Ingeniero Civil / En la presente Memoria se presenta el registro de la experiencia en el desarrollo de los primeros prototipos de aisladores sísmicos de goma y láminas de acero fabricados en Chile, como parte de un proyecto de aislar sísmicamente un edifico de vivienda económica de cuatro pisos financiado por FONDECYT. La experiencia se desarrolló entre los años 1988 y 1990, adicionalmente se generaron algunas publicaciones y se aportó la base para las etapas siguientes del estudio. El estudio comprende el diseño teórico, obtención y pruebas de los materiales constituyentes, fabricación de los aisladores y ensayos de los prototipos. Para esto se utiliza la experiencia internacional y la tecnología disponible entonces en Chile dentro de un marco de bajo costo. Se utiliza la infraestructura de Idiem y del Laboratorio de Vialidad para efectuar los ensayos. Entre los objetivos principales esta la obtención de una goma de alto amortiguamiento, requisito obligatorio para conformar el sistema de aislación en estudio. Para esto se prueban variadas fórmulas de goma , hasta obtener los valores del amortiguamiento deseados, al mismo tiempo que se verifican otras propiedades también importantes. Para los ensayos efectuados a la goma se requiere fabricar probetas especiales, siendo algunas de ellas originales, ya que no están cubiertas por normativa de ese entonces. Se destaca entre estos últimos el ensayo de corte, que permite a determinar el amortiguamiento y la rigidez de la goma. Una vez conocidos los materiales constituyentes se efectúa el diseño del aislador utilizando la teoría sobre aislación sísmica disponible. Se adopta la forma cilíndrica como la más adecuada y se plantea como meta que la aplicación de la aislación permitiría al edificio oscilar con un período hasta de dos segundos frente a un sismo. El resultado del diseño define aisladores de 30 cm de diámetro constituidos por 30 capas de goma de 7 mm espesor y 29 placas de acero 1 mm de espesor. La fabricación de los prototipos se efectuó en una pequeña industria nacional, siendo necesaria la materialización de una matriz especialmente adaptada para este efecto. Se adopta, por ser más económico el método de compresión directa en vez de la inyección para efectuar la vulcanización. Como resultado de este proceso se fabrican dos aisladores prototipo. Los aisladores son sometidos en Idiem a ensayos y se verifica su capacidad resistente y como elemento disipador. Para esto es necesario fabricar el dispositivo de ensayo, que permite efectuar todas las pruebas incluso las pruebas dinámicas. Estas última destinadas a determinar el amortiguamiento del aislador. Se confirmó en ese entonces que es posible generar en Chile aisladores sísmicos con goma de alto amortiguamiento reforzados con placas metálicas a bajo costo y de fabricación sencilla. Se confirma que se puede contar con la infraestructura para pasar por todas las etapas que este proceso requiere.

El crecimiento poblacional y económico del Perú ha generado la necesidad de construir un mayor número de edificaciones y vías de comunicación sobre el territorio nacional. Esto conllevó a realizar proyectos en zonas de riesgo, tales como laderas de ríos y faldas de cerros, donde la topografía del terreno genera dificultades para la ejecución de las obras y los fenómenos naturales como derrumbes e inundaciones causan grandes pérdidas económicas y humanas. A esto se le suma que nuestro país se encuentra en una zona altamente sísmica, debido a la interacción de las placas tectónicas Sudamericana y de Nazca, intensificando los problemas ya antes mencionados. A pesar de la existencia de taludes diseñados en estos lugares, existen factores desencadenantes como sobrecargas sísmicas, cambios en las condiciones hidrogeológicas o la reducción de los parámetros resistentes del suelo que podrían generar la desestabilidad de estos, causando el colapso de estructuras aledañas. Buscando una forma de mitigar estos efectos, se derivó en el uso de muros de contención. Estas son aquellas estructuras diseñadas y construidas para resistir la presión lateral del suelo cuando hay un cambio en la elevación del terreno que excede el ángulo de reposo del mismo, y en ciertos casos empujes hidráulicos como en las defensas ribereñas. El uso generalizado de muros de contención no solo ayuda a contener algún evento potencialmente catastrófico, sino también a preverlo y evitar su ocurrencia. Este tipo de estructuras son usuales y utilizadas como protección en proyectos de ingeniería, como en carreteras que suelen construirse al borde de abismos y usan estos elementos para evitar derrumbes; también se pueden encontrar muros de contención en lugares con desniveles o en sótanos, soportando los empujes de tierra. Asimismo, se pueden llegar a usar en pequeñas represas soportando empujes de grandes masas de agua, en estos casos se tienen algunas consideraciones adicionales. Por último, las alas de los estribos de los puentes son calculadas para soportar las cargas de empujes de tierras existentes y la contención de líquidos evitando la erosión del terreno por el mismo cauce del río. La presente investigación, está orientada a desarrollar el análisis de estabilidad de muros de contención en voladizo, al aplicar el método empírico de Mononobe-Okabe, así como el método General de Equilibrio Límite (GLE); con ellos se busca determinar la respuesta sísmica y la variación de esta con respecto a las distintas zonas sísmicas del Perú. Finalmente, al interpretar los resultados obtenidos se podrá aportar y dar recomendaciones acerca del análisis sísmico de muros de contención en el Perú. / Tesis

