Durante muchos años han existido numerosos estudios acerca del análisis lineal en estructuras de concreto armado. Sin embargo, dicho material no es homogéneo y posteriormente con el avance de las investigaciones, se conoció que el comportamiento ante fuerzas laterales producidas por cualquier evento en realidad es, desde un inicio, no lineal. Así, se introdujo el análisis no lineal, en el cual se modela la pérdida de resistencia y rigidez del concreto armado, con el fin de estudiar el comportamiento de estructuras. Los resultados del análisis no lineal son lo más confiables posibles dada la gran variabilidad de las fuerzas actuantes. Por ello, en este trabajo de investigación, se propone comparar la modelación de rótulas con plasticidad concentrada y distribuida generadas por el análisis de carga estática incremental o pushover con la ayuda del programa STKO. El modelo de plasticidad concentrada tiene un comportamiento definido por los diagramas momento-rotación mediante el momento-curvatura y la longitud de rótula plástica asignada en los extremos de los elementos en el pórtico. No obstante, las deformaciones del concreto asociadas a dicho diagrama tenían poca probabilidad de ocurrencia en la estructura por lo que se opta por calcular esas deformaciones a partir de su desempeño sísmico. El modelo distribuido se define mediante las fibras de concreto no confinado, confinado y acero cuyo comportamiento inelástico se extiende a lo largo de las secciones de todos los elementos. En el análisis por gravedad se considera un control de cargas; mientras que, en el pushover, un control de desplazamientos incrementales por pasos. De este modo, se obtienen curvas de capacidad, diagramas momento-rotación y esfuerzo-deformación incluyendo el efecto P-delta de un mecanismo asociado a estados límites últimos en ambos modelos del pórtico, así se pueden identificar los parámetros necesarios para evaluar un posible estado de daño. Se concluye que el modelo distribuido presenta mayor precisión en el comportamiento inelástico de los pórticos debido a su distribución de esfuerzos siendo útil en caso una falla no ocurra en los extremos u otros puntos establecidos por el modelo concentrado.

Este proyecto de tesis presenta el diseño estructural en concreto armado de una edificación multifamiliar de 8 pisos, ubicado en el distrito de surquillo, en el departamento de Lima. El área total del terreno es de 184 m2, el área libre es de 25.5 m2, el área techada es de 173 m2. Además, tiene un área construida de 1470 m2, una altura de entrepiso de 2.65 m típico y 2.75 m en el primer piso. El proyecto no tiene sótanos y los estacionamientos del proyecto no se encuentran dentro del mismo edificio. Asimismo, el edificio tiene15 departamentos, dos departamentos por piso; en el primer piso se ubica un solo departamento, la recepción, sala de estar y un almacén. Sintetizando, el edificio en estudio presenta un sistema estructural de Muros y Dual para los ejes horizontal y vertical respectivamente. Del mismo modo, los pisos están conformados por losas aligeradas y losas macizas de 17cm que, junto con la ayuda de las vigas, se garantiza la funcionalidad de un diafragma rígido. Se usó los programas SAFE, para el análisis de presiones del suelo y diseño de la cimentación; ETABS, para el análisis y diseño estructural de la estructura y SAP, para el análisis de losas macizas y diseño de las placas de concreto. En la presente tesis se muestran los pasos para el diseño estructural de la edificación: el predimensionamiento, análisis estructural de la estructura, análisis y diseño de losas, vigas, columnas, placas, cimentación y escalera; que están especificados en cada capítulo. Asimismo, se sustentan los cálculos y las razones (obtenidas de las normas) por las cuales se obtuvo el diseño y resultado final mostrado en la tesis. También se realizó comparativas y verificaciones manuales respecto a los programas que se usaron para el diseño, constatando así, su uso correcto. Con toda esta metodología se elaboró los planos estructurales del edificio en estudio mostrados en el anexo. En resumen, se concluye que la edificación sigue todos los requisitos de las normas técnicas peruanas. Por esta razón, se espera una correcta funcionalidad en caso de sismos.

