Estructuras con comportamiento sísmico inadecuado son la principal causa de pérdidas humanas y económicas ante eventos sísmicos importantes. Para estimar la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones, sobre todo de aquellas que sirvan de refugio ante terremotos, se desarrolló una metodología probabilística que predice las pérdidas por sismo en edificaciones universitarias peruanas. Las edificaciones universitarias son estructuras consideradas como esenciales por la normativa peruana sismorresistente E.030 (2014), por ello, el presente trabajo de investigación pretende ser un aporte a la mitigación de desastres sísmicos. Se generan curvas de fragilidad analíticas mediante simulación considerando la aleatoriedad en demanda sísmica y en propiedades mecánicas de la estructura. Dichas curvas son funciones que representan la vulnerabilidad de una estructura ante la acción de distintos niveles de intensidad sísmica. Estas funciones de vulnerabilidad permitirán estimar porcentajes de daño con respecto al costo total de reparación de la estructura y evaluar el desempeño de distintos sistemas de reforzamiento. Se generó una cantidad importante de modelos estructurales sometidos a una cantidad significativa de acelerogramas sintéticos a través de un análisis dinámico no lineal. Las señales sintéticas son generadas en base a un Parámetro indicador de la Intensidad Sísmica (PIS). Los resultados del análisis brindan la deriva máxima de entrepiso δmáx definida como el Parámetro Identificador de Daño (PID). El PID permitirá generar las curvas de fragilidad a través de un procedimiento estadístico. Los porcentajes de daño con respecto al costo total de reposición de las estructuras están relacionados a determinados escenarios de intensidad sísmica y puede ser estimados a través de un método sencillo, el cual considera estados discretos de daño (leve, moderado, severo y colapso) en base al δmáx de las estructuras. Las edificaciones analizadas son dos edificios universitarios ubicados en la ciudad de Cusco. Estos están conformados por pórticos de concreto armado en sus direcciones longitudinal y transversal (X y Y). Los resultados demuestran que las curvas de fragilidad representan razonablemente la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones universitarias. Ambos edificios universitarios presentan un comportamiento similar ante un evento sísmico con aceleración máxima en la roca (PGA - Peek Ground Acceleration) de 0.22g obtenida del estudio de peligro sísmico probabilístico (PSHA – Probabilistic Seismic Hazard Analysis) en la ciudad del Cusco. Usando este PGA y las curvas de fragilidad, podrán estimarse los porcentajes de daño aproximados a través de una metodología sencilla propuesta por Hwang y Lin (2002) que define un factor medio de daño (FDM). Los valores FDM hallados para los edificios universitarios de Enfermería y Electrónica son 82.55% y 60.25% respectivamente. Estos resultados indican que ambas edificaciones presentan distintos comportamientos y grandes porcentajes de daños ante un evento sísmico cuya probabilidad de excedencia es de 10% en 50 años (periodo de retorno de 475 años) definida en E.030. Los resultados demuestran que existirá un daño promedio mayor al 50% del costo total de un edificio nuevo. Ello evidencia que no será razonable afrontar el costo de las reparaciones y será mejor asumir el costo de un nuevo edificio. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / El monitoreo de la salud estructural o SHM, por su sigla en inglés, es el área de la ingeniería dedicada a la creación e implementación de estrategias y tecnologías que permitan determinar la existencia, ubicación y gravedad del daño presente en una estructura. En los últimos años, parte importante de la investigación se ha centrado en el desarrollo de las denominadas técnicas de monitoreo global en base a vibraciones. Esta clasificación encierra a todas aquellas metodologías capaces de emitir un diagnóstico estructural a partir de las mediciones registradas por un conjunto limitado de sensores instalados sobre la estructura; evitando, así, inspecciones visuales o el uso de cualquier otra herramienta local que requiera un conocimiento a-priori de las regiones dañadas; locaciones que además deben ser accesibles. Este trabajo presenta contribuciones analítico-teóricas hacia la construcción de un sistema automático de detección de daños en base a vibraciones. En primer lugar, se introduce el algoritmo SSI-COV como solución al problema de la identificación robusta de sistemas de propiedades lineales e invariantes en el tiempo, excitados por cargas de naturaleza estocástica. Se estudian sus fundamentos y propiedades, y se discute su aplicación al análisis modal. En particular, se demuestra que, bajo ciertas condiciones, los estimadores generados por el método SSI-COV son asintóticamente consistentes y gaussianos. Se derivan, además, fórmulas analíticas para las covarianzas asintóticas de las frecuencias y amortiguamientos modales. Registros sintéticos de aceleración de la estructura de pruebas IASC-ASCE son utilizados para validar el algoritmo de identificación. En segundo lugar, se describen los aspectos teóricos y numéricos detrás del método (semi) paramétrico de detección de daños en base a residuales del subespacio. La premisa tras este enfoque recae en la sinonimia entre las perturbaciones de los parámetros modales de una estructura, y la existencia de daño en al menos uno de sus elementos. En este contexto, se demuestra que, bajo el enfoque local y asumiendo invariantes las propiedades estadísticas del input que actúa sobre el sistema, detectar alteraciones estructurales equivale a identificar cambios en el valor promedio de un vector aleatorio gaussiano; resultado que introduce un test chi-cuadrado para la detección de daños. La eficacia del método propuesto es demostrada a través de dos ejemplos numéricos: un edificio de corte clásico, bidimensional, de 10 pisos; y la estructura de pruebas IASC-ASCE. En ambos casos, se analiza la sensibilidad del test chi-cuadrado respecto a la posición de los sensores instalados sobre la estructura.

