Este trabajo explora la normativa internacional referida a la instrumentación sísmica de edificios y la aplicación de un sistema de procesamiento de señales sísmicas registradas en edificios instrumentados bajo la normativa de instrumentación sísmica peruana. Las normativas revisadas pertenecen a Colombia, Venezuela, Chile, Costa Rica, Turquía, Estados Unidos y Filipinas. Esta recopilación se presenta en cuadros informativos con las principales disposiciones de cada capítulo de instrumentación. Asimismo, se incluye una comparación entre las estipulaciones de una de las normativas estudiadas versus las disposiciones sugeridas por las principales guías internacionales de monitoreo sísmico de edificaciones. Finalmente, se sugieren aspectos normativos a incluir en el capítulo de instrumentación sísmica peruana propuestos en base a la información estudiada. Por otra parte, se revisan los conceptos básicos de señales sísmicas y su procesamiento. Luego, se presentan los conceptos y especificaciones técnicas de estaciones sísmicas y acelerómetros. Después, se realiza el estudio de los métodos numéricos usados para el cálculo de la respuesta dinámica de modelos de un grado de libertad y la construcción de espectros de respuesta de desplazamiento, velocidad y aceleración. Finalmente, se desarrolla un programa en LabVIEW para la construcción de espectros de respuesta y la creación de reportes automáticos con la información obtenida del evento sísmico registrado en una edificación instrumentada.

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.

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.

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

Ante la necesidad de determinar la respuesta sísmica de un edificio para diferentes niveles de peligro sísmico, se propone realizar un análisis por desempeño. Dada la naturaleza prescriptiva de la norma peruana E.030 Diseño Sismorresistente, la evaluación del desempeño se realiza a partir de dos enfoques: determinista y probabilista. El edificio analizado posee diez pisos y un sistema sismorresistente de muros estructurales, el cual es recurrente en el Perú. El presente trabajo de investigación inicia con la calibración de los modelos numéricos de elementos representativos de la estructura en el software comercial ETABS, en base a resultados experimentales. Luego, para lo concerniente al enfoque determinista, la curva de capacidad de la estructura se obtuvo a partir de un análisis estático no lineal y los puntos desempeño se calcularon a partir del método de espectros de demanda. Al respecto del enfoque probabilista, la estructura se sometió a 11 señales sísmicas ajustadas a 8 niveles de peligro sísmico con el fin de determinar su respuesta, y a partir de ello los daños y los costos de reparación. Desde la perspectiva del enfoque determinista, el edificio analizado satisface los objetivos básicos de desempeño. No obstante, tal enfoque ignora el daño y no brinda parámetros de desempeño cuantificables. Los resultados del enfoque probabilista indican que los costos de reparación esperados en el tiempo de vida de la edificación (50 años) son de $637, 149. La pérdida anual esperada obtenida ($29, 475) puede ser empleada en un análisis de costo-beneficio.

Perú es un país ubicado en una región de alto peligro sísmico, y es una tarea de la ingeniería diseñar y construir edificaciones de baja vulnerabilidad ante los efectos destructivos del movimiento del terreno. Los sistemas modernos de protección sísmica como aisladores de base permiten este propósito; sin embargo, el uso de estos dispositivos en edificios de tipologías especiales, como el caso de edificios con demandas de torsión resulta necesario estudiar para comprobar su efectividad en la protección de los edificios. La norma técnica de aislamiento sísmico E.031, permite el uso de aisladores de base en edificios con irregularidad torsional; no obstante, en la actualidad no existe estudios que evidencien, si el uso de aisladores de base en edificios con demandas de torsión, dentro de los límites que acepta la norma técnica E.031 permite un adecuado desempeño sísmico de la superestructura. El objetivo principal de este trabajo es demostrar si los sistemas de aislamiento sísmico protegen adecuadamente los edificios con problemas de torsión, mediante el estudio de un caso. Se diseñó un edificio aislado de 5 pisos ubicado en la zona costera del Perú, con irregularidad torsional, el diseño se realizó de acuerdo a los requerimientos de las normas peruanas. Luego se realizó el análisis dinámico incremental (IDA) para 7 pares de registros sísmicos representativos de terremotos de subducción de la costa peruana. Se obtuvieron relaciones entre la máxima aceleración del suelo (PGA) y las rotaciones inelásticas en columnas del primer nivel, también se relacionó a las derivas de entrepiso. Para el modelo no lineal del edificio se utilizó los lineamientos del ASCE/SEI-41-13, 2014. Para valores de PGA de 0.25g todos los elementos están en el rango elástico y para el valor de 0.675g (sismo con periodo de retorno de 2475 años) los valores de los giros inelásticos en los elementos estructurales alcanzan el 26% del umbral de daño correspondiente a ocupación inmediata. Al emplear la relación daño-deriva sugerida por HAZUS para edificios convencionales los resultados indican que el edifico habría superado el umbral de daño moderado sin superar el umbral de daño extensivo. Esta aparente contradicción con los resultados de las rotaciones inelásticas en los elementos se debe a que la relación dañoderiva sugerida por HAZUS corresponde a edificios de base fija diseñados con factores de reducción de fuerzas sísmica.