En la presente investigación se analizan tres tipos de losas, losas macizas en dos direcciones, losas aligeradas en dos direcciones y losas BubbleDeck. Como parte del análisis de cada una de ellas, se parte de la definición y composición de cada losa. Luego, el análisis tomará en cuenta tres aspectos importantes para poder observar las principales ventajas y desventajas que tiene cada tipo de losa. En primer lugar, se estudia el comportamiento estructural, donde con un caso ejemplo se observa el desempeño de cada losa para dos condiciones, losas sin vigas y losas con vigas. En segundo lugar, la constructabilidad toma en cuenta diferentes aspectos tales como, proceso constructivo, materiales y tiempo de construcción. En tercer lugar, el costo se calculará por metro cuadrado dependiendo de los dos aspectos mencionados y extrayendo datos del mercado nacional e internacional. Cuando se finaliza el análisis de los tres aspectos, se procederá a seleccionar una para un caso de estudio de un colegio ubicado en el distrito de Puente Piedra. La elección de la losa tomará en cuenta los límites económicos establecidos, además de los tres aspectos analizados. Finalmente, se escoge la losa más conveniente para el presente caso, se describen las ventajas y desventajas de cada losa, ya sea sin vigas o con vigas, y se realizan los comentarios finales que alienten la búsqueda de nuevas tecnologías que pueda mejorar el aspecto económico del sector construcción en el Perú.

La albañilería confinada se ha convertido en la tipología constructiva más empleada en el Perú a lo largo de las últimas décadas. No obstante, existe una elevada vulnerabilidad sísmica asociada a la informalidad y calidad de los materiales que son empleados durante su ejecución. Por ello, este trabajo pretende contribuir a la reducción de dicha vulnerabilidad mediante la aplicación de una novedosa técnica de reforzamiento estructural conocida como Steel Reinforced Grout (SRG). Una campaña experimental fue conducida para evaluar el desempeño cíclico de tres muros de albañilería confinada reforzados con SRG al ser sometidos a cargas cíclicas en sus planos. Los resultados mostraron las bondades del SRG al mejorar el desempeño cíclico de todos los muros ensayados en términos de ductilidad lateral, energía disipada, razón de amortiguamiento histerético y degradación de rigidez. Por otro lado, una contribución al estado del arte, en el conocimiento del comportamiento no lineal de la albañilería confinada y del SRG, fue hecha mediante la modelación numérica de muros de albañilería confinada y ensayos de adherencia entre el SRG y la albañilería. Dicha modelación fue hecha mediante el empleo del modelo de material Concrete Damage Plasticity del software ABAQUS, el cual es capaz de representar el comportamiento no lineal de materiales cuasi-frágiles como el concreto y la albañilería. Una comparación de resultados numéricos y experimentales permitieron corroborar la eficacia de los modelos numéricos al brindar respuestas muy cercanas a las obtenidas experimentalmente. Finalmente, cinco alternativas de refuerzo sísmico fueron comparadas en términos técnico-económicos para una sabia elección en el caso se requiera la aplicación masiva de un refuerzo sísmico. Dicha comparación dio a conocer que el FRP es la técnica con mayor aceptación técnico-económica seguido por el SRG. / Tesis

El mayor porcentaje de damnificados y victimas mortales que ocasiona un evento sísmico intenso es debido a la falla y colapso de las edificaciones de albañilería, especialmente aquellas construidas sin ningún criterio técnico. El problema principal de la autoconstrucción de viviendas es que son sísmicamente vulnerables debido a que tienen inadecuada configuración estructural, uso de materiales de baja calidad, mano de obra no calificada, etc. En las últimas décadas, la población de Lima ha mostrado un crecimiento exponencial acompañado de una expansión urbana desorganizada. Lima ha tenido una expansión horizontal con una proliferación de viviendas y edificaciones de pocos pisos hasta 2-3 pisos), construidos en su mayoría con ladrillos de arcilla cocida. Se estima que un 60% de las viviendas peruanas son autoconstruidas. Por lo tanto, es altamente probable que ante un sismo severo, muchas de estas viviendas colapsen. El presente trabajo se enfocó en la construcción de curvas de capacidad e identificar tres estados de daño asociados con el desempeño estructural y metodologías de reparación de los muros de albañilería confinada. Con el propósito de que puedan ser usadas para la construcción de funciones de fragilidad. Estas curvas de fragilidad son muy útiles para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras de albañilería confinada y para estimar las pérdidas económicas inducidas por sismos. Para ello, se desarrolló una campaña experimental que consistió en construir nueve