Los colegios diseñados y construidos desde la década de los 50 hasta antes de la actualización de la norma de diseño sismorresistente (NDSR) del año 1997 muestran grandes deficiencias en el diseño estructural, las cuales no aseguran un comportamiento idóneo para tal tipo de edificación generando un alto grado de vulnerabilidad estructural. El diseño estructural de dichos colegios presentaba baja rigidez en la dirección longitudinal, así como falta de juntas sísmicas entre la tabiquería y columnas. Debido a dichas deficiencias, se presentaron daños considerables en los colegios ante distintos sismos suscitados durante dicha época. El presente trabajo de investigación consistirá en la descripción y análisis de cinco diferentes técnicas de reforzamiento estructural que se podrían aplicar en colegios: • Reforzamiento con fibra de carbono. • Reforzamiento mediante la intervención de columnas (recrecido y encamisado). • Reforzamiento mediante la adición de nuevas columnas de concreto armado. • Reforzamiento mediante muretes de albañilería reforzados con malla en ambas caras. • Reforzamiento mediante la incorporación de pórticos metálicos. A partir del análisis cualitativo de las técnicas de reforzamiento, en la que se tomaran en cuenta criterios de rigidez, desplazamientos y modificación de la arquitectura, se realizará un análisis comparativo empleando el método Choosing by Advantages (CBA) y se estimarán presupuestos de las técnicas desarrolladas en la comparación con el fin de conocer, también, la alternativa más económica. Finalmente, se mostrarán las conclusiones de las estimaciones y observaciones comprendidas de todas las técnicas, así como también, las conclusiones del método CBA.

El Perú es un país ubicado en la zona conocida como el Cinturón de Fuego del Pacífico, una zona propensa a la ocurrencia de movimientos sísmicos. Esto lo convierte en un territorio susceptible a eventos sísmicos. Dentro del territorio peruano existen zonas con mayor grado de vulnerabilidad física que otras ya sea por el tipo de suelo, condiciones geográficas entre otros, siendo una de las que tienen un alto grado de vulnerabilidad física como lo es Lomo de Corvina, distrito de Villa El Salvador. A fin de evaluar el grado de vulnerabilidad en el que se encuentra, este estudio emplea una metodología debidamente secuenciada para medir la vulnerabilidad física en base a la cantidad de escombros generados después de un evento sísmico. Esta metodología implica una etapa de caracterización, una etapa de estimación probabilística de daños en base a funciones de escombros usando la herramienta CAPRA – GIS y una etapa de análisis de flujo de materiales. Con esta última etapa se caracterizan y cuantifican los escombros asociados a un evento sísmico y la cantidad de nuevos materiales para la etapa de reconstrucción. Los resultados obtenidos demuestran que realmente esta zona es de alta vulnerabilidad física, susceptible a eventos sísmicos de gran magnitud. Se obtuvieron 202 mil toneladas de escombros para el escenario leve, 635 mil toneladas de escombros para el escenario moderado y 1.11 millones de toneladas de escombros para el escenario severo. En base al porcentaje de daños con respecto al stock de materiales es posible estimar que el asentamiento humano de Lomo de Corvina tiene un alto nivel de riesgo sísmico. Finalmente, se realiza un análisis de flujo de materiales para las viviendas de albañilería Con el que se estima que se necesitarán 271 mil toneladas de concreto y 517 mil toneladas de ladrillo para reconstruir la zona. Se concluye que la zona es altamente vulnerable. Con esta conclusión se hacen recomendaciones para la realidad de la zona y para la evacuación de escombros tras un sismo de gran magnitud.

