientras que la segunda propuesta es calculada con una resistencia de 28MPa. El sistema estructural en la dirección X es dual para ambos casos, mientras que en la dirección Y el sistema es de muros. El diseño en concreto armado se basa en las hipótesis y especificaciones de la Norma de Concreto Armado E060, que establece el diseño por resistencia garantizando que los elementos estructurales soporten las solicitaciones de carga a las cuales serán sometidos. Para ambas propuestas, se diseñaron las vigas, losas aligeradas, columnas, placas, muros de contención y cimentaciones. Finalmente, se aplicó la herramienta multicriterio Choosing By Advantages (CBA) para determinar la alternativa más ventajosa en términos estructurales y económicos. Los factores analizados fueron derivas máximas, cortantes basales, ductilidad de secciones, durabilidad y espacio arquitectónico. Los puntajes del CBA se analizan en forma conjunta con los resultados económicos obtenidos con ayuda de herramientas BIM como el software Revit. Se demostró que el uso de un concreto de mayor resistencia genera ahorro en lugar de encarecer la estructura. Asimismo, se comprobó que las ventajas estructurales por el uso de un concreto de 28MPa son superiores en comparación al empleo de un concreto convencional de 21MPa.Item Análisis de los efectos de la interacción suelo – estructura en la dinámica estructural de un edificio de oficinas de 15 pisos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-05) Rodríguez Sánchez, Andrés Gonzalo; Villavicencio Arias, Sergio Joel; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoPara el análisis de edificaciones es común el uso de modelos matemáticos que representen el comportamiento de estas. Elaborar un modelo que represente exactamente el comportamiento de una edificación en el medio que la rodea ante una solicitación externa es una labor prácticamente imposible. A pesar de las limitaciones actuales, los resultados obtenidos se pueden considerar estimaciones buenas para ser utilizadas en cálculos ingenieriles. Reducir la incertidumbre es importante para el progreso de la ingeniería sismorresistente, para lograrlo es crucial identificar las limitaciones de los modelos convencionales y aumentar los conocimientos sobre estas. En ese sentido, una de las limitaciones que se considerar es el desprecio de los efectos de la interacción suelo-estructura. El propósito principal de la investigación es analizar cómo difiere el estudio del comportamiento de las edificaciones con sótanos ante solicitaciones sísmicas en función a la manera en las que son modeladas. Se considerarán en el estudio 3 tipos de modelos para el mismo edificio de 15 niveles superiores. El primero, considera la estructura empotrada a nivel de la superficie sin considerar la influencia de los sótanos, en este caso se asume que los niveles subterráneos de la estructura se mueven en conjunto con el suelo en que se encuentran. El segundo, considerará la totalidad de la estructura incluidos los sótanos. El tercero, la estructura completa, pero considerando además el efecto que tiene la interacción del suelo con la estructura en los sótanos. Es importante mencionar que para cada tipo de modelo se estudiará la estructura con 2, 5 y 8 sótanos. Al analizar estructuras como la del primer caso mencionado se asume que el momento generado por acción de fuerzas y/o aceleraciones en la base (nivel de superficie) es de gran tamaño, y la distribución de momentos en los sótanos tiene valores menores y poco significativos. Sin embargo, queda en duda si este tipo de modelo representa correctamente el comportamiento que el edificio tendrá. En los modelos que consideran sótanos en el análisis se puede suponer que el momento aumenta considerablemente en función a la profundidad o también que, al considerar la interacción con el suelo, debido a las propiedades mecánicas de estos, el momento disminuye proporcionalmente con la misma. El análisis se efectuará para distintos niveles de sótanos, en donde la estructura será sometida a una perturbación dada por el espectro de la norma E.030; además se utilizarán distintas propiedades al modelar el suelo, con el fin de obtener respuestas para diferentes tipos de estos. La profundidad del suelo en el modelo será considerada hasta una profundidad de 1.5B por debajo de la cimentación. Con los resultados obtenidos se busca lograr una mejor comprensión de las respuestas del análisis dinámico de un edificio, para esto se pretende encontrar una relación entre el comportamiento de cada tipo de modelo estructural en los tipos de suelos analizados; enfocada en acercar los resultados, independientemente del tipo de modelo que se escoja, a valores que representen con mayor fidelidad el comportamiento real que tendrá la estructura estudiada.Item Estudio de la relación entre el valor normativo y el valor efectivo del coeficiente de reducción de fuerza sísmica “R” para sistemas con predominancia de muros de corte, utilizando procedimientos de análisis estáticos no lineales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-19) Illacanchi Guerra, Luis Jhonatan; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoSe investigará la relación entre dos tipos de coeficientes de reducción de fuerza sísmica “R”. El primero será determinado a partir de la norma de Diseño Sismorresistente, E.030. El otro factor de reducción “R” será determinado a partir de la relación entre la fuerza elástica máxima y la fuerza que inicia el comportamiento inelástico. Para el segundo tipo de coeficiente, se aplicarán procedimientos de análisis estático incremental o pushover. De este análisis, se obtendrá la curva de capacidad de la estructura; es decir, se podrá determinar los valores de resistencia y desplazamiento para los cuales la estructura en análisis inicia el comportamiento inelástico o plástico. Entonces, se puede obtener un valor de “R” por medio de la relación de resistencia lateral en el rango elástico entre la fuerza máxima que inicia el comportamiento plástico. Luego, la relación anterior se comparará con los valores del coeficiente de reducción de fuerza sísmica “R” sugeridos por la norma de Diseño Sismorresistente, E.030. Esta investigación contribuirá a entender el comportamiento inelástico de estructuras cuyo sistema predominante sean los muros de corte. Actualmente, la norma de Diseño Sismorresistente reconoce como uno de sus principios mantener las estructuras civiles sin daños considerables luego de eventos sísmicos severos. Sin embargo, no es hasta la ocurrencia de un evento sísmico real en que se pone a prueba la efectividad o deficiencia de la norma. En ese sentido, es de importancia ampliar el conocimiento sobre el comportamiento inelástico de las estructuras, donde se asocie la ductilidad, resistencia y rigidez que puedan desarrollar. Esto podrá ser visualizado de alguna manera con el parámetro “R” de la norma de Diseño Sismorresistente, E.030.