La experiencia de los últimos acontecimientos en países vecinos, como Chile y Ecuador nos ha otorgado un panorama claro de cuáles son los riegos de vivir en un país con una historia sísmica importante y las consecuencias de la construcción no supervisada por profesionales capacitados. Por ende, es de suma importancia para un profesional de la ingeniería civil tener una noción clara del correcto proceder al realizar el diseño estructural de una edificación para así poder garantizar la seguridad de sus habitantes. El propósito del presente trabajo de tesis consiste en contribuir a la ingeniería nacional mediante un informe detallado y sencillo de entender, del paso a paso a realizar, para el diseño estructural de una edificación, enfocándose en los lineamientos propuestos por la norma de diseño sismo resistente. La edificación en estudio tiene siete pisos y será usado como vivienda multifamiliar. Se encuentra ubicado, en la ciudad de Trujillo, en el distrito de Víctor Larco Herrera. El proyecto consiste en un primer piso destinado a estacionamientos y al hall de la recepción, y seis pisos típicos de dos departamentos por piso. El suelo bajo la cimentación es del tipo intermedio con una capacidad admisible de 2.5 kg/cm2. El edificio no tiene sótanos. El sistema estructural del edificio es demuros de concreto armado (placas), columnas y vigas. Para los techos se usaron losas aligeradas en un sentido. En la cimentación se emplearon zapatas combinadas y cimientos corridos de concreto armado. Se realizó la estructuración, pre-dimensionamiento, análisis bajo cargas de gravedad, análisis bajo cargas sísmicas y el diseño en concreto armado de todos los elementos estructurales y del sistema de almacenamiento de agua. Para el análisis sísmico, el diseño estructural y diseño de cimentaciones se hicieron uso de programas de cálculo. Al mismo tiempo se realizaron cálculos manuales con el fin de corroborar los resultados. Al final de la etapa de diseño se presenta un presupuesto de ejecución de las partidas de estructuras. Se realizó el metrado de concreto, acero y encofrado de todo el edificio, para luego realizar un análisis de precios unitarios y finalmente obtener una estimación del costo real del proyecto.

El Plan Nacional de Infraestructura Educativa al 2025 (PNIE), publicado en el año 2017 por el Ministerio de Educación (MINEDU), es la fuente más completa del estatus actual de infraestructura escolar. El diagnostico obtenido en dicho documento es que la infraestructura escolar pública es deficiente, ya que hasta el 45% de instituciones educativas públicas en el 2017 necesita ser demolida o reconstruida. Por ello, el Plan Nacional de Infraestructura para la Competitividad (PNIC) planteó metas definidas para cerrar las brechas de infraestructura para el periodo 2019-2036. Asimismo, este plan indica que esta situación puede ser revertida implementando nuevos sistemas y estrategias de gestión con tecnología eficiente. En este sentido, el PNIC plantea el uso de Building Information Modeling (BIM). Así, como indica el BuildingSMARTSpain del 2022, BIM es una metodología colaborativa de trabajo para gestionar los proyectos de construcción en todas sus fases. Asimismo, menciona que el objetivo primordial de esta técnica es realizar modelos tridimensionales que contengan información del proyecto para que sea utilizado por los distintos involucrados en una sola plataforma. De hecho, el PNIC señala que se debe proseguir con la implementación de la metodología BIM a través del modelamiento virtual con información que asegure un mejor seguimiento de los proyectos en todas las fases (PNIC, 2019). Igualmente, la ISO 19650 indica lo siguiente sobre BIM: “Es una serie de estándares cuyo contenido pretende dar soporte a los agentes participantes en cualquiera de las fases del ciclo de vida de Infraestructuras y Edificios (Activos) mediante la metodología BIM” (ISO10650.es, 2022). Asimismo, la evaluación realizada por el PNIC mostró que Cajamarca es la provincia con mayor brecha en infraestructura educativa y Lima con mayor cantidad de Instituciones educativas. En relación a ello, el estado peruano inició a invertir recursos para revertir dicha brecha. Por ejemplo, el Programa Nacional de Infraestructura Educativa (PRONIED) asignó una inversión de alrededor de 370 millones de nuevos soles para el mantenimiento regular anual en todo el país para infraestructura educativa pública para los años 2017 y 2018, de acuerdo a la Presentación ante la comisión de educación juventud y deporte del congreso de la república del 2017. Por ende, existe una alta importancia en cómo gestionar dichos recursos en la Operación y Mantenimiento (O&M) con efectividad, ya que