En la actualidad, los sistemas de protección sísmica representan una opción viable para la prevención de desastres naturales como lo es un evento telúrico. Nuestro país se encuentra en la zona del cinturón de fuego del pacífico, por lo tanto no se debe hacer caso omiso al peligro que un sismo supone. En atención a ello, se presenta el siguiente estudio que intentará explicar, a grandes rasgos, una tecnología de protección sísmica: la implementación de aisladores en un edificio de viviendas. Es recurrente que el público en general, e inclusive ingenieros civiles, tengan interrogantes sobre el comportamiento, tipos, eficiencia y conveniencia de los distintos tipos de aisladores sísmicos. Por tal motivo, este estudio fue estructurado para describir la tecnología desde los principios básicos y la filosofía del diseño, hasta los mecanismos de protección y propiedades dinámicas de cada uno de los dispositivos. La información técnica mostrada corresponde a estándares internacionales, normativa local y prácticas comunes de la ingeniería estructural y construcción. Complementario a la información teórica, se plantea una comparación entre la propuesta ya construida y su similar con aisladores en una edificación de viviendas de varios niveles. Se ha seleccionado para el ejercicio un edificio multifamiliar típico del distrito de San Isidro, en la ciudad de Lima: dos sótanos y siete niveles de viviendas, incluyendo la azotea. La directriz general que se siguió, para realizar la propuesta con aisladores, fue la de restructurar la edificación con la idea de ahorrar en materiales de construcción y compensar, así, el sobrecosto por el concepto de aisladores. Al mismo tiempo, se mantuvo la arquitectura original y la funcionalidad de las viviendas. Finalmente, se resumen los resultados de los análisis de estructuras, de acuerdo a norma, y se presentan los costos de construcción asociados, junto con los beneficios del aislamiento sísmico, para comparar la conveniencia de su implementación en el ejercicio mostrado. / Tesis

La presente tesis fue realizada con el fin de poder comparar, en aspectos técnicos y económicos, el rendimiento y eficiencia de dos posibles soluciones de estructuración para un mismo hospital de siete pisos construido en concreto armado y en acero estructural. Se ha realizado el análisis modal espectral y el diseño de las componentes estructurales para los dos modelos. De acuerdo a los diseños se elaboraron metrados y presupuestos referenciales para cada caso. Ambas estructuras contarán con la protección sísmica de aisladores de núcleo de plomo en la base. Se comparará las estructuras en los ámbitos de rigidez, resistencia, costo y tiempo de realización; cada una de estas áreas tendrá un porcentaje de incidencia mediante el cual se asignará una calificación final a cada estructura. De esta manera, se presenta la discusión para cada criterio y la elección de la mejor opción para el caso de estudio. / Tesis

