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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 Alberto
Ante 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.
Análisis comparativo del comportamiento sísmico de un edificio alto, mediante el uso de outriggers. Caso de estudio: One Wilson Square
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-24) Sevillano Maturana, Bills Jeanpool Tairo; Navach Ruiz, Carlos Eduardo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El déficit habitacional del país alcanza el 11.7% de los hogares que conforman este territorio. (INEI, 2017). Dentro de la problemática actual, la construcción vertical se propone como una alternativa para mitigarla. Sin embargo, las normativas que rigen el territorio peruano se ven especializadas en estructuras de poca elevación, lo cual podría suponer que existe una relación entre la falta de metodologías y el desarrollo de estructuras de semejantes características. Es por ello que la presente tesis tiene como objetivo principal contribuir con metodologías para el diseño de una edificación alta con finalidad de vivienda. Este partirá del estudio del sistema sismo resistente denominado outriggers y cómo este podría mejorar el comportamiento de una estructura de 40 pisos ubicada en la ciudad de Lima. Los resultados estarán basados en la comparación de fuerzas internas, derivas y desplazamientos de un modelo en Etabs sin outriggers y uno donde se iterará la ubicación de estos elementos. Con ello se busca encontrar la posición de optimización, y con base en ello, se emitirán conclusiones y recomendaciones.
Optimización en la etapa de diseño de un edificio de oficinas desarrollando la especialidad de estructuras, aplicando el modelamiento de información para la construcción
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-09) Angulo Huapaya, Valeria Alejandra; Zuloaga García, Yaniré; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
En la presente investigación se aplicarán métodos de gestión para la etapa de diseño de un edificio de oficinas teniendo como herramienta el Modelamiento de Información para la Construcción (BIM), que hará posible analizar las mejoras obtenidas en la planificación de la construcción. Actualmente, se sigue utilizando una metodología tradicional que carece de comunicación entre los proyectistas de las diversas especialidades. Esto nos lleva a una pobre integración anticipada y que se ve reflejada en los trabajos rehechos durante la construcción. Es por esto que se busca herramientas que permitan optimizar y automatizar de manera eficiente durante el ciclo de vida del proyecto. Nuestro aporte será el diseño de la especialidad de estructuras y el planeamiento de su ejecución. Se tendrá el anteproyecto de un edificio de oficinas y realizaremos la estructuración y el predimensionamiento. Posteriormente, se diseñará la especialidad de estructuras haciendo uso de herramientas tecnológicas para el análisis estructural y modelado 3D del proyecto. Por otro lado, se tiene de antemano el diseño y modelo 3D de las demás especialidades y en la integración de estas se identificarán las incompatibilidades que pudieran generarse. Luego, se realizará el metrado de las partidas correspondientes a la especialidad de estructuras con el que se elaborará una sectorización por cada planta y luego un tren de actividades. Con esto se elaborará un diagrama de Gantt de la etapa de construcción del casco para compararlo con el diagrama de su ejecución real. De lo expuesto en este documento, nos llevará a concluir si la metodología BIM aplicada en la fase de diseño resulta eficiente o no.
Lineamientos de evaluación y diagnóstico de viviendas del s.XVI al s.XIX del centro histórico de Lima con fines de reforzamiento y restauración.
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-08-02) Jara Zelaya, Michael Hans; Montoya Flores, Jorge Augusto; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El Perú posee una gran riqueza histórica-cultural por lo que es de suma importancia tomar acciones orientadas a la preservación de sus edificaciones antiguas ya que están ubicadas en una zona de alto riesgo sísmico, lo que constituye la principal amenaza para su deterioro. Asimismo, existe muy poca información disponible orientada a la evaluación y diagnóstico de dichas edificaciones con un enfoque especial en la ciudad de Lima. En ese sentido, en la presente investigación se busca establecer una serie de lineamiento para una evaluación y diagnóstico, especialmente orientado a las viviendas del Centro Histórico de Lima comprendidas entre los siglos XVI-XIX, con fines de restauración y reforzamiento. La metodología planteada para las acciones de evaluación y diagnostico se encuentran enmarcadas dentro de las limitaciones que suponen trabajar con edificaciones de valor patrimonial. Los lineamientos de evaluación y diagnostico planteados tienen como finalidad conocer a profundidad el estado de conservación al momento de la intervención ya que servirá de base para las demás acciones a tomar. Por otro lado, estos lineamientos buscan comprender los procesos que dieron lugar al estado de deterioro encontrado y plantear mecanismos de actuación primarios para las futuras intervenciones de restauración y/o reforzamiento. Asimismo, se presentan una serie de procedimientos de restauración y reforzamiento, de manera informativa, que han sido utilizados en edificaciones de valor patrimonial o que cuya efectividad ha sido demostrada por diversos estudios. Sin embargo, su aplicación dependerá del criterio del profesional encargado del proyecto.