algunos estudios previos, han demostrado que la operación y mantenimiento en infraestructura requiere hasta el 70% del costo total durante todo el tiempo de vida útil del activo (Dahl et al. ,2005). En consecuencia, la fase de O&M juega un rol importante, pues en esta etapa se destinan varios recursos para realizar trabajos preventivos y correctivos post construcción. Por tanto, el siguiente trabajo de tesis tiene como objetivo principal organizar, diseñar y delimitar alcances para el desarrollo de una Propuesta de un Plan de operación y mantenimiento preventivo en infraestructura escolar pública a través de un sistema de gestión BIM para Lima Metropolitana en base a la ISO 19650-3. Asimismo, el presente documento desarrollará una propuesta para analizar, diagnosticar y proponer flujos de trabajo para obtener Modelos de Información de Activos (MIA) y un Sistema de gestión de activos para infraestructuras educativas públicas desde un Nivel de madurez BIM 0. La metodología utilizada para esta investigación consta de cuatro etapas. La primera etapa es la “Revisión Literaria” donde se sintetizaron estudios previos y casos de estudio para mapear los beneficios de BIM, metodologías y herramientas en gestión de activos en O&M preventivo con BIM. Asimismo, se recogieron experiencias internacionales. Esto permitió identificar estándares internacionales para la creación de Modelo de Información de Activos (MIA) y para Flujos de trabajo BIM en O&M. La segunda etapa denominada “Diagnóstico” presenta el análisis de los datos de O&M en infraestructura educativa en Lima Metropolitana que recolecta el MINEDU a través del PRONIED. En primer lugar, se analizó la Ficha de Acción de Mantenimiento (FAM) para Lima Metropolitana del 2019 y 2020, a través de la Evaluación Posterior a la Ocupación (POE) para obtener un diagnóstico cuantitativo. De hecho, la FAM contiene información importante para identificar materiales, elementos estructurales y no estructurales más defectuosos y más costosos. Así, con el resultado de dicha data se realizó una clasificación por especialidades con las cinco categorías con mayor incidencia. Este resultado se utilizó como punto de partida para modelar familias y objetos 3D con información técnica de O&M en Revit 2020. En segundo lugar, se realizó se realizó análisis del estado del Sistema actual de Gestión de Mantenimiento de Infraestructura educativa pública a través de los Reglamentos Magisteriales del 2019, 2020 y 2021, desarrollados por el MINEDU. La tercera etapa es el desarrollo de la “Propuesta de Plan de Operación de Mantenimiento Preventivo con BIM para la Infraestructura Educativa Pública en Lima Metropolitana”. Este plan contiene dos flujos de trabajaos: el primero es resultado de la revisión literaria y el diagnóstico y el segundo flujo basado en la ISO 19650-3. Primero, se realizó la Propuesta de un Flujo de trabajo para la creación del MIA que contiene cinco procesos. Este inicia en un Levantamiento de la nube de puntos a través de fotogrametría con escáner láser (LiDAR) y vuelos con Dron. También, se utilizaron las plantillas base y un catálogo de Ejemplares en Revit2020 para la propuesta de los siguientes procesos de modelado del MIA. Segundo, se propone un Flujo de Trabajo de Operación y Mantenimiento preventivo BIM basado en procesos para Instituciones educativas (IIEE) públicas. Este consiste en cuatro procesos que aseguran un ciclo cerrado de gestión de activos de forma eficiente y accesible para la dirección del colegio (Facility manager) y la comisión de mantenimiento. Finalmente, la cuarta etapa presenta el caso de estudio donde se realizó una simulación de la implementación de O&M con BIM en la IIEE pública N°1150 “ABRAHAM ZEA CARREÓN”, ubicada en la Av. Morales Duarez 15081 en el distrito de Cercado de Lima en la Provincia de Lima. Esta simulación abracará los dos Flujos de trabajo propuestos en la Etapa 3: Flujo de Trabajo para la generación del Modelo de Información de Activos (MIA) y al Flujo de trabajo para la Operación y Mantenimiento preventivo BIM en base a procesos. Para el primer flujo, se realizará el Levantamiento de la nube de puntos de los espacios con mayor incidencia del colegio, con la técnica de fotogrametría (cámara y dron) y con un escáner láser, para luego modelar las especialidades del colegio y obtener un MIA (Modelo de Información de activos). Para el segundo flujo, el Flujo de Operación y Mantenimiento preventivo BIM, se simulará el proceso de mantenimiento preventivo de los activos más críticos con la herramienta de gestión de activos que cumple con las características de un ECD (Entorno común de datos), que para esta simulación será YouBIM, con el apoyo de la directora (Facility Management) y el equipo de mantenimiento de la institución educativa. Asimismo, las conclusiones más relevantes obtenidas son las siguientes: Primero, del diagnóstico se obtuvo que el nivel de madurez BIM es 0 y la especialidad de instalaciones eléctrica es la que presenta mayores incidencias en mantenimiento, para infraestructura pública. Segundo, en base a las lecciones aprendidas del diagnóstico, es posible generar una biblioteca de familias y objetos parametrizados de los elementos de forma eficiente. Esto es posible gracias a que se ahorra tiempo al momento de realizar la digitalización de las instituciones. Además, generar un Modelo de Información de Activos es de alta utilidad para el equipo de mantenimiento. Tercero, la estrategia planteada para realizar el Flujo de Trabajo de Operación y Mantenimiento preventivo BIM propone una gestión coordinada, optimiza los recursos y planifica a largo plazo las acciones de mantenimiento. Así, a pesar de que los responsables del mantenimiento no sean permanentes, la información no se perderá. Cuarto, de acuerdo a la simulación realizada por la dirección de la institución, las plataformas para la gestión de activos deben ser accesibles para todo el equipo, de uso sencillo, que permita la designación de tareas, con recordatorios para las actividades de mantenimiento y con toda la información oportuna. Finalmente, se recomienda las siguientes futuras líneas de investigación. Primero, se sugiere realizar pilotos en base a este sistema de gestión BIM en O&M propuesto para infraestructura educativa pública, como colegios y universidades públicas que no cuentan con modelos As built. Segundo, se recomienda proponer planes de gestión de activos en los diferentes tipos de infraestructuras y edificaciones, como carreteras, defensas ribereñas, hospitales, etc. Esto con el objetivo de aumentar el nivel de madurez BIM en el país adaptando y estandarizando procesos basados en la ISO 19650. Esto colaboraría en que la O&M en mantenimiento preventivo y correctivo sea resultado de una evaluación, planificación y ejecución supervisada. Asimismo, el proceso de digitalización será de bastante utilidad.

El presente trabajo es una investigación básica donde se busca determinar el comportamiento de la estructura jerárquica de escamas de Paiche (Arapaima Gigas) y exoesqueleto de Carachama (Pterigoplichthys pardalis). En primer lugar se desarrolla el marco inicial para la investigación; se incluye la elaboración de una metodología para el desarrollo del proyecto y el estudio necesario para la investigación. Además, se muestra la información concerniente a la estructura y composición de las escamas de Paiche: material compuesto de matriz de Colágeno reforzada con fibras de Colágeno y cristales de Hidroxiapatita (HAP), así como de las propiedades de los últimos. En segundo lugar se da a conocer el procedimiento experimental utilizado para los diversos ensayos realizados. En el caso de la escama de Carachama se realizaron ensayos de Termogravimetria (TGA), Difracción de Rayos X (XRD) y Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) para determinar los componentes que lo conforman y estructura. Para el estudio del comportamiento de la estructura de las escamas se realizaron ensayos dinámico-mecánicos (DMA) con escaneo en temperatura y usando una configuración de deflexión en 3 puntos, obteniéndose curvas de modulo elástico (E´) y factor de pérdida (Tan(δ)) en un rango de temperaturas entre -50 a 250°C. En tercer lugar se exponen y analizan los resultados de los ensayos DMA. Se observó que en las escamas de Paiche existe un fenómeno similar a una transición vítrea a los 0°C, además, los valores de amortiguamiento (Tan(δ)) indican una gran capacidad de disipar energía en el punto de amortiguamiento máximo. En el caso del exoesqueleto de Carachama se encontró que posee una estructura porosa de Hidroxiapatita y Colágeno, similar a un material compuesto tipo emparedado o “sandwich”. En cuanto al comportamiento dinámico-mecánico se encontró que el exoesqueleto de Carachama tiene una mayor estabilidad térmica en comparación con las escamas de Paiche ya que sus propiedades no variaron de forma significativa durante los cambios térmicos. Finalmente se hacen proposiciones de las posibles aplicaciones que tengan las características de los materiales estudiados en la industria. En el caso de las escamas de Paiche se propone el desarrollo de materiales que puedan funcionar como aisladores de vibraciones o absorsores de impactos gracias a su alto valor de Tan(δ). En el caso del exoesqueleto de Carachama se puede dar la posibilidad de usar su estructura tipo sándwich para elaborar elementos estructurales ligeros.

