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.

La albañilería confinada se ha convertido en la tipología constructiva más empleada en el Perú a lo largo de las últimas décadas. No obstante, existe una elevada vulnerabilidad sísmica asociada a la informalidad y calidad de los materiales que son empleados durante su ejecución. Por ello, este trabajo pretende contribuir a la reducción de dicha vulnerabilidad mediante la aplicación de una novedosa técnica de reforzamiento estructural conocida como Steel Reinforced Grout (SRG). Una campaña experimental fue conducida para evaluar el desempeño cíclico de tres muros de albañilería confinada reforzados con SRG al ser sometidos a cargas cíclicas en sus planos. Los resultados mostraron las bondades del SRG al mejorar el desempeño cíclico de todos los muros ensayados en términos de ductilidad lateral, energía disipada, razón de amortiguamiento histerético y degradación de rigidez. Por otro lado, una contribución al estado del arte, en el conocimiento del comportamiento no lineal de la albañilería confinada y del SRG, fue hecha mediante la modelación numérica de muros de albañilería confinada y ensayos de adherencia entre el SRG y la albañilería. Dicha modelación fue hecha mediante el empleo del modelo de material Concrete Damage Plasticity del software ABAQUS, el cual es capaz de representar el comportamiento no lineal de materiales cuasi-frágiles como el concreto y la albañilería. Una comparación de resultados numéricos y experimentales permitieron corroborar la eficacia de los modelos numéricos al brindar respuestas muy cercanas a las obtenidas experimentalmente. Finalmente, cinco alternativas de refuerzo sísmico fueron comparadas en términos técnico-económicos para una sabia elección en el caso se requiera la aplicación masiva de un refuerzo sísmico. Dicha comparación dio a conocer que el FRP es la técnica con mayor aceptación técnico-económica seguido por el SRG. / Tesis

La presente tesis tiene como objetivo evaluar la influencia de las condiciones del suelo en el comportamiento estructural de un hospital con aislamiento sísmico, mediante la comparación de resultados obtenidos del análisis y diseño, considerando 3 casos de estudio que se diferencian por tener distintas condiciones de suelo y zona sísmica. Se ha evaluado un módulo hospitalario, cuya estructura consiste principalmente en placas conectadas entre sí por medio de vigas peraltadas y un sistema de techos de losas aligeradas en dos direcciones; considerando un sistema de aislamiento conformado por aisladores y elementos del nivel de base: vigas, losas y capiteles; y una cimentación conformada por pedestales y zapatas aisladas. El comportamiento estructural de la edificación en estudio ha sido evaluado en el marco de los requerimientos normativos de nuestro Reglamento Nacional de Edificaciones: NTE E.020 (Cargas), NTE E.030 (Diseño Sismorresistente), NTE E.050 (Suelos y Cimentaciones) y NTE E.060 (Concreto Armado); y de normas especializadas en aislamiento sísmico: ASCE/SEI 7-16 y el proyecto de norma técnica peruana E.031. Para cada caso se ha realizado el análisis modal espectral de la edificación de base empotrada; los análisis estático, espectral y tiempo historia de la edificación aislada; el diseño de cada elemento más esforzado del sistema de aislamiento y de la cimentación; y por último se han comparado los resultados obtenidos. Para 3 casos se tiene la misma superestructura con diferentes propiedades de aisladores, sin embargo no se considera la optimización de la superestructura y sistema de aislamiento para efectos de comparación. Los resultados del análisis espectral demuestran que las derivas de entrepiso y la fuerza cortante en la base de la superestructura se reducen al aislar la edificación, siendo esta reducción en derivas 50% y 70% para suelo flexible y suelo rígido respectivamente; y en fuerza cortante, 20% y 50% para suelo flexible y suelo rígido respectivamente. Los parámetros de eficiencia demuestran que los aisladores son más efectivos si la edificación se ubica sobre suelo rígido; y que sobre suelo flexible con zona sísmica 2 (Z2S3) es el doble de eficiente que en suelo flexible con zona sísmica 4 (Z4S3), por lo que podría también considerarse el uso de aisladores en el caso Z2S3. / Tesis

El avance en el conocimiento de técnicas de análisis más refinadas frente a los altos niveles de amenaza sísmica en el Perú, hace necesario la evaluación de la infraestructura hospitalaria construida en el territorio peruano. Los edificios de hospitales son estructuras esenciales que durante y después de los movimientos sísmicos deben seguir operando, por lo que existe un amplio interés en mitigar al máximo el riesgo del sistema estructural en cada uno de sus componentes y lograr el desempeño esperado. El hospital regional Eleazar Guzmán Barrón ubicado en el distrito de Nuevo Chimbote de la Provincia del Santa de la Región Ancash, fue diseñado en 1974 con un código que no garantiza que se cumplan los requisitos más rigurosos de los códigos vigentes. En el presente trabajo se estudia el desempeño sísmico del bloque D del mencionado nosocomio. El estudio comprende primero el análisis estático no lineal y luego el dinámico incremental de la estructura que, al ser sometido a movimientos sísmicos de distintos niveles de intensidad, permitirá conocer la respuesta en ambas direcciones. En la dirección longitudinal, la estructura tiene niveles de desempeño inesperados, comportamiento elástico hasta alcanzar rápida y violentamente el nivel de seguridad limitada frente sismos menores que el de diseño porque en los ejes de fachada la edificación presenta el efecto de columna cautiva. En la dirección transversal la situación es aún peor, frente a todos los niveles de amenaza, el