muros a escala natural (de un nivel) que posteriormente fueron ensayadas bajo carga lateral cíclica en su plano. Los ensayos cíclicos fueron realizados en el laboratorio de estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), siguiendo los lineamientos del FEMA 461. Se ensayaron tres (3) muros con carga vertical equivalente a 3 niveles y seis (6) muros sin carga vertical. De estos últimos, tres (3) muros fueron ensayados hasta un límite de reparabilidad con la finalidad de repararlos y ensayarlos nuevamente. Como parte preliminar a los ensayos cíclicos se realizaron pruebas de control en unidades de arcilla y en el mortero. Así mismo, se elaboración de prismas de albañilería que permitieron caracterizar las propiedades mecánicas de la albañilería. Del análisis de resultados, la curva de capacidad fue simplificada con tres puntos notables: (a) Límite elástico, asociado a un drift de 0.12% (muros con y sin carga vertical), (b) Resistencia máxima a carga lateral, para un drift de 0.58% (muros sin carga axial) y 0.47% (muros con carga axial), (c) Estado último, para un drift de 0.87% (muros sin carga axial) y 0.65% (muros con carga axial). También se evaluó la rigidez lateral, la cantidad energía disipada, el amortiguamiento viscoso equivalente y la ductilidad. / Tesis

La presente investigación estudia el problema de la falta de seguridad sísmica de las viviendas y edificaciones en el país de Haití, cuyo sistema estructural es a base de muros de mampostería hechos con unidades artesanales de concreto de 3 alveolos huecos. Asimismo, se hace una evaluación de las mejoras al comportamiento del sistema constructivo tradicional haitiano mediante el empleo de unidades de concreto relleno del 33 y 66% de alveolos rellenos. El trabajo de investigación realizado consta de dos partes bien diferenciadas: la primera (VRI), estuvo a cargo de los ingenieros Gladys Villa García y Marcial Blondet, y la segunda estuvo a cargo de los ingenieros Daniel Quiun W, Marcial Blondet y Gladys Villa García, financiada por DGI PUCP (Dirección y Gestión de Investigación). Los resultados obtenidos de la primera parte del trabajo de investigación servirán como base de comparación con los que se obtengan del presente trabajo. Asimismo, las mejoras realizadas en el proyecto VRI en el sistema constructivo, como el confinamiento de elementos de albañilería, el reforzamiento de los elementos de arriostre verticales y horizontales; estarán incluidas en el proyecto actual DGI. Esta segunda parte de la investigación es un estudio de la efectividad técnica de mejorar la resistencia al corte en los muros conformados por los bloques de concreto rellenos con el 33% y 66% de alveolos rellenos, es decir, se parte de la hipótesis que las unidades de albañilería deben ser más sólidas para incrementar su resistencia y ductilidad ante los ensayos de carga lateral cíclica que representan a la solicitación sísmica. Este trabajo de tesis está distribuido de la siguiente forma: Capítulo 1: Descripción del proyecto. Se plantea el problema general producido por el sismo del 2010 en Haití y se trazan objetivos específicos de mejora constructiva y de resistencia para la reconstrucción de las viviendas considerando sus aspectos económicos y sociales. Capítulo 2: Antecedentes bibliográficos. Se hace una recopilación de las investigaciones que se han realizado en bloques de concreto y cemento artesanales. Asimismo, se presenta el trabajo de investigación (VRI – PUCP) que antecede a la presente investigación. Capítulo 3: Propiedades de los materiales. Se presenta los resultados de los diferentes ensayos que se han realizado a los materiales utilizados para la construcción de pilas, muretes y muro de bloques de concreto. Se determinó sus características físicas y las propiedades mecánicas correspondientes. Capítulo 4: Pilas y muretes al 33% y 66%. Se realiza la descripción de la construcción de pilas y muretes, así como también se calcula valores típicos de resistencia comparados con los de la Norma Peruana E.070 – Albañilería. Capítulo 5: Muro confinado al 33%. Se describe el proceso constructivo y ensayo del muro compuesto con bloques de concreto con 33% de alveolos rellenos. Se detalla la instrumentación utilizada así como también se describen las fases de los ensayos a carga lateral cíclica. Finalmente se hace una evaluación de los resultados obtenidos mediante el cálculo teórico de las propiedades de la albañilería. Capítulo 6: Se comparó los resultados obtenidos entre los muros M0 (muro sin confinar), M0-0 (muro confinado compuesto por bloques sin relleno de alveolos) y M1-33 (muro confinado compuesto por bloques al 33%, es decir, el alveolo del medio es relleno por mortero). La comparación que se realizó es en base al comportamiento cualitativo y estructural. Evaluación de rigideces de los muros, cargas máximas que soportan, evaluación de la ductilidad.

