El proyecto desarrollado como tema de tesis, comprende el análisis y diseño estructural de un edificio destinado a oficinas de 7 pisos y 2 sótanos ubicado en el distrito de Miraflores el cual se encuentra sobre un terreno de perfil tipo S1 (clasificación que da la Norma E030 a los perfiles de roca o suelos muy rígidos). El área por cada nivel es de aproximadamente 600m2 para los estacionamientos y de 432m2 haciendo un total de 3807m2 de área construida. La estructura del edificio consiste en elementos de concreto armado. Es una estructura mixta en ambas direcciones, es decir, una combinación de pórticos con muros de corte o placas siendo éstos conectados entre sí por medio de vigas peraltadas. El sistema de techos está conformado por losas macizas en dos direcciones para los sótanos dado que estos son los ambientes destinados para estacionamientos mientras que en el resto de niveles se utilizaron losas aligeradas orientadas en una dirección con un peralte de 25cm además de una losa maciza de 17 cm en la zona del hall de la escalera principal y del ascensor. Para el análisis sísmico se elaboró un modelo tridimensional considerando todos los elementos estructurales representando las vigas y columnas con elementos tipo Barra, las placas con elementos tipo Shell y finalmente los aligerados y losas macizas con elementos tipo Membrana. Se consideraron tres grados de libertad en cada nivel de la edificación siendo dos de traslación y uno de rotación. Las solicitaciones de carga se obtuvieron de acuerdo a la Norma de Cargas E020 y se verificó que los desplazamientos relativos de entrepisos fueran menores a los establecidos por la norma de Diseño Sismo resistente E030. En el diseño de las vigas, columnas, placas y zapatas que constituyen la estructura del edificio se emplearon las fuerzas obtenidas por las cargas muertas y vivas provenientes de un análisis por cargas de gravedad además de las fuerzas obtenidas mediante el análisis sísmico. La respuesta final quedó definida por medio de la combinación de la respuesta de todos los modos de vibración de la estructura. Para facilitar el diseño de la cimentación se asumió una capacidad portante de suelo de 3Kg/cm2 teniendo en consideración una profundidad mínima de cimentación de 1.50m por debajo del nivel de piso terminado.

Los últimos sismos ocurridos en el Perú han demostrado que los edificios educativos construidos antes de 1997 son vulnerables. Sin embargo, algunos edificios educativos construidos con un sistema estructural más rígido que el usado en esa época tuvieron un buen desempeño. En el presente trabajo se revisó el diseño de un edificio escolar de tres pisos construido antes de 1997 siguiendo las indicaciones de La Norma Peruana de Diseño Sismorresistente (2003). Luego se evaluó el desempeño del edificio ante tres niveles de peligro sísmico y en tres perfiles de suelo. Para la evaluación del desempeño se usó la propuesta del Comité Visión 2000 del SEAOC y para la estimación de la respuesta, se usaron procedimientos de análisis no lineal basado en espectros de demanda-capacidad. El estudiado demuestra que el edificio no satisface los requerimientos de rigidez de la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente (2003) ni siquiera en suelo S1, sin embargo el diseño si cumple con los requerimientos de resistencia para suelo S1 pero no para los suelos S2 y S3. Los resultados de este trabajo indican que en un suelo rígido el edificio educativo tendría un buen desempeño para los diferentes niveles de amenaza sísmica. Sin embargo en condiciones adversas de suelo, perfil S3 de la NTE-030, el edificio tendría un pobre desempeño quedando inclusive al borde del colapso para sismos ocasionales.

El análisis sísmico de los edificios de concreto armado se desarrolla en el Perú considerando los elementos estructurales sin agrietar. Aparentemente existiría una contradicción entre las indicaciones de las Normas de Diseño Sismorresistente y las de Diseño en Concreto Armado respecto a qué nivel de agrietamiento se deberían considerar en un análisis sísmico. En este trabajo se estudian los efectos del agrietamiento en los resultados del análisis sísmico de los edificios de muros de concreto armado. Se trabajó con modelos de edificios de diferente altura con una planta típica y se redujo la inercia de los muros con factores que van de 1 a 0.35. Se estudió la influencia del nivel de agrietamiento en los siguientes parámetros: período fundamental, cortante basal, deriva, distribución de momentos y cortantes. Se sugieren algunos valores (límite de deriva, factor de reducción R), a considerar en el análisis de edificios de muros de concreto armado si se consideran los efectos del agrietamiento.

El presente trabajo tiene como objetivo el análisis y diseño de un edificio de concreto armado con un primer piso destinado a estacionamientos e ingreso, seis pisos típicos de dos departamentos y un octavo piso con algunas variantes en arquitectura. El edificio se encuentra ubicado en la esquina de dos calles del distrito de Miraflores. Para el presente trabajo se emplearán los criterios aprendidos en los cursos a lo largo de la carrera de Ingeniería Civil y las Normas del Reglamento Nacional de Edificaciones.