Esta tesis presenta los resultados del análisis dinámico lineal por elementos finitos de un prototipo de casa de adobe a escala natural. Este prototipo fue ensayado en la mesa vibradora del Laboratorio de Estructuras Antisísmicas del Departamento de Ingeniería (LEDI) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). El ensayo consistió en tres fases de simulaciones sísmicas de aceleración incrementada y tres vibraciones libres. Durante el ensayo se registraron desplazamientos y aceleraciones en los muros y en la base, incluyendo la fuerza resultante en el actuador de la mesa vibradora. Luego, se procesaron los registros para obtener el periodo de vibración y la rigidez lateral del prototipo. El análisis numérico se realizó con el objetivo de obtener un modelo de elementos finitos cuyo comportamiento sea similar al experimento del prototipo de adobe en el rango lineal. El módulo de elasticidad (E) de la albañilería de adobe del modelo numérico fue calibrado de tal forma que el periodo del primer modo de vibración sea igual al periodo experimental. El cociente de amortiguamiento (ξ) fue tomado de investigaciones realizadas por Groenenberg (2010) y Tarque (2008). El modelo numérico lineal fue sometido a una aceleración igual a la registrada en la mesa vibradora durante la primera simulación del ensayo experimental. La similitud entre periodo de vibración, respuesta de aceleraciones y cortante basal validan la calibración realizada. También se identificó la coincidencia entre esfuerzos máximos de tracción del modelo con las zonas agrietadas del prototipo sometido a una mayor aceleración en la tercera fase. Por lo tanto, el modelo numérico representa numéricamente el comportamiento elástico del prototipo de adobe y predice las zonas potenciales de agrietamiento. El modelo y las zonas agrietadas predicen la formación de bloques de adobe separables. Esta predicción mejorará el análisis del prototipo de adobe como un sistema de bloques rígidos divididos. El objetivo es diseñar un reforzamiento de cuerdas que envuelvan los muros de adobe, impidan la excesiva separación de estos bloques y eviten el colapso de la estructura. Sosa y Soto (2014) reforzaron con cuerdas un prototipo de adobe impidiendo el colapso con simulaciones sísmicas de hasta 1.3 g. Sin embargo, debido a que no hay un diseño, se busca simular el movimiento e impacto de los bloques de adobe reforzado. Los programas de análisis estructural más comunes no modelan el impacto, pero si modelan el movimiento amortiguado. Por ello se realizó una primera aproximación del movimiento de un bloque que impacta en traslación. Se simuló el movimiento con impacto que ocurre con coeficiente de restitución, con el movimiento amortiguado con cociente de amortiguamiento. La equivalencia se comprobó para casos en que el bloque impacta con una superficie estática, acelerada armónicamente y con aceleración sísmica. / Tesis