El uso de dispositivos disipadores de energía ha ido aumentando en los últimos años pues no solo contribuyen a lograr los principales objetivos de la ingeniería sismorresistente, tales como la reducción de los daños materiales y pérdidas humanas, sino también evitar la interrupción de los servicios e incrementar las posibilidades de reparación futura de la estructura. Es por ello que la presente investigación pretende aportar al conocimiento sobre el comportamiento sísmico de estructuras de concreto armado con dispositivos de protección sísmica mediante el estudio del comportamiento inelástico de una estructura con disipadores de fluido viscoso. Para ello, se realiza la evaluación del comportamiento no lineal de un hospital de concreto armado ubicado en Moquegua, al cual se le instalan disipadores de fluido viscoso a fin de reducir las derivas de entrepiso y mejorar el nivel de desempeño frente a solicitaciones sísmicas severas. En ese sentido, se realiza el modelo matemático del hospital, previamente diseñado, en el software SAP2000 e introducen las propiedades inelásticas de elementos como rótulas plásticas y disipadores, utilizando los diagramas momento-curvatura para cada sección. Además, se evalúa la calificación del nivel de desempeño logrado con los disipadores en comparación a la configuración original. Al respecto, los resultados de la evaluación señalan que los amortiguadores disipan un 75% de la energía de entrada en la dirección X y un 67% para la dirección Y. En cuanto a las derivas, los amortiguadores logran reducirlas en un 74% en la dirección X y un 75% para la dirección Y, alcanzando una deriva máxima de 3.36 ‰ en el entrepiso 1 para la dirección Y. En ese sentido, se demuestra la eficacia de los dispositivos disipadores de energía en la reducción de daños frente a solicitaciones sísmicas y la importancia de la noción del desempeño inelástico de la estructura y la ductilidad en el análisis no lineal de las estructuras.