Esta tesis tiene como finalidad evaluar experimentalmente el comportamiento sísmico de tabiques construidos con ladrillo pandereta para un pórtico con tabiquería de relleno (Ensayo cíclico coplanar) y un pórtico con tabiquería arriostrada a las columnetas (Ensayo de cargas perpendiculares al plano). En el capítulo 1, se menciona la situación actual de la construcción después del crecimiento en la última década, y del uso de albañilería con espesores cada vez menores. En el capítulo 2, se presentan los objetivos y la metodología a usar para evaluar el comportamiento sísmico de los tabiques construidos con ladrillo pandereta. En el capítulo 3, se muestra la descripción de ambos pórticos para cada ensayo: Ensayo cíclico coplanar y Ensayo de cargas perpendiculares al plano. En el capítulo 4, se presentan los componentes del sisma de albañilería. En el capítulo 5, se describe la construcción y el ensayo a desarrollar en los prismas y muretes de albañilería, en donde se puede ver la colocación de los instrumentos de medición. Además, se determina la resistencia a compresión axial y la resistencia al corte, para pilas y muretes respectivamente. En el capítulo 6, se describe la construcción del tabique para el ensayo cíclico coplanar y la construcción del tabique arriostrado a las columnetas para el ensayo con cargas perpendiculares al plano. En el capítulo 7, se describen los ensayos a realizar en el pórtico con tabique de relleno y en el pórtico con tabique arriostrado a las columnetas. Además, se presenta la instrumentación que se usó en cada pórtico para cada ensayo descrito. En el capítulo 8, se realiza el procesamiento de los resultados de los ensayos descritos anteriormente en cada pórtico, para luego comparar dichos resultados con la norma E.070. Por último, en el capítulo 9, se va a presentar las conclusiones y recomendaciones finales para investigaciones e implementaciones en futuros proyectos.

En la actualidad existen en el mercado dispositivos de disipación de energía que podrían ser empleados en el reforzamiento de edificaciones importantes en el país. En este trabajo se discuten los objetivos que debe alcanzar un proyecto de reforzamiento y se revisan las estrategias y técnicas utilizadas para el reforzamiento de edificaciones. Se hace una breve presentación de los dispositivos de disipación de energía y se explica el funcionamiento de los disipadores de fluido viscoso. Para estimar la respuesta dinámica de los edificios con sistemas de amortiguamiento, se explican procedimientos con análisis tiempo-historia y por medio de métodos espectrales. Se resume una metodología para desarrollar el reforzamiento de edificaciones empleando disipadores, y se desarrolla como ejemplo el diseño del sistema de protección para una edificación educativa. Los resultados del trabajo muestran que con el sistema de protección diseñado, la edificación estudiada podría alcanzar un amortiguamiento efectivo del orden del 25%, y la deriva y las solicitaciones internas se reducirían por un factor del orden de 0.6. El costo de los dispositivos para la edificación presentada se estimó en US$ 45 por metro cuadrado de área construida.