En la presente tesis se desarrolló el análisis estructural de un edificio de concreto armado de 4 pisos y un semisótano empleando la norma E.030 de diseño sismorresistente en las versiones 2016 y 2003; así como el diseño estructural del proyecto usando la norma sismoresistente vigente y la norma de concreto armado E.060. El proyecto es un edificio multifamiliar y se ubica en el distrito de Surco, distrito que pertenece al departamento de Lima – Perú, se consideró un perfil de suelo tipo S2 de 20 ton/m2 de capacidad portante; el área construida no enterrada es de 1,040 m2 y enterrada de 324.53 m2. Los techos se componen por un sistema estructural de losas aligeradas y losas macizas, según las solicitaciones a las que están sometidas. Dichas losas se apoyan en vigas, las cuales tienen el propósito de trasladar los esfuerzos hacia las columnas o placas. El sistema sismorresistente en ambos ejes es de muros de corte y posee una cimentación que consiste en zapatas aisladas. Para este proyecto, se realizó el diseño estructural usando las normas peruanas de cargas, sismorresistente (versión 2016), suelos y de concreto armado. Se modeló la estructura en el programa ETABS 2015 y algunos elementos estructurales en SAP 2000, con ayuda de estos dos software se obtuvieron los desplazamientos y diagramas de fuerzas internas de la estructura, lo que permitió realizar el análisis sísmico para obtener las fuerzas, momentos, desplazamientos y derivas necesarias. Finalmente, se realizó el diseño de las losas (aligeradas y macizas), vigas (peraltadas y chatas), columnas, placas, zapatas, muros, escaleras, etc.

El presente trabajo se desarrolla con el objetivo de diseñar un edificio de departamentos de 10 pisos, ubicado en Miraflores, en el departamento de Lima. Además el edificio posee un tanque elevado y cuarto de máquinas en la azotea y una cisterna para agua debajo del primer nivel. El edificio se extiende sobre un área de 400.65 m2., en un suelo gravoso con características comunes al suelo típico de Lima y con una capacidad admisible de 4 kg/cm2 a una profundidad de cimentación de -1.60m. Todos los análisis y cálculos de diseño se hicieron de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones y a las distintas normas que lo componen. El sistema estructural empleado está conformado en dos direcciones perpendiculares por muros de corte y vigas, los cuales a su vez transmiten las cargas a la cimentación y ésta al suelo. Como consecuencia del análisis sísmico se han obtenido los desplazamientos y derivas máximas del edificio, encontrándose dichos valores dentro de los márgenes admisibles. Para la estructuración del edificio se hizo uso de losas aligeradas en una dirección y también de losas macizas armadas en dos direcciones, lo cual hizo posible la formación del diafragma rígido en cada piso del edificio. El análisis sísmico se hizo mediante el uso del programa ETABS, con el cual se modeló el edificio y se aplicaron las fuerzas de sismo, obteniéndose así los valores de momentos y fuerzas cortantes correspondientes. Para el diseño en concreto armado se hizo uso también del programa SAP2000, mediante el cual se modelaron las losas macizas y se obtuvieron las fuerzas resultantes correspondientes, obteniéndose así resultados más reales para los elementos asimétricos. Finalmente, para la cimentación se hizo uso de zapatas aisladas y combinadas debido a la magnitud de las cargas de diseño y a las características del suelo.

La actual norma peruana de diseño sismo resistente (NPDSR) establece desplazamientos espectrales crecientes con el periodo estructural para estructuras con periodo mayor al de la plataforma. Esto no corresponde a la tendencia natural de los espectros, ya que para periodos largos los desplazamientos deben ser constantes e iguales al desplazamiento máximo del suelo. En la actualidad se están construyendo en nuestro medio, edificios con aislación sísmica cuyos periodos superan los 2.5 segundos y la NPDSR no permite estimar adecuadamente los desplazamientos a los que estarían sometidas. Por esta razón, se hace necesario el ajuste del espectro de la actual norma de diseño sismo resistente. En este trabajo se desarrolló una propuesta para los espectros de diseño en la zona de periodos mayores a 2.5 s. Para construir estos espectros no fue posible emplear el método de Newmark& Hall, ya que actualmente en el país no se cuenta con una estimación apropiada de los valores máximos de aceleración, velocidad y desplazamiento del suelo. El estudio se desarrolló estudiando tendencias y empleando regresiones basadas en promedios espectrales de la zona de periodos largos. Se obtuvieron espectros para los tipos de suelo S1 y S3 de la norma actual, correspondientes a valores medios y promedio más desviación estándar. Del análisis realizado se identificó el periodo a partir de la cual las aceleraciones espectrales se reducen con el cuadrado del periodo. Se espera que con esta propuesta, se logre mejorar la estimación de desplazamientos en las estructuras peruanas de periodos mayores a 2.5 s. Esto contribuirá a mejorar el estudio y diseño de los edificios con aislamiento sísmico en el Perú.