El objeto de este trabajo es el estudio de las demandas de rigidez establecidas en algunos de los principales códigos de diseño sismorresistente del mundo, desde el punto de vista del control de la deriva. / Tesis

Estudios anteriores sobre el desempeño de edificios aporticados sugieren que los límites de deriva impuestos por la norma peruana conducirían a estructuras aporticadas muy rígidas y con un buen desempeño ante sismos severos. El objetivo de este trabajo fue el diseño y evaluación de un edificio aporticado de concreto armado con columnas cuadradas, con la condición de que el peralte de las vigas sea igual al lado de las columnas del primer nivel. Para el diseño se emplearon las normas peruanas vigentes. La evaluación se hizo considerando tres niveles de peligro sísmico correspondientes a periodos de retorno de 43, 75 y 475 años. Para estimar la respuesta se utilizarían técnicas espectrales inelásticas (espectros de demanda y capacidad), y para la evaluación del desempeño se usó la propuesta del comité VISION 2000 del SEAOC. El diseño condujo a un edificio muy rígido, con columnas de 55 x 55cm de lado para los tres primeros pisos y 50 x 50cm para los pisos restantes, y vigas de 30x55cm. Con estas dimensiones de los elementos, la deriva lateral máxima fue de 0.69%, para las solicitaciones de la norma peruana. Los resultados indican que la estructura tendría una ductilidad de desplazamiento de 11 respecto a la fluencia efectiva, y una sobrerresistencia respecto a la demanda del código de 1.3 para la formación de la primera rótula y 2.5 para el colapso. Para los tres niveles de peligro sísmico el desempeño de la estructura se mantuvo dentro de la categoría de Funcional. Según la propuesta del SEAOC el edificio tendría un buen comportamiento ante un sismo raro de 475 años de periodo de retorno. En un evento frecuente de 75 años de periodo de retorno el desempeño podría considerarse aceptable. Los resultados indican que el limite de deriva lateral impuesto por la norma peruana podría ser conservador; cabe resaltar que este estudio fue desarrollado considerando valores medios para las características estructurales y la demanda. / Tesis

Las pérdidas por sismo, es decir, los costos de reparación asociados a determinados escenarios de peligro sísmico pueden estimarse a partir de las curvas de fragilidad. En este trabajo se propone un método sencillo en el que se utiliza el costo de reposición total y los factores de daño asociados a los diversos estados límites. / Tesis

Earthquakes are natural phenomena that can cause severe damage to civilian infrastructure and prolonged disruption to society. Depending on their magnitude, epicenter location, infrastructure characteristics, and many other features, earthquakes may generate large amounts of debris and waste. The large amounts of debris generated after the disaster become one of the main problems for a population facing a health issue and rapid reconstruction of the city. A proper characterization and quantification of debris and subsequent waste management and reconstruction plan is essential for the restoration of an area affected by an earthquake. This study presents a methodological approach to characterize and quantify the debris produced as a consequence of earthquakes, as well as the flow of materials required for the reconstruction of the area affected. The proposed methodology includes an infrastructure characterization stage, a probabilistic estimation of damage by characterizing the vulnerability functions using CAPRA-GIS tool, and material flow analysis (MFA) for the characterization and quantification of debris associated with the event of an earthquake and new materials for the reconstruction stage. A case study was developed to test this methodological approach. The residential sector of Tacna, a city with high seismic risk located on the southern coast of Peru, was selected. Moreover, five different construction systems (i.e. Reinforced Masonry Bearing Walls with Concrete Diaphragms, Adobe, Wood, Concrete Shear Walls and Straw) presented in the residential sector of Tacna were characterized. Also three possible earthquake scenarios (i.e. 8.6 Mw., 7.5 Mw. and 6.2 Mw.) were analyzed, each one with three different end-of-life management situations. Simultaneously, the origin and quantities of new materials needed for the reconstruction of civil infrastructure were determined. The flow of new materials considered productivity rates in the construction and manufacturing sectors. The results show that in the presence of the greater earthquake (8.6 Mw.), adobe and straw homes suffered greater damage, with damage percentages of 63 and 48, yielding 27000 tonnes and 1390 tonnes of debris, respectively. Also, 204,000 tonnes of concrete, 7,400 tonnes of steel and 461,400 tonnes of clay brick were included as debris generated in this scenario. Furthermore, for all scenarios, the MFA estimates a regional import of materials (e.g. cement, steel, brick and wood) for the reconstruction phase. The following methodology is applicable to developed and undeveloped countries with different housing types, their respective vulnerability functions and constant earthquake recurrence. / Tesis