El Perú está ubicado en el conocido cinturón de fuego, donde interactúan la placa de nazca bajo la sudamericana, el mismo que se desarrolla con una velocidad promedio de 7-8 cm/año (DeMets et al, 1980; Norabuena et al, 1999), por lo que estamos expuestos a movimientos tectónicos importantes con periodos de recurrencia cortos, terremotos que han causado muchas muertes e ingentes perdidas económicas; Arequipa está ubicada en una zona sísmica. Debido a esta amenaza sísmica es que la innovación tecnológica estructural propone la protección sísmica de las estructuras a través de dispositivos pasivos como aisladores y disipadores de energía visco elásticos, de fricción o metálicos. Estos permiten que las estructuras tengan un mejor comportamiento estructural, desacoplando la estructura del suelo con estos dispositivos reduciendo drásticamente el movimiento sísmico en la superestructura, pudiendo ser imperceptible por los usuarios, mejorando su funcionalidad y operatividad de la edificación postsismo; sin embargo, se tiene un incremento en el costo comparado con un diseño tradicional. Al no tener mucha demanda sísmica la superestructura, se puede utilizar aceros de alta resistencia para reducir secciones de concreto y minimizar densidades de acero pudiendo tener intersecciones de acero (nudos) con poca interferencia. En la tesis se utiliza aisladores LRB (goma con núcleo de plomo) para una edificacion de 7 pisos regular en planta y elevación, con una relación de esbeltez de 2, presentando dos estructuraciones dual y aporticada. Comparamos sus características estructurales de las edificaciones para un diseño convencional y luego de proponer el sistema de aislamiento con 2 tipos de dispositivos LRB para cada estructuración se diseña la propuesta de edificacion aislada con estructuración dual con acero de construcción grado 60 y la edificacion aporticada con acero grado 75. Se realiza una comparación de metrados y presupuesto de partidas de estructuras para las 2 estructuraciones con cantidades de acero y concreto en columnas y vigas. Se concluye que es conveniente estructurar las edificaciones aisladas aporticadas y utilizar acero grado 75 u 80 sin incrementar sustancialmente el costo de una edificacion aislada. / Peru is located in the well-known belt of fire, where the Nazca plate under the South American plate interacts, the same one that develops with an average speed of 7-8 cm / year (DeMets et al, 1980; Norabuena et al, 1999), so we are exposed to important tectonic movements with short repetition periods, earthquakes that have caused many deaths and huge economic losses; Arequipa is located in a seismic zone. Due to this seismic threat, the structural technological innovation proposes the seismic protection of structures through passive devices such as insulators and visco-elastic, friction or metallic energy dissipators. These devices allow the structures to have a better structural behavior, decoupling the structure from the ground with these devices, drastically reducing the seismic movement in the superstructure, which can be imperceptible by users, improving its functionality and operability of the post-earthquake building; however, there is an increase in cost compared to a traditional design. As the superstructure does not have much seismic demand, high-strength steels can be used to reduce concrete sections and minimize steel densities, being able to have steel intersections (knots) with little interference. In the thesis, LRB insulators (lead core rubber) are used for a building of 7 levels with regular plan and elevation, with a slenderness ratio of 2, presenting two dual and porticoed structures. We compare the structural characteristics of the buildings for a conventional design and after proposing the insulation system with 2 types of LRB devices for each structuring, the isolated building proposal is designed with dual structuring with 60-degree construction steel and the building provided with 75-degree steel. A comparison of metrics and budget of structure items is made for the 2 structures with quantities of steel and concrete in columns and beams. It is concluded that it is convenient to structure the porched isolated buildings and use 75 or 80-degree steel without substantially increasing the cost of an isolated building.

El aislamiento sísmico busca reducir considerablemente la fuerza del sismo con la que es afectada una edificación, aumentando la probabilidad de seguridad de los usuarios, la infraestructura y sus servicios. La presente tesis tuvo como objetivo general determinar el costo-beneficio por la inclusión de aisladores sísmicos en el diseño estructural de una edificación residencial de nueve niveles y dos sótanos, en la ciudad de Chiclayo, ante un evento sísmico de magnitud elevada, concluyendo que a corto plazo será eficiente estructuralmente; sin embargo, económicamente, implicará un aumento del costo del 18%, representado por S/. 703,761.00. Además, la inclusión de sótanos en la edificación, favoreció en la eliminación de los suelos expansibles, alcanzando un estrato más rígido favoreció el desempeño óptimo de los aisladores, también que el diseño de la infraestructura con un periodo estructural alejado y superior al periodo probable de suelo, disminuyó la probabilidad de incurrir en el fenómeno de resonancia sísmica.