En el Perú las edificaciones usualmente se diseñan utilizando análisis elásticos a pesar de que la mayoría experimentarán deformaciones inelásticas durante sismos severos. Los diseños modernos basados en desempeño requieren procedimientos para predecir el comportamiento real de estructuras en tales condiciones. Los análisis No Lineales, junto con el avance de computación e información obtenida de ensayos, nos dan los medios para calcular la respuesta estructural mas allá del rango elástico, incluyendo el deterioro de la resistencia y de la rigidez asociado con el comportamiento inelástico de los materiales y grandes desplazamientos. Es por ello que el análisis No Lineal juega un papel muy importante en los diseños de nuevas estructuras y verificación de las existentes. Se estudió un procedimiento para analizar una estructura en el rango inelástico y calibrando los elementos estructurales de la edificación con ensayos reales del PEER con el programa CANNY, se utilizaron diagramas esfuerzo deformación de los materiales, hasta obtener resultados muy similares al ensayo. Modelamos y aplicamos solicitaciones sísmicas incrementales de registros nacionales de la costa peruana sobre suelos buenos a una edificación escolar de 2 pisos con sistemas aporticado y de muros de albañilería confinada. Se evaluó el desempeño de la edificación utilizando los criterios de desempeño del FEMA 368 y Ghobarah. Luego de estudiar el procedimiento y aplicarlo en un caso práctico se concluyó que el análisis no lineal aun debe recorrer un camino largo antes de volverse una práctica común, pero demostró que es una herramienta más útil, precisa y racional para el diseño de estructuras. El análisis no lineal es un procedimiento mucho más tedioso, pero que brinda información más útil para revisar el diseño. Se observó que es el único método de análisis que logra simular la disipación de la energía en los elementos. Lamentablemente para poder aplicarlo correctamente se requiere de un banco de información con ensayos de materiales, elementos y registros del cual como país carecemos. Al aplicar el procedimiento estudiado en la edificación escolar concluimos que la estructura es robusta con niveles de confianza del 84% y U=1.5. Vemos que ante demandas frecuentes y ocasionales obtenemos derivas menores al 0.40% estando dentro del nivel operacional. Ante un sismo raro obtenemos derivas de 0.85% estando dentro del nivel de resguardo de vida con daños moderados. Finalmente obtenemos que ante un sismo muy raro obtenemos 1.10% de deriva obteniendo algunos daños irreparables. En ningún momento la estructura estuvo cerca del colapso total.

En el presente trabajo se realizó el análisis y diseño estructural en concreto armado de un edificio multifamiliar de cinco pisos ubicado en el distrito de Chorrillos. El edificio se construirá sobre un relleno controlado de ingeniería con una capacidad portante de 10 ton/m2. Como tema complementario se estudió la respuesta del edificio ante dos acelerogramas peruanos. El sistema estructural consiste en muros de ductilidad limitada de 10 cm de espesor. El sistema de techos utilizado es de losas macizas de 10 cm de espesor en todos los ambientes, con excepción de los baños y del hall de la escalera, en donde se utilizó espesores de 20 cm y 15 cm respectivamente. Para realizar el análisis estructural por cargas de gravedad y de sismo se desarrolló un modelo tridimensional que toma en cuenta la interacción entre muros perpendiculares. Las solicitaciones se obtuvieron de las normas técnicas E.020 (cargas) y E.030 (diseño sismorresistente). El diseño estructural de todos los elementos se realizó cumpliendo las especificaciones de la norma E.060. Para lograr una mejor distribución de las solicitaciones sísmicas se recurrió al uso de vigas de acoplamiento en la fachada anterior y posterior del edificio. Del presente trabajo se puede concluir que estructurar un edificio de pocos pisos con el sistema estructural de muros de ductilidad limitada resulta ventajoso desde el punto de vista de desplazamientos laterales y de cuantías de refuerzo. El edificio tuvo derivas del orden de 0.6/1000 en la dirección X y 0.5/1000 en la dirección Y. Las cuantías de refuerzo fueron moderadas, lo que llevó a confirmar que los criterios de predimensionamiento fueron adecuados. Los acelerogramas empleados en el estudio complementario fueron los de La Molina del 9 de noviembre de 1974 y de Pisco del 15 de agosto del 2007. Las señales fueron escaladas a 0.24 g para estudiar la respuesta del edificio ante un sismo con periodo de retorno de 43 años. Las derivas máximas obtenidas del análisis tiempo historia fueron 0.30/1000 en la dirección X y 0.17/1000 en la dirección Y. Para dicho análisis los muros se mantendrían dentro del rango elástico.