Ingeniero Civil / Nuestro país se caracteriza por ser altamente sísmico debido a las condiciones geotectónicas de su territorio. Por otra parte, el mercado de la construcción constituye uno de los principales exponentes del crecimiento que nuestro país ha experimentado en los últimos años, y en donde el hormigón armado (HA) es el material más utilizado en edificación en altura. Los elementos estructurales de HA que más falencias presentaron en el pasado terremoto fueron los muros y en particular los elementos de borde o puntas de muro . El daño se focalizó principalmente en los muros de subterráneo, y se caracterizó por una grieta horizontal acompañada del pandeo del refuerzo longitudinal ubicado en los bordes del elemento. Esto se genera debido a que el descascaramiento prematuro del hormigón perimetral libera de restricción lateral a las barras longitudinales de refuerzo, las cuales se pandean y generan una pérdida considerable en la resistencia del elemento. En el contexto de las modificaciones a la normativa vigente para el diseño de estructuras de hormigón armado en nuestro país, se hace entonces necesario conocer la respuesta de estos elementos y comparar las observaciones experimentales con los modelos que se encuentran actualmente en la literatura, para así desarrollar criterios normativos que ayuden al diseño de estos elementos estructurales. En el presente trabajo de título se modela la respuesta de elementos de borde, a partir de distintos modelos de hormigón confinado y acero, y posteriormente se compara la respuesta analítica con la respuesta empírica. Los datos experimentales se obtienen del trabajo de título de Pablo Polanco (2012), en donde se ensayan 10 elementos de borde a escala sometidos a compresión pura, cada uno con distintas dimensiones y configuraciones de confinamiento. Adicionalmente, se incluyen otros 14 ensayos que son parte de la tesis de Jesús Núñez (2013). Los resultados tanto teóricos como experimentales muestran como el confinamiento genera una degradación más lenta de la capacidad del elemento de borde, siendo el modelo de Legeron & Paultre el que mejor predice la respuesta del hormigón confinado. La pretracción de un 2% genera una pérdida de capacidad cercana al 35% en elementos de borde sin confinamiento y cerca de un 15% en aquellos confinados. Un modelo de pérdida de capacidad por pérdida de recubrimiento es propuesto con el fin de capturar este fenómeno.

En este trabajo se desarrolla el análisis estructural y el diseño en concreto armado de dos edificios, los cuales serán destinados al uso de aulas y talleres dentro de un local universitario de características similares a dos edificios del proyecto de la Facultad de Arte de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Ambos edificios o pabellones tienen las siguientes características: Bloque A: Edificio de la izquierda, consta de un sótano y tres pisos. Bloque B: Edificio de la derecha, consta de un sótano y tres pisos; pero su sótano no está cerrado perimetralmente y tiene un comportamiento estructural diferente. Dichos edificios están interconectados por una escalera metálica, la cual se encuentra unida al bloque B, pero con un apoyo deslizante en el bloque A. Estos edificios se proyectarán sobre un terreno de forma rectangular de 10.10 x 64.60 = 652.50 m2 ubicado en el distrito de San Miguel, en la provincia de Lima. El área techada de cada bloque es de 10.10 x 31.40 = 317 m2 por piso; excepto el 3° piso del bloque B, el cual posee un volado de 1.80 m de longitud, dando de esta manera un área de 10.10 x 33.21 = 335 m2. Así, el área techada total del bloque A es de 1270 m2, incluyendo el sótano; y el área techada total del bloque B es de 1290 m2. El suelo tiene una resistencia de 4 kg/cm2, típica del Fundo Pando. Tanto el sótano del bloque A como el sótano del bloque B, se encuentran a un Nivel de Falso Piso de -4.05m respecto del nivel de la vereda de la parte posterior de los edificios (cota cero). La diferencia entre ambos edificios es que el pabellón A tiene muros perimetrales de concreto armado que permite modelarlo como un sótano con rigidez lateral importante; mientras que en el bloque B posee los mismos muros; pero estos se encuentran aislados de la estructura principal trabajando como muros de contención en voladizo. Por tanto, para fines estructurales este bloque posee cuatro niveles libres, haciéndolo más flexible que el bloque A. Todas las plantas de ambos bloques son típicas, salvo el piso que tiene el volado antes mencionado. Para la ejecución del análisis por sismo y de cargas de gravedad de este proyecto, se empleará el software SAP2000 versión 8.11. El presente trabajo consta de las siguientes partes: 1.- Estructuración 2.- Predimensionamiento 3.- Metrado de cargas de gravedad 4.- Análisis sísmico 5.- Análisis de cargas de vigas 6.- Diseño de losas 7.- Diseño de vigas 8.- Diseño de columnas 9.- Diseño de placas 10.- Diseño de muros de contención 11.- Cimentación 12.- Diseño de escalera metálica. / Tesis

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. / Tesis

En este trabajo se diseñó y evaluó el desempeño de una edificación aporticada de 5 pisos. El diseño se hizo siguiendo el Reglamento Nacional de Construcciones peruano [R.N.C., 1985] y la evaluación del desempeño de acuerdo a las sugerencias del Comité Visión 2000 del SEAOC [SEAOC, 1995] junto a técnicas de análisis inelástico espectral. / Tesis