Debido a diversos factores propios de un país en desarrollo, el Perú presenta graves carencias en vivienda e infraestructura. Estas carencias se concentran principalmente en zonas rurales y urbanas de bajos ingresos. A causa de la necesidad de vivienda los pobladores de estas zonas ocupan terrenos inseguros y construyen sus casas de manera informal y no tecnificada. En los terrenos con pendientes, se construyen terrazas con rellenos no tecnificados que son retenidos por muros de roca sin labrar, unidas sin mortero, denominados pircas (proveniente del vocablo perqa en quechua). El uso de muros de piedra similares a las pircas es una práctica extendida por el mundo desde tiempos ancestrales con fines de agricultura o transporte. En el Perú, los muros de piedra fueron utilizados por los ingenieros de los periodos inca y pre-inca para construir los sistemas de andenes para el desarrollo de sistemas agrícolas, manejo de recursos hídricos y control de erosión. En la actualidad la técnica de la andenería se ha perdido. El presente trabajo es el resultado de una investigación descriptiva y exploratoria que tiene por objetivo compilar información sobre la construcción de pircas en la Ciudad de Lima y determinar el potencial de las pircas como sistema estructural para su uso urbano en la ciudad de Lima. La metodología consistió en (1) documentar y caracterizar el proceso constructivo de las pircas de algunos distritos de la ciudad de Lima mediante visitas y entrevistas a maestros constructores, (2) revisión y síntesis de la literatura sobre sistemas constructivos similares en el ámbito global, (3) revisión de estudios sobre andenerías en la zona andina y (4) análisis comparativo entre la técnica de las pircas y los sistemas constructivos similares encontrados. Cabe mencionar que este estudio no busca validar la actual técnica de construcción de pircas, sino que busca dar respuesta a la pregunta sobre su posible uso como una manera segura y económica de ocupación y determinar futuras líneas de investigación en ese sentido. El estudio determina que las actuales pircas tienen algunas características ventajosas pues son amigables con el medio ambiente y económicas. No obstante, son producto de un proceso de deterioro de la técnica tradicional ancestral utilizada en los andenes incas y pre-incas y, por lo tanto, no es posible asegurar su buen desempeño ante sismos o sobrecargas importantes. Además, las normas y reglamentos existentes en la literatura técnica sobre el diseño y construcción de sistemas similares denominados Dry Stone Retaining Walls (DSRW) no pueden aplicarse directamente al caso de las pircas pues sus características geométricas y de construcción son muy variadas. En conclusión, el uso de las pircas con la técnica actual no es aceptable, a menos que la técnica sea mejorada y estandarizada y que se establezcan mecanismos de capacitación eficientes para que la técnica pueda ser replicada y supervisada por las autoridades locales. Para ello es necesario estudios teóricos y experimentales de técnicas constructivas mejoradas que sirvan luego como base para normas o lineamientos en el ámbito local. Este trabajo de tesis fue financiado parcialmente por el proyecto 109-2017-FONDECYT “Validación de técnicas de construcción de pircas mediante estudios numérico experimentales con tecnología desarrollada en el Perú”.

En las últimas décadas del desarrollo de la ingeniería estructural se han presentado medidas para que los edificios sean diseñados de acuerdo a requerimientos mínimos de fuerza lateral. Estas medidas se han concretado a través de códigos y normas de diseño estructural, que a través de lecciones aprendidas de los sismos, han evolucionado a lo largo de los años. Los edificios construidos y diseñados según lo especificado en los códigos de diseño modernos han demostrado un buen comportamiento ante los últimos terremotos ocurridos. Sin embargo, en muchos casos los costos de reparación de las estructuras y elementos no estructurales, como es el caso de la tabiquería, son muy elevados; además, el procedimiento a realizarse para la reparación implica que la estructura se encontrará inoperativa parcial o totalmente. Las razones presentadas anteriormente fueron motivo para desarrollar nuevos sistemas de protección sísmica. Estos no solo protegen a la estructura del colapso ante una solicitación extrema, sino que también permiten lograr un buen comportamiento durante la acción de sismos leves o moderados. Los métodos de protección sísmica están agrupados en tres grupos: sistemas de protección activa, pasiva e híbridos. En la presente investigación, se estudian dispositivos de protección pasiva, en especial los disipadores de fluido viscoso. El trabajo actual está basado en el estudio realizado por Shing [2] y Whittaker [3], también se consideraron las recomendaciones de desempeño existentes en el FEMA-HAZUS (Federal Emergency Managment Agency) y sugerencias del ACI (American Concrete Institute). La metodología a emplearse está basada en los reportes del FEMA 273 y 274 [4]. Se realizó un estudio del comportamiento de los disipadores lineales y no lineales de fluido viscoso en la respuesta estructural de un edificio comercial de 4 pisos. Mediante el análisis realizado se demuestra que en este caso los disipadores de fluido viscoso disminuyen significativamente los desplazamientos de la estructura durante el análisis dinámico. Finalmente, se realiza un diseño de los sistemas de protección según la disponibilidad de los dispositivos en el mercado, por lo que se eligen disipadores Taylor