Los reservorios elevados son estructuras esenciales para el abastecimiento de agua de una población, por lo que no deberían quedar inoperativos luego de ocurrido un sismo. No obstante, la experiencia ha demostrado que para sismos de gran magnitud estas estructuras presentan daños, llegando incluso a colapsar. En esta tesis se ha realizado el análisis de dos reservorios tipo INTZE, considerando la no linealidad a flexocompresión del fuste con el objetivo de analizar la respuesta no lineal frente a diferentes solicitaciones símicas. Los reservorios (R-1 y R-2) fueron modelados con elementos tipo frame en el programa Sap2000 a los cuales se les asignó masas concentradas resultantes de la discretización del fuste y la cuba. Para el análisis del fuste se consideraron secciones agrietadas y no agrietadas. La plasticidad fue considerada en los dos primeros tramos mediante una rótula plástica como elemento tipo hinge. Las dimensiones de los reservorios y el refuerzo vertical y horizontal de los fustes se obtuvieron de los planos estructurales provistos por la empresa de agua potable SEDAPAL. Los diagramas momento curvatura asignados a las rótulas fueron calculados con el programa Sap2000 a partir de las dimensiones del fuste, refuerzo vertical del fuste, carga vertical y comportamiento no lineal del material, y fueron validados previamente con una hoja de cálculo. Para modelar el agua se empleó el modelo simplificado de Housner que considera una masa convectiva y otra impulsiva. El análisis se realizó a partir de cuatro acelerogramas peruanos (sismos de 1966, 1970, 1974 y 2007) normalizados de acuerdo a lo indicado en el ASCE/SEI 07-5 para el sismo de diseño y el sismo máximo considerado. Se utilizó el método de integración numérica de Newmark. Por otro lado, se realizó el análisis dinámico lineal con el espectro de respuesta obtenido con los parámetros de la NTE E.030 y el ACI350.3. Las respuestas de interés a analizar fueron los momentos volcantes, la fuerza cortante basal, el desplazamiento en el extremo del reservorio y la ductilidad demandada en el fuste. Se concluyó que para los acelerogramas analizados el momento volcante y la fuerza cortante basal de los reservorios R-1 y R-2 muestran una tendencia decreciente a medida que disminuye el volumen de agua. El desplazamiento máximo en el extremo de los reservorios no siempre se obtiene para el caso del reservorio lleno, pero el promedio de los desplazamientos da resultados mayores para dicho caso. En ese sentido, considerar sólo el caso de carga lleno para reservorios de similares características resulta conservador para el cálculo de la demanda de corte, momento y desplazamiento. No se observó una tendencia para el caso de la ductilidad demandada. Con respecto a las capacidades, el reservorio R-1 tiene mayor resistencia que el reservorio R-2, en una proporción similar al refuerzo vertical colocado (dos a uno). A su vez el reservorio R-2 tiene una mayor ductilidad que reservorio R-2, pero la diferencia va disminuyendo a medida que se aumenta la carga vertical. Con respecto al análisis dinámico de superposición modal, se observó que las respuestas están por debajo del promedio de la demanda obtenida a partir de los acelerogramas. Se recomienda reevaluar el factor de reducción espectral de la masa inductiva empleado para los reservorios elevados con soporte tipo fuste, si es que se emplea el espectro peruano de la Norma E.030 para el análisis. El acelerograma del sismo del año 1974 entregó las mayores demandas sísmicas para el caso de los reservorios llenos, ya que los periodos de dichas estructuras se encuentran dentro de su rango de periodos predominantes. El rango de periodos predominantes del sismo del año 2007 se encuentra por debajo de los periodos obtenidos para los reservorios vacío, semilleno y lleno, aunque el resultado depende también del periodo convectivo del agua, el cual puede coincidir con algunos de los picos del espectro de Fourier del acelerograma estudiado, incrementando la respuesta. Por otro lado, también se realizó el análisis de los reservorios sin considerar el efecto hidrodinámico del agua, y se obtuvo respuestas más conservadoras. Para el caso analizado eso significó un incremento de la curvatura demandada en más del doble. Por ello, si se realiza el análisis no lineal de reservorios para determinar la ductilidad demandada, se recomienda tomar en cuenta el comportamiento hidrodinámico del agua. Se determinó que para estructuras poco esbeltas como las estudiadas el efecto P-Δ es despreciable, ya que la relación entre el desplazamiento máximo en el extremo del reservorio con respecto al diámetro del fuste es pequeña. Finalmente, se indica que el refuerzo por corte colocado en ambos fustes cumple con los criterios de resistencia, considerando un factor de reducción igual a tres. Sin embargo, el refuerzo existente no cumple con los criterios de capacidad, en donde se busca asegurar que la estructura resista la demanda de corte asociado a su máximo momento resistente en el fuste. / Tesis

Se ha elaborado la presente tesis que reúne la experiencia de 2 proyectos COPASAGTZ (Zegarra et al. 2003) y GETTY (Torrealva et al. 2005) ambos desarrollados en la PUCP con diferentes sistemas de reforzamiento, para la evaluación del comportamiento estructural durante estos ensayos de simulación sísmica en mesa vibradora. Para lo cual se analizaron parámetros sísmicos, así también se hace una evaluación de los daños observados al final de cada ensayo mediante patrones de grietas. Como consecuencia de algunos resultados obtenidos en el proyecto GETTY (incremento de resistencia en muros tarrajeados), se incorpora en una segunda parte de esta tesis la evaluación de 3 muros de adobe sometidos a carga lateral cíclica de los cuales los 2 primeros muros corresponden a la experiencia de un proyecto de tesis desarrollado en la PUCP (Madueño I. 2005), el tercer muro fue desarrollado para esta tesis. Para ello se evaluó la resistencia al corte y los patrones de grietas de los muros. / Tesis