Propuesta normativa peruana para los sistemas estructurales sismorresistentes de concreto prefabricado en edificaciones
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-13) Mavila Touzloukova, Anatoliy Renato; Casaño Aquino, Anthony Miguel; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El uso de estructuras de concreto prefabricado es una solución moderna que presenta grandes beneficios para la construcción de edificaciones. Por esto, son ampliamente utilizados en países como Estados Unidos, Nueva Zelanda y Japón, y en países latinoamericanos como México y Chile, los cuales cuentan con zonas de alto riesgo sísmico. En el Perú, si bien están habilitados como sistemas que soportan cargas de gravedad, su uso en sistemas estructurales sismorresistentes fue limitado normativamente, debido a que son considerados como Sistemas No Convencionales. La presente investigación propone un capítulo normativo para los sistemas estructurales de concreto prefabricado sometidos a solicitaciones sísmicas en edificaciones. De esta forma, la propuesta integra las disposiciones normativas, las factibles para el contexto peruano, de Estados Unidos, México y Chile referente a estos sistemas. La metodología para la elaboración de este trabajo consistió, de forma resumida, en cinco pasos. Primero, se realizó la contextualización de los sistemas estructurales a través de ensayos y experiencias. Luego, se mapearon y compatibilizaron los artículos normativos que se emplean en la propuesta. Finalmente se sintetizó toda la información revisada en el Estado del Arte y se redactó la propuesta normativa. En la propuesta (Anexo A), se cuenta con seis sistemas sismorresistentes de concreto prefabricado clasificados en base a sus capacidades de ductilidad. Dentro de estos, se presentaron los pórticos, muros y sistema dual emulativos a sus correspondientes del Capítulo 21 de la norma E.060 Concreto Armado. Además, se incluyeron a los pórticos y muros de ductilidad baja, así como el sistema de columnas cantiléver. Para todos estos se mencionaron algunas consideraciones para su análisis y diseño sísmico en base a la norma E.030 Diseño Sismorresistente. Como conclusión, la propuesta normativa facilita el uso de los sistemas sismorresistentes de concreto prefabricado de forma más segura y confiable dado el riesgo sísmico del país. Esto debido a que, acorde a los objetivos de la actual normativa peruana, se establecieron los requisitos mínimos para el análisis y diseño de sistemas estructurales de concreto prefabricado. En ese sentido, se otorga un marco legal con el que se reconoce el potencial de los sistemas estructurales sismorresistentes de concreto prefabricado. Sin embargo, también será necesario la especialización técnica de la industria para poder contar con procesos constructivos estandarizados y mano de obra calificada que asegure la construcción correcta de estos sistemas.
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 Alberto
El 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.
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 Alberto
La 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.
Estudio de criterios de diseño para estados límite en condición de servicio para elementos de concreto armado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-09-05) Lozano Guevara, Andrea Mercedes; Marcas Arrieta, Miguel Manuel; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Desde finales de los años 60, el diseño en elementos de concreto armado se ha enfocado principalmente al estudio de los estados límites últimos de rotura o agrietamiento de los elementos, ignorando casi por completo los estados límites a nivel de servicio; siendo estos últimos, solamente verificados una vez que el elemento ya está diseñado (Ottazzi, 2004). Sin embargo, el diseño por resistencia no garantiza un correcto comportamiento bajo cargas de servicio, ya que, a nivel de servicio, pueden presentarse diversos problemas tales como deflexiones excesivas, fisuraciones excesivas, vibraciones indeseables y esfuerzos admisibles. Los criterios de diseño previos controlaban, de manera indirecta, ciertos estados límites en servicio tales como las deflexiones de los elementos o fisuraciones excesivas (Nilson, 2001). Para ello, limitaban, para cargas de servicio, los esfuerzos que se producían en el acero y el concreto de manera que no excedan ciertos porcentajes de su resistencia. Dichas pautas buscaban obtener un comportamiento satisfactorio de la estructura bajo cargas de servicio. Sin embargo, en la actualidad, debido a la nueva metodología de diseño y al empleo de materiales con resistencias mayores, los elementos estructurales son diseñados con menores dimensiones (McCormac, 2014). Debido a estos cambios, la estimación de fisuraciones y el cálculo de deflexiones se hace más relevante, ya que, de producirse de forma excesiva podría comprometer el confort del usuario y a los elementos no estructurales. El objetivo principal de este trabajo de investigación es recopilar los criterios e investigaciones para la verificación de los estados límites antes mencionados. Esto se realizará mediante la revisión de distintas normas y publicaciones relacionadas. Así mismo, se desarrollarán ejemplos aplicativos (en Excel, Etabs 2018) para demostrar la relevancia de corroborar dichas condiciones y, de esa manera, se contribuirá a la comprensión y al uso correcto de las fórmulas o herramientas que cada código u autor considera en su análisis.
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 Alberto
Los 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.
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 Alberto
Desde 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.

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