En el protocolo peruano de diseño de edificaciones con sistemas de dispositivos de fluido viscoso (DFV) no se incluye la evaluación del desempeño ni la estimación del daño. El objetivo de este trabajo es evaluar el desempeño sísmico de un edificio peruano representativo con DFV no lineales (EDIF-DFV). Se diseñó un edificio convencional con muros y pórticos de concreto armado (EDIFCONV), usando las normas peruanas de edificaciones y se incorporó un sistema de DFV diseñado con la norma estadounidense FEMA 273. Se seleccionó la alternativa de distribución de DFV que produjo la mayor reducción de derivas de entrepiso. Luego se desarrolló la comparación del desempeño sísmico del EDIF-DFV con respecto al EDIF-CONV, usando el Análisis Dinámico Incremental (IDA). El desempeño fue evaluado usando el desplazamiento lateral de la azotea (SEAOC, Vision 2000), derivas de entrepiso (HAZUS-MH MR4), y el daño en los elementos estructurales mediante los giros inelásticos en las rótulas (ASCE 41). Los resultados del EDIF-CONV mostraron que, para los sismos de 50 y 100 años, presentaría un estado funcional, daño leve, prácticamente sin requerir reparaciones. Para el sismo de 500 años, seguiría funcional, pero con daño moderado y requeriría una reparación menor en las placas. Para el sismo de 2500 años, estaría en resguardo de vida, con daño moderado más acentuado y requeriría reparaciones en las vigas y placas. En cambio, en el EDIF-DFV, para los sismos de 50 y 100 años, se encontraría operativo y casi sin daño. Para el sismo de 500 años, estaría funcional con daño leve y prácticamente sin requerir reparaciones. Para el sismo de 2500 años, seguiría funcional, pero con daño moderado y requeriría reparaciones en las placas. Para los sismos de 500 y 2500 años, las columnas adyacentes a los DFV presentarían mayor daño respecto al EDIF-CONV, pero no excederían el umbral de daño de “Ocupación Inmediata”. Se concluye que, para sismos con intensidades menores o equivalentes al sismo de 500 años, el daño del EDIF-DFV sería leve, prácticamente sin requerir reparaciones. Se recomendaría incorporar DFV en un edificio peruano convencional para disminuir los costos de reparación por daños. / The peruvian building design process using fluid viscous dampers (DFV) does not consider neither the seismic performance nor damage assessment. The purpose of this thesis is the seismic performance assessment of a retrofitted peruvian building with nonlinear DFV (EDIF-DFV). A shear wall-frame reinforced concrete building (EDIF-CONV) was conventionally designed using the Peruvian building standard and afterward, DFV were incorporated using the American guidelines FEMA 273. The DFV distribution alternative which produced the largest inter-story drifts reduction was chosen. Next, the Incremental Dynamic Analysis was used to compare the seismic performance of EDIF-DFV with EDIF-CONV. The roof displacement (SEAOC, Vision 2000), inter-story drifts (HAZUS-MH MR4) and plastic hinge rotation of the structural components (ASCE 41) were estimated to assess the seismic performance. The results indicated that for the 50 and 100 year earthquake level, the EDIFCONV would meet the operational performance level, slight damage, practically no repairs may be required. For the 500 year level, it would still meet the operational level, but moderate damage and the shear walls would require minor repair. For the 2500 year level, it would meet the life safety level, more pronounced moderate damage, the beams and shear walls would require repair. On the other hand, for the 50 and 100 earthquake year level, the EDIF-DFV would meet the fully operational performance level and almost no damage. For the 500 year level, it would meet the operational level, slight damage and practically no repairs may be required. For the 2500 year level, it would still meet the operational level, but moderate damage and the shear walls would require repair. For the 500 and 2500 year event, the columns adjacent to the DFV would be more damaged than those on the EDIF-CONV, nevertheless, they would not exceed “Immediate Occupancy” performance level. It can be concluded that, for less severe earthquakes or equal to the 500 year level, the EDIF-DFV would be slightly damaged and practically no repairs may be required. It can be recommended to retrofit a conventional peruvian building with DFV to reduce damage repair costs.