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.

Se investigará la relación entre dos tipos de coeficientes de reducción de fuerza sísmica “R”. El primero será determinado a partir de la norma de Diseño Sismorresistente, E.030. El otro factor de reducción “R” será determinado a partir de la relación entre la fuerza elástica máxima y la fuerza que inicia el comportamiento inelástico. Para el segundo tipo de coeficiente, se aplicarán procedimientos de análisis estático incremental o pushover. De este análisis, se obtendrá la curva de capacidad de la estructura; es decir, se podrá determinar los valores de resistencia y desplazamiento para los cuales la estructura en análisis inicia el comportamiento inelástico o plástico. Entonces, se puede obtener un valor de “R” por medio de la relación de resistencia lateral en el rango elástico entre la fuerza máxima que inicia el comportamiento plástico. Luego, la relación anterior se comparará con los valores del coeficiente de reducción de fuerza sísmica “R” sugeridos por la norma de Diseño Sismorresistente, E.030. Esta investigación contribuirá a entender el comportamiento inelástico de estructuras cuyo sistema predominante sean los muros de corte. Actualmente, la norma de Diseño Sismorresistente reconoce como uno de sus principios mantener las estructuras civiles sin daños considerables luego de eventos sísmicos severos. Sin embargo, no es hasta la ocurrencia de un evento sísmico real en que se pone a prueba la efectividad o deficiencia de la norma. En ese sentido, es de importancia ampliar el conocimiento sobre el comportamiento inelástico de las estructuras, donde se asocie la ductilidad, resistencia y rigidez que puedan desarrollar. Esto podrá ser visualizado de alguna manera con el parámetro “R” de la norma de Diseño Sismorresistente, E.030.

En el presente trabajo se diseñó y evaluó un edificio aporticado de 6 pisos con planta rectangular de 33x22m, columnas cada 5.5m y ubicado en la zona peruana de mayor sismicidad sobre suelo bueno. Para el diseño se emplearon las normas peruanas. Para la evaluación del desempeño se usó la propuesta del Comité Visión 2000 del SEAOC y para estimar la respuesta, procedimientos de análisis no lineal basados en espectros de demanda y capacidad.