Durante terremotos severos, las estructuras pueden sufrir daños debido a las incursiones inelásticas que experimentan. Hoy en día existen en el mercado sistemas de aislamiento y disipación de energía que se instalan en los edificios con el fin de reducir el daño. Los sistemas de disipación de energía liberan la energía sísmica de entrada en forma de amortiguamiento, mientras que los sistemas de aislamiento sísmico permiten reducir la energía sísmica de entrada. En nuestro país se vienen desarrollando proyectos de edificios nuevos con aislamiento y disipadores de energía, lo cual de alguna manera ha motivado el presente estudio. En este trabajo se desarrolló el diseño del sistema de disipación de energía para un edificio aporticado de 7 pisos que tiene una deriva de entrepiso cercana al 1%, bajo las solicitaciones de la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente. Se definió como objetivo de desempeño lograr que el edificio se comporte con daño moderado ante un sismo de 500 años de periodo de retorno. Para el sistema de pórticos empleado, la deriva asociada a este nivel de daño es cercana a 0.55%. El diseño del sistema de disipación se orientó a lograr que la deriva se mantuviera por debajo de este valor. Se estudiaron alternativas de arreglo Chevron para amortiguadores lineales y no lineales. La mejor alternativa consistió en 56 disipadores no lineales, dispuestos en todos los pisos. Con la solución obtenida se logró un amortiguamiento equivalente de 24 % y se logró reducir la deriva a 0.56%. Las fuerzas desarrolladas en los disipadores fueron del orden de las 50ton. Los resultados del presente trabajo indican que el sistema diseñado permitirá reducir la deriva en un 40%, y que el daño se mantendría, en teoría, por debajo del umbral de moderado frente a sismos raros (500 años de período de retorno). Es necesario que la actual Norma Peruana de Diseño Sismorresistente incluya un capítulo para el diseño los sistemas modernos de protección sísmica.

En este trabajo se estudió el factor de reducción de fuerza sísmica R y la manera como algunos códigos presentan una metodología simple para fines prácticos de diseño. Algunas Normas de Diseño Sismorresistente en el mundo modifican el factor R de acuerdo al tipo de irregularidad de la estructura y a la existencia de irregularidades múltiples. La Norma Peruana considera el valor de 0.75 para modificar el factor de reducción de fuerza sísmica R para todo tipo y nivel de irregularidad estructural (severa o moderada). En el presente trabajo se desarrolló una propuesta de cálculo para la reducción del factor R considerando diferentes tipos y niveles de irregularidad. Se estudiaron 20 edificios irregulares peruanos bajo esta propuesta. Los valores de reducción del factor R propuestos varían entre 0.6 y 0.9 de acuerdo a si las estructuras presentan irregularidad severa o moderada. El trabajo desarrollado se propone para su inclusión en la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente, actualmente en revisión.

En este trabajo se realizó el análisis y diseño estructural de un edificio de departamentos de ocho pisos, ubicado en el distrito de Miraflores, sobre un terreno con una capacidad portante de 4 kg/cm2 • El sistema de techado utilizado es de losas aligeradas con viguetas convencionales y losas macizas. El sistema estructural consiste en muros de corte, combinados con pórticos de columnas y vigas de concreto armado. Los criterios de predimensíonamiento utilizados en las vigas ayudaron a tener un control adecuado de deflexiones y un armado sin congestión. Los muros de corte fueron predimensionados de tal manera que el 80% de la fuerza cortante sísmica de diseño del análisis estático, sea resistida por la acción conjunta del concreto y del acero, mientras que para predimensionar las columnas se consideró la carga axial y el pandeo. Para realizar el análisis del edificio se desarrolló un modelo tridimensional con todos los elementos estructurales. Las solicitaciones se obtuvieron de la Norma E.020 Cargas. Los resultados del análisis dinámico indican que el edificio tendrá derivas de 6.87% y 5.40% en la dirección XX e YY respectivamente. Por lo tanto, se cumple con la exigencia de los desplazamientos laterales permisibles establecidos en la Norma E.030 Diseño Sismorresistente. El diseño por cortante de las vigas fue cubierto por los criterios mínimos de confinamientos que indica la Norma E.060 Concreto Armado. El diseño por cortante de las columnas se cumplieron con los estribos mínimos y en el caso de las placas, la cuantía mínima satisfizo la demanda de corte de las mismas. La cimentación se diseñó utilizando zapatas aisladas y conectadas con vigas de cimentación y cimientos corridos.