Los altos costos de reparación, reconstrucción y mortalidad causado por los terremotos obligan a los países sísmicos, como el Perú, a investigar o desarrollar dispositivos que permitan aislar o disipar energía sísmica. La presente tesis se enfocada principalmente en el estudio de los aisladores de péndulo friccional. Primero, se estudiaron los fundamentos del aislamiento sísmico y se desarrolló ejemplos aplicativos con un software de análisis de un modelo de un grado de libertad. Después, se estudiaron los métodos de análisis sísmicos de estructuras: estático, espectral y tiempo historia no lineal; referenciados principalmente del ASCE SEI 7- 10, borrador del ASCE SEI 7-16 y del FEMA 750. Luego, se propuso un procedimiento de análisis y diseño de edificios con aisladores en el Perú. Para los edificios con aisladores sísmicos se tomaron las exigencias del diseño por funcionalidad continua que recomiendan limitar la deriva máxima de piso a 3 ‰, la aceleración máxima de piso a 0.25g para el sismo de diseño (Tr=475 años). Así mismo, se desarrolló el análisis de un edificio hospitalario con aisladores de péndulo de fricción doble, triple y base empotrada; donde se hallaron y compararon los valores globales de respuesta sísmica (periodo, deriva, aceleración, cortante, desplazamiento y amortiguamiento) entre los análisis y los tipos de dispositivos. Tanto en el hospital con aisladores de péndulo friccional doble y triple, los parámetros globales de respuesta sísmica resultaron similares en los análisis espectral y estático. Sin embargo, hay una considerable diferencia en el análisis tiempo historia no lineal (ANLTH), principalmente, para el análisis del edificio con péndulo doble. Según el análisis estático y modal espectral con ambos aisladores se logra satisfacer los requisitos para el desempeño de funcionalidad continua. Sin embargo, para el doble, dado el alto amortiguamiento, en el ANLTH no se lograron aceleraciones a dicho nivel de desempeño. Finalmente, se hizo un análisis estático según el ASCE 7-16, para los dos tipos de aisladores. De este análisis se obtuvo que lo aisladores de péndulo de fricción pueden llegar a variar hasta 30% en función del valor nominal de cortante y 10% en función del desplazamiento nominal.

El objetivo principal de la presente tesis es aportar al estado del arte del diseño sismo resistente de puentes con sistemas de protección sísmica, mediante la comparación del desempeño sísmico de un puente con aisladores y un puente con aisladores sísmicos más disipadores de fluido viscoso, para lo cual se tomó el caso de estudio del puente Quilca. Se determinó el desempeño sísmico del puente Quilca frente a la demanda sísmica del Manual de Puentes del MTC 2017, mediante un análisis estático no lineal (push over), tanto en la dirección longitudinal como en la dirección transversal. Luego se establecieron 3 casos de estudio; el primero considera al puente Quilca en su estado existente, el segundo caso considera la inclusión de un sistema de aislamiento sísmico con dispositivos con núcleo de plomo LRB, y el tercer caso considera la inclusión de un sistema de protección híbrido, conformado por un sistema de aislamiento sísmico con inclusión de disipadores de fluido viscoso. Se realizaron análisis sísmicos modales espectrales y tiempo historia no lineal, para los 3 casos de análisis mencionados, obteniéndose registros de desplazamientos, fuerzas cortantes y momentos flectores, periodos fundamentales, amortiguamiento, entre otros. En el capítulo de análisis de resultados, se resumen los resultados obtenidos en cada caso de estudio, y se discuten los mismos. Finalmente se comparan los 3 caso de estudio, analizando cara parámetro mediante gráficas comparativas, y determinando la alternativa con mejor desempeño sísmico. / The main thesis objective is to contribute to the state of the art of earthquake resistant design of bridges with seismic protection systems, by comparing the seismic performance of a bridge with seismic isolators and a bridge with seismic isolators plus viscous fluid dampers, for which which took the case study of the Quilca bridge. The seismic performance of the Quilca bridge was determined against the seismic demand of the MTC 2017 Bridge Manual, by means of a nonlinear static analysis (push over), both in the longitudinal direction and in the transverse direction. Then 3 case studies were established; the first considers the Quilca bridge in its existing state, the second almost considers the inclusion of a seismic isolation system with devices with LRB lead core, and the third case considers the inclusion of a hybrid protection system, made up of a system of seismic isolation and the inclusion of viscous fluid dampers. Modal spectral seismic analyzes and non-linear time history were realized for the 3 cases of analysis mentioned, obtaining records of displacements, shear forces and bending moments, fundamental periods, damping, among others. In the analysis of results chapter, the results obtained in each case study are summarized and discussed. Finally, the 3 case studies are compared, analyzing each parameter through comparative graphs, and determining the alternative with the best seismic performance.