El Perú se encuentra en una zona de alta sismicidad y los sismos muestran lo vulnerables que son las edificaciones. La norma de diseño sismorresistente de estructuras E.030, no toma en cuenta la bi-direccionalidad del sismo. La norma asume que las acciones sísmicas actúan independientemente en cada una de las dos direcciones principales ortogonales o aproximadamente ortogonales del edificio. La acción sísmica separada es válida si la dirección predominante es coincidente con una de las direcciones principales. Si el sismo tiene dos componentes horizontales de acciones simultáneas importantes, además el agravante que el movimiento sísmico experimenta cambios en la dirección de incidencia y magnitud durante la ocurrencia del evento. Se puede suponer entonces que las respuestas calculadas por el análisis que indican las normas que no consideran la direccionalidad del sismo, no sean las verdaderas respuestas que se generan en las estructuras. / Tesis

En los últimos años, se ha intensificado la construcción de edificios de muros de ductilidad limitada (EMDL) por poseer un menor costo de construcción con relación a edificios tradicionales, enfocado para sectores emergentes. Sin embargo, aún no se tienen registros de su comportamiento ante eventos sísmicos por ser construcciones nuevas. Las investigaciones que se han realizado evaluaron el desempeño sísmico solamente para el estado límite de colapso [1] o está basado en la opinión de expertos [2]. El objetivo del proyecto es contribuir a mejorar la seguridad de las viviendas peruanas mediante el estudio analítico de la vulnerabilidad sísmica de edificios de muros de ductilidad limitada (EMDL) ante diversas intensidades sísmicas para la costa central del Perú. Para ello, primero se caracterizó la tipología a través de un modelo representativo y se evaluaron las respuestas sísmicas de la estructura mediante un Análisis Dinámico Incremental (IDA, por sus siglas en inglés) [3]. Luego, se obtuvieron curvas de fragilidad para cada demanda sísmica, que mide su probabilidad de excedencia. Finalmente, se obtuvo el desempeño sísmico a través de curvas de vulnerabilidad que estiman el costo de reparación esperado, basado en el reporte FEMA 58 [4]. Los resultados obtenidos permitirán evaluar las pérdidas económicas de la tipología de vivienda EMDL y posibilitarán la elaboración de planes de reparación después de un evento sísmico. / Tesis

El extenso legado de construcciones históricas de tierra en el Perú se encuentra en constante riesgo debido principalmente a la elevada actividad sísmica que afecta al país y a la fragilidad del adobe como material de construcción. En consecuencia, el valor histórico y cultural de estos monumentos, así como la vida de los visitantes se encuentran bajo peligro inaceptable. Con la finalidad de reducir la vulnerabilidad es necesario desarrollar modelos precisos para el análisis sísmico, capaces de simular el comportamiento no lineal de la albañilería y un desempeño bien definido. Es por ello que la presente investigación pretende establecer una metodología basada en técnicas avanzadas no intrusivas de ingeniería inversa y en métodos no lineales simplificados. Se propone el uso en conjunto de escáner láser terrestre (TLS) y fotogrametría como proceso estratégico para la obtención de modelos 3D precisos, debido a su efectividad en la rápida y confiable adquisición de datos. Asimismo, se implementan técnicas para la construcción de modelos CAD que faciliten el proceso de discretización. Ensayos de identificación modal también son empleados para la obtención de los parámetros dinámicos de la estructura y consecuentemente la calibración del modelo numérico construido. Para la evaluación sísmica se ha adoptado un enfoque basado en el desplazamiento, utilizando la metodología no lineal simplificada N2 (Fajfar, 2000). Además, se propone analizar el desempeño estructural en base al nivel de daño probable desarrollado en la edificación ante diferentes escenarios sísmicos. La investigación también busca evaluar la aplicabilidad de dicho procedimiento, utilizando como caso de estudio la iglesia de San Juan Bautista de Huaro ubicada en Cusco, Perú. Este templo data del siglo XVI y se destaca por sus impresionantes pinturas murales que cubren la totalidad del interior de la iglesia, demostrando la fusión del estilo andino y el arte colonial. Sin embargo, la falta de mantenimiento y ocurrencia de eventos sísmicos ha conllevado a su mal estado de conservación desde un punto de vista estructural. Los resultados de la evaluación sísmica de la iglesia evidenciaron que sufriría daño sustancial a fuerte en el caso de un sismo raro con periodo de retorno de 475 años Según la clasificación de daño de la Escala Macrosísmica Europea (EMS-98) esto significaría el desarrollo de grietas generalizadas en los muros, caídas de piezas considerables de recubrimiento y falla de elementos no estructurales individuales como los tímpanos. Asimismo, en el caso de un sismo muy raro (970 años) la estructura alcanzaría un nivel de daño muy fuerte que conllevaría a la falla parcial estructural de muros y techos. Se ha podido identificar durante el análisis los elementos estructurales críticos que controlan el comportamiento global y el nivel de daño durante un evento sísmico. Uno de ellos es la fachada principal, cuyo desplome es el primer mecanismo de colapso de la estructura. Debido a la vulnerabilidad en la que se encuentra la iglesia es altamente recomendable intervenir la construcción con la finalidad de proteger su valor cultural y arquitectónico. / Tesis