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

En la actualidad, el uso de sistemas de aislamiento sísmico en el Perú está dirigido a edificaciones esenciales, y otros edificios si el costo del sistema es rentable. Sin embargo, hay casos poco atendidos como la protección efectiva de personas vulnerables dentro de sus viviendas, y contenidos delicados dentro de algún ambiente de un edificio ya existente. La ingeniería sismorresistente se enfoca en una persona promedio –persona que puede evacuar una edificación sin ayuda–. Sin embargo, el 10% de la población del Perú son personas con discapacidad, y durante un sismo es más probable que se encuentren solas en sus viviendas (edificio común) y no en un hospital con aislamiento sísmico (edificación esencial). Diversos estudios internacionales indican que la situación de estas personas, ya de por sí vulnerables, se agrava luego de un sismo moderado o severo. Asimismo, actualmente no hay una opción económica de aislamiento sísmico, que proteja al menos los contenidos importantes dentro de una zona de una estructura existe. Por estas razones, se necesitan propuestas de aislamiento sencillas y económicas para casos de pequeña escala como: la habitación de una persona vulnerable en un primer piso, un sector de un hospital antiguo, un ambiente con contenidos delicados dentro una estructura existente o nueva, etc. La tesis propone y analiza numéricamente un modelo de sistema de aislamiento sísmico modular que reduce las aceleraciones en la plataforma o piso sobre el que estarían las personas vulnerables y/o contenido delicado. Para definir un sismo representativo para el análisis se incluyen: parámetros estandarizados como la aceleración máxima del suelo y la intensidad de Mercalli modificada, y otras variables como el potencial destructivo del sismo y la duración del sismo. En base a estos criterios, entre los sismos históricos más relevantes del Perú, las señales sísmicas que mejor representan al sismo de mayor intensidad son de Arequipa 2001 y Pisco 2007. Luego, se define el modelo de sistema de aislamiento sísmico modular, con apoyos cada 0.25m2 para que sea adaptable en ambientes pequeños. Cada apoyo aísla la plataforma del movimiento sísmico en la base, mediante una rótula mecánica y contacto liso, dentro de una superficie cóncava que le permite moverse libremente. Para el análisis, se considera una plataforma unitaria cuadrada de 0.25m2 y se varía sus diferentes parámetros dinámicos para evaluar su influencia en la atenuación del movimiento y de la aceleración. Esto permite definir los parámetros dinámicos optimizados de diseño. Se calculó su comportamiento con Matlab y se simuló su comportamiento en Ansys Workbench, con resultados similares. El sistema propuesto puede reducir la aceleración máxima hasta en un 85%. Con esto se logra un efecto que cumple con estándares de confort de personas ante vibraciones cotidianas. Finalmente, se presenta los planos del sistema de aislamiento modular, así como planos de una serie de ejemplos de aplicación.