El proyecto consiste en el análisis y diseño estructural de un edificio para vivienda ubicado en el distrito de Miraflores, en la ciudad de Lima. El terreno tiene un área total de 610m2. El edificio consta de 7 pisos y un sótano, los límites de propiedad son contiguos a los ejes A y K, contándose con vista a la calle en el eje 1. En el sótano se encuentran los estacionamientos, la cisterna y el cuarto de bombas. El primer piso está destinado al ingreso principal, estacionamientos, depósitos y una recepción. Para los siguientes pisos (2do al 7mo) la distribución arquitectónica es típica, cada piso tiene una altura de 2.6m (piso a piso) y cuenta con 3 departamentos por piso, dos con 3 dormitorios y uno con 2 dormitorios. En la azotea se encuentran la casa de máquinas del ascensor y el tanque elevado, y en el sótano se encuentra la cisterna y parte de los estacionamientos. El terreno de cimentación está constituido por el conglomerado característico de toda la costa de la ciudad de Lima, el cual consiste en una grava densa. Para el desarrollo y cálculo de las estructuras de cimentación del edificio se ha considerado que la capacidad portante del suelo es de 4 Kg. /cm2, siendo la profundidad de cimentación de 1.5m. La estructura resistente al edificio está constituida por elementos de concreto armado. El eje Y se escoge paralelo a la fachada, que viene a ser la dirección transversal y el eje X en la dirección longitudinal. La forma de la planta es irregular ya que presenta una entrada considerable en la parte posterior al edificio. El eje X será el más rígido ya que está soportado casi en su totalidad por varias placas de gran longitud. El eje Y también estará formado mayormente por placas pero de menor longitud en relación al eje X.

En el capítulo 1 se describen los daños producidos en estructuras elevadas tipo puentes o viaductos después de sismos de gran magnitud, tales como: Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) y Chile (2010). La descripción se concentra en el colapso de los viaductos Cypress y Hanshin en California (USA) y Kobe (Japón), respectivamente. Por esta razón y en vista que los procedimientos de diseño tradicionales basados en análisis lineales elásticos han demostrado que no garantizan la total seguridad de las estructuras se presenta el siguiente trabajo de tesis. El objetivo central es contribuir con el conocimiento de la capacidad sísmica de cuatro tramos representativos del Tramo 1 de la Línea 1 del Metro de Lima diseñados en épocas diferentes (2 estaciones y 2 módulos típicos diseñados a mediados de los años 80’s y 2010), con la aplicación del Diseño por Capacidad y el Análisis Sísmico Basado en Desempeño. Se presenta un ejemplo de aplicación de esta metodología en el diseño estructural del Puente Chilina en Arequipa, Perú para demostrar que su aplicación está siendo cada vez más difundida. En el capítulo 2 se presentan las estructuras de análisis y se explican los criterios para su selección, principalmente como función de su carga tributaria, su rigidez lateral, las condiciones geotécnicas del suelo de cimentación y su importancia. Asimismo, se detallan los tipos de análisis sísmico para el cálculo de la Demanda y Capacidad de Desplazamiento Lateral dentro del contexto del Análisis Sísmico Basado en Desempeño. El reglamento de referencia para la evaluación del desempeño sísmico de las estructuras es AASHTO, 2009, “Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design”. Este reglamento tiene validez en el Perú y constituye una versión más exigente que la utilizada para el diseño estructural de los tramos de mediados de los años 80’s. Se detallan y explican los requerimientos del reglamento indicado para la aplicación del Diseño por Capacidad y para la verificación de la ocurrencia de los mecanismos de falla que son materia de investigación del presente trabajo. Asimismo, se presentan los requerimientos normativos para la verificación del Desempeño Sísmico por Desplazamientos Laterales. Cuando se necesitan requerimientos adicionales, no indicados en el reglamento de referencia, se consideran las recomendaciones de otros reglamentos, los cuales son indicados oportunamente. En el capítulo 3 se evaluó el impacto de algunas propiedades relevantes que pueden influir en los resultados, tales como: modelos de Longitud de Rótula Plástica, Inercia Efectiva en los pilares, interacción suelo-estructura (a través de la flexibilidad del suelo y de la cimentación), y los efectos de Segundo Orden P–Δ. Se explica en detalle los elementos estructurales y los criterios de modelación de las estructuras en el programa computacional SAP 2000 Nonlinear Versión 14 del cual la Pontificia Universidad Católica del Perú tiene licencia de uso. Para el cálculo de la Demanda Sísmica, las estructuras fueron sometidas a Espectros de Respuesta de Pseudo-Aceleraciones con períodos de retorno de 100 y 1000 años que corresponden a los escenarios de Nivel Sísmico de Operación y de Contingencia o Diseño, respectivamente. La Capacidad Sísmica de los elementos estructurales que componen el viaducto elevado fue medida en función a la Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral y restringida a varios Niveles de Desempeño según el daño esperado en cada uno de ellos. Así, se distinguen los Niveles de Desempeño de Fluencia (B), Inmediatamente Operacional (IO), Resguardo de la Vida (LS), Prevención al Colapso (CP) y Colapso (C). La Curva de Capacidad fue obtenida a partir del Análisis Estático No Lineal “Pushover”, que es el análisis asociado a la importancia y Categoría de Diseño Sísmico de las estructuras. Se presentan las Respuestas de Interés Globales y Locales para ambas direcciones de análisis. El análisis de las Respuestas Locales incluyó la verificación por corte de los pilares y la inestabilidad de la cimentación por volteo y presiones ante carga sísmica para los elementos de los ejes más demandados. La Respuesta Global de las estructuras fue asociada a su Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral en la cual se verificó los requerimientos normativos. Es importante garantizar que para que se produzca el mecanismo de falla por fluencia en flexión en las regiones de rotulas plásticas no se debe producir algún otro mecanismo de falla, tales como los indicados en el párrafo anterior (falla por corte de los pilares o falla por inestabilidad de la cimentación).En el capítulo 4 se discuten los resultados obtenidos de las estructuras en su estado actual a la luz de la reglamentación vigente. Se analizó una posible propuesta de reforzamiento para garantizar la ocurrencia del mecanismo de falla por fluencia en flexión que es el propósito de este trabajo y se comparó el comportamiento sísmico entre estructuras similares. Es decir, se presenta una comparación entre las estructuras con pilares bi-columna (estaciones) y otra comparación entre las estructuras con pilares mono-columna (módulos típicos) para cuantificar el cambio en los requerimientos entre dos diseños de épocas diferentes. En el capítulo 5 las estructuras en su estado actual fueron calificadas sísmicamente como competentes o no a partir de la razón Demanda/Capacidad de Desplazamiento Lateral y a partir de la posible ocurrencia de los mecanismos de falla frágiles indicados. En las estructuras en las cuales no fue aplicable esta verificación (principalmente, y como hipótesis de partida, en las estructuras diseñadas a mediados de los años 80’s) se indica el mecanismo de falla probable sobre la base de los resultados obtenidos. Finalmente, a modo de recomendación y con validez numérica, se muestra una propuesta de reforzamiento para garantizar la competencia de las estructuras que presentan deficiencias. Además, se indican las Líneas de Investigación a futuro. / Tesis