La presente tesis consiste en la elaboración de dos alternativas de diseño estructural para un edificio de cinco pisos y un sótano. Asimismo, el tipo de edificio presentado es de aulas, que es considerado esencial según la Norma E030 (2018), ya que estos tienen como finalidad resguardar la vida y mantener su nivel de desempeño para ser usados como refugios o zonas seguras después de un sismo. El edificio en mención está ubicado en la ciudad de Lima y está cimentada sobre un suelo de capacidad portante de 4 kg/cm2. Para el diseño se ha utilizado la Norma E031 (2019) que corresponde a los lineamientos para el diseño de aislamiento sísmico; así mismo, se también se tomó en consideración la Norma ASCE 7-16 (2016). Los dispositivos de aislamiento considerados en el diseño son de tipo elastoméricos. Como hipótesis, inicialmente se plantea comprobar que el costo de la partida de estructuras de la edificación no se incrementa en más del 15% al incorporar un sistema de aislamiento elastomérico. Además, se espera mostrar que la incorporación de aisladores en el diseño de un edificio mejora notablemente el desempeño estructural del mismo. Para el desarrollo de la presente tesis, primero se elaboró el diseño del edificio sin aislamiento sísmico, el análisis símico se realizó en base a los lineamientos del la Norma E030 “Diseño Sismorresistente” y para el diseño en concreto armado, se consideró la Norma E060 “Concreto Armado”. Luego se elaboró el diseño del edificio aislado, para lo cual se siguió lo establecido por la Norma E031 “Aislamiento Sísmico”. Finalmente, se metró los volúmenes de materiales de la partida de estructuras y se multiplicó por los precios unitarios referenciales presentados en el libro “Analisis de Precios Unitarios” (2014) publicado por la Cámara Peruana de la Construcción. Como resultado final de la presente tesis, se provee ratios de costos de la partida de estructuras por metro cuadrado para cada propuesta de diseño, con el fin de que pueda servir de referencia para futuros proyectos de construcción. Así pues, se podría estimar el costo aproximado de proyectos con características similares al presentado en esta tesis, y como podría variar al incorporar aisladores sísmicos en el diseño.

El proceso de aislamiento de base en edificios como herramienta de prevención consiste en separar la superestructura y el suelo mediante una interfaz flexible, con el fin de disminuir el efecto del movimiento sísmico para la misma. Los proyectos con aislamiento sísmico se están incrementando en el país, son considerados entre los sistemas más efectivos de protección ante un sismo; sin embargo, tiene ciertas limitaciones ligados a los dispositivos que lo conforman. El sistema híbrido de disipación de energía es una variación del sistema aislado, presentando la adicción de amortiguadores en la interfaz de aislamiento conformada por aisladores. El principal objetivo de este sistema es reducir el desplazamiento de esa interfaz. Esta reducción implica diferentes usos que se le puedan dar al sistema. No sé analizará el aporte de algún sistema de control activo en el proyecto ni el diseño del sistema estructural. En esta investigación el sistema aislado estará conformado por aisladores LRB y en el sistema híbrido se adicionará amortiguadores de fluido viscoso. El análisis comprende el modelamiento en el software ETABS 2018 de tres estructuras, cada una será analizada para distintos valores de amortiguaciones y se definirá la amortiguación adecuada para el sistema. Los parámetros de la respuesta estructural para la comparación de sistemas son: los desplazamientos, derivas, fuerzas basales y el comportamiento de los aisladores. Los resultados detallarán los beneficios y posibles desventajas del sistema híbrido. En el Perú no se ha plasmado un proyecto con la implementación del sistema híbrido y los estudios relacionados a este tema son escasos. Por ende, esta tesis ampliará el conocimiento de esta técnica desde un enfoque nacional.