En esta tesis se utilizan dos métodos para la evaluación sísmica de puentes. Los métodos usados son el análisis dinámico incremental y simulación de Montecarlo usando Redes neuronales artificiales para la generación de curvas de fragilidad. El análisis dinámico incremental arroja una base de datos bastante amplia. El tratamiento estadístico utilizado abarca conceptos tanto de estadística descriptiva como inferencial. Así se presentan histogramas, frecuencias relativas acumuladas, valores de centralización, dispersión etc. Desde el punto de vista poblacional se presentan los valores de media y proporción poblacional para muestras pequeñas. Para la media se usó el teorema del límite central con la distribución t-student y para la proporción la distribución normal. El segundo método es un proceso de simulación con Montecarlo usando redes neuronales artificiales. Montecarlo toma la muestra de manera aleatoria, debido a esto para obtener resultados confiables se necesitan muchas simulaciones que conllevaría a un costo numérico muy alto. Por ello se usó las redes neuronales artificiales como “reemplazo” del modelo estructural no lineal. Para lograr esto la red se “entreno” con una base de datos del modelo estructural. Para la regresión se utilizó una red supervisada tipo feedforward (red hacia adelante), con el algoritmo de entrenamiento backpropagation (retropropación). La conclusión del trabajo confirma que con la red neuronal artificial se obtienen errores aceptables demostrando que es un MÉTODO DE REGRESIÓN poderoso para sistemas no lineales. La metodología propuesta demostró ser un método de simulación práctico debido a que usa redes neuronales entrenadas para generar curvas de fragilidad. Esto debido a que las redes neuronales tienen un costo numérico menor a un análisis dinámico no lineal. / Tesis

La tesis consiste en la evaluación del comportamiento sísmico del Puente Villena, construido hace más de 50 años, usando un método basado en el desempeño. El nivel de amenaza se calculó utilizando el programa CRISIS 2007 para cinco periodos de retorno: 72, 224, 475, 975y 2475 años. El modelo de peligro sísmico utilizado es el desarrollado por el Instituto Geofísico del Perú. En dicho modelo se consideran 33 fuentes sismogénicas y leyes de atenuación espectrales que permiten estimar la respuesta sísmica para diferentes periodos estructurales. El análisis del puente se hizo con el programa SAP 2000 V14. Se hizo un análisis lineal elástico para las cargas de gravedad y la sobrecarga vehicular HL- 93 de la especificación AASHTO LRFD. También se hizo un análisis lineal modal espectral para conocer los periodos y forma de vibrar del puente. Para evaluar el desempeño, se hicieron dos tipos de análisis del comportamiento inelástico: un “pushover” y un análisis dinámico tiempo historia. En el análisis dinámico tiempo historia se emplearon cinco acelerogramas que fueron escalados a los cinco niveles de amenaza calculados. El escalamiento se hizo utilizando el programa SEISMOMATCH. Los resultados muestran que el puente tiene capacidad suficiente para resistir las cargas permanentes y la sobrecarga vehicular. Esto se correlaciona bien con lo observado en el campo ya que el puente se encuentra en buen estado y no hay registros que indiquen que ha sido reforzado o retro capacitado durante su vida útil. También se comprueba que el puente tiene una reserva importante para resistir la demanda sísmica. Esto no quiere decir que el puente no necesite ser retro capacitado, ya que en el estudio se determina que es probable que para periodos de retorno mayores a 975 años el puente puede tener una falla por corte en el apoyo de los arcos.