La aislación de edificaciones consiste en colocar una interfase flexible entre el suelo y la estructura de forma que se reduzcan considerablemente las solicitaciones sísmicas a las que ésta estaría sometida. Así, se puede optar por un diseño con un factor de reducción de fuerza sísmica menor y se puede obtener como resultado una edificación que no sufrirá daños y permanecerá totalmente operativa durante y después de un evento sísmico. Las reducidas aceleraciones también protegen a los elementos no estructurales y a los contenidos de la edificación. Los aisladores son dispositivos que cuentan con una elevada rigidez a cargas verticales, pero son flexibles frente a solicitaciones laterales. Por consiguiente, las fuerzas transmitidas a la estructura por un sismo severo generan desplazamientos del orden de 25 centímetros en la interfase de aislación, pero derivas significativamente menores en la superestructura. Esta tesis se enfoca en el uso de aisladores elastoméricos, los cuales aprovechan la flexibilidad de un material similar al caucho para conseguir una baja rigidez lateral, pero lo combinan con planchas de acero para elevar la rigidez vertical. Al realizar un análisis del comportamiento de diferentes tipos de estructuras con aisladores, se comprobó que ciertas estructuras se benefician de la aislación más que otras, siendo la esbeltez y el periodo de vibración los factores más influyentes. Como ventaja adicional a la reducción de las fuerzas, se ha encontrado, por ejemplo, que la aislación concentra la participación modal a sólo un modo por cada dirección, reduciendo así, la incertidumbre del comportamiento sísmico. Luego, se seleccionó una de las estructuras analizadas y se diseñó con el fin de observar las ventajas en el comportamiento estructural y diferencias en los costos. Se observó que el uso de concreto y acero en la superestructura disminuye, pero aumenta en la cimentación. En términos de costo, no se estima una reducción importante, sino un incremento debido a los aisladores. No obstante, deben cuantificarse los costos indirectos como las pólizas de seguros y el costo de cese de operación de una estructura esencial durante una emergencia como ventajas económicas. Finalmente, se incluye un detalle del procedimiento y recomendaciones para el diseño.