En el análisis y diseño sismorresistente de edificaciones, la hipótesis de diafragma rígido (DR) es utilizada frecuentemente, sin embargo, las edificaciones con tipologías de plantas irregulares tienen respuestas diferentes en su desempeño sismico, estas estructuras concebidas obedecen a necesidades espaciales, funcionales y bioclimáticas. Por consiguiente, es necesario evaluar la configuración irregular en planta sobre el comportamiento sísmico de estructuras de concreto armado considerando las condiciones de la hipótesis de diafragma rígido (DR) y diafragma flexible (DF). Al realizar el análisis dinámico modal espectral para los edificios de concreto armado de 4 y 8 niveles utilizando la hipotesis de DR y DF de las tipologias L, T, H y U, se evidenció que los casos de estudio de 8 niveles con DR y DF presentaron diferencias en los periodos de vibración en un 90.3%, los desplazamientos laterales en un 70.34% en dirección X y un 156.84% en dirección Y. Los modelos con DF obtuvieron periodos de vibración más largos y generaron mayores deflexiones de la estructura debido a la deformación de la losa en su plano, no obstante los modelos con DR presentaron fuerzas cortantes más conservadoras. El modelo H presentó mejor desempeño sísmico frente a las demás tipologías, debido a su simetría estructural y su menor excentricidad. Al realizar el análisis estático no lineal Pushover, se evidenció diferencias en capacidades de fuerza cortante basal de los casos de estudio de 8 niveles con DR del 37.75% entre la tipología H y U. El modelo U demostró una mayor capacidad de resistencia ante cargas laterales en dirección Y, sin embargo al evaluar la ductilidad de desplazamiento, las tipologias H y T obtuvieron mayor valor. Se obtuvo las curvas de fragilidad, donde el modelo T presentó la mayor probabilidad de colapso con un valor de Sd4=28% en dirección X. Al evaluar mediante el análisis dinámico no lineal Tiempo Historia los casos de estudio de 8 niveles con DR, el modelo H obtuvo una mayor capacidad de resistencia de fuerzas cortantes en la base en dirección Y. / In the analysis and seismic design of buildings, the rigid diaphragm (DR) hypothesis is frequently used, however, buildings with irregular floor plans have different responses in their seismic performance, these conceived structures obey spatial, functional, and bioclimatic needs. Consequently, it is necessary to evaluate the irregular plan configuration on the seismic behavior of reinforced concrete structures considering the conditions of the rigid (DR) and flexible (DF) diaphragm hypothesis. When performing the dynamic modal spectral analysis for the 4 and 8-story reinforced concrete buildings using the DR and DF hypothesis of the L, T, H, and U typologies, it was evident that the 8-story case studies with DR and DF showed differences in the vibration periods by 90.3%, the lateral displacements by 70.34% in the X direction and 156.84% in the Y direction. The models with DF obtained longer vibration periods and generated greater deflections of the structure due to the deformation of the slab in its plane, however, the models with DR presented more conservative shear forces. Model H presented better seismic performance compared to the other typologies, due to its structural symmetry and lower eccentricity. When performing the nonlinear static Pushover analysis, differences were evident in basal shear force capacities of 8-level case studies with DR of 37.75% between typology H and U. Model U demonstrated a greater resistance capacity to lateral loads in the Y direction, however when evaluating the displacement ductility, the H and T typologies obtained greater value. The fragility curves were obtained, where the T model presented the highest probability of collapse with a value of Sd4=28% in the X direction. When evaluating the 8-level case studies with DR through nonlinear dynamic analysis Time History, model H obtained a greater resistance capacity for shear forces at the base in the Y direction.

El Perú se encuentra en una zona sísmica, lo que expone a los edificios multifamiliares a riesgos significativos de sufrir daños estructurales irreparables en caso de sismos severos. En el año 2018, fue presentada la Norma Peruana de Aislamiento Sísmico (E.031) con el fin de continuar la operatividad de los edificios ante sismos severos. El objetivo de esta tesis es evaluar el desempeño sísmico de un edificio multifamiliar aislado de 5 piso. Para obtener las respuestas de la evaluación se utilizó el análisis dinámico incremental (IDA) con 7 pares de registros sísmicos. Los resultados se presentan en los parámetros de aceleración pico del suelo (PGA), daño-deriva de entrepiso y rotaciones inelásticas en vigas y columnas. Se utilizó los lineamientos de Hazus-MH-MR4 y de ASCE41-13 para la evaluación de desempeño. Los resultados muestran que para un terremoto de TR = 2500 años (PGA de 0.675g), indican que los valores de los giros plásticos en vigas y columnas alcanzarían solo el 48% y 39% del límite de ocupación inmediata según ASCE41-13. Al emplear la relación daño-deriva se estima que la estructura alcanzaría derivas del orden de 5.8‰ según Hazus-MH-MR4 indicaría que el daño en el edificio superaría el umbral de daño leve. Compatibilizando los resultados de este trabajo, indican una discrepancia en la evaluación del daño empleando la deriva (Hazus-MH-MR4) y el nivel de rotación (ASCE41-13), debido a la relación daño-deriva de Hazus-MH-MR4 corresponde a edificios de base fija. / Peru is located in a seismic zone, which exposes multifamily buildings to significant risks of suffering irreparable structural damage in the event of severe earthquakes. In 2018, the Peruvian Seismic Isolation Standard (E.031) was presented in order to continue the operation of buildings in the event of severe earthquakes. The objective of this thesis is to evaluate the seismic performance of an isolated 5-story multifamily building. To obtain the evaluation responses, incremental dynamic analysis (IDA) was used with 7 pairs of seismic records. The results are presented in the parameters of peak ground acceleration (PGA), mezzanine damage-drift and inelastic rotations in beams and columns. The Hazus-MH-MR4 and ASCE41-13 guidelines were used for performance evaluation. The results show that for an earthquake of TR = 2500 years (PGA of 0.675g), they indicate that the values of plastic twists in beams and columns would reach only 48% and 39% of the immediate occupation limit according to ASCE41-13. When using the damage-drift relationship, it is estimated that the structure would reach drifts of the order of 5.8‰ according to Hazus-MH-MR4, which would indicate that the damage to the building would exceed the slight damage threshold. Combining the results of this work, they indicate a discrepancy in the evaluation of damage using the drift (Hazus-MH-MR4) and the rotation level (ASCE41-13), due to the damage-drift relationship of Hazus-MH-MR4 corresponding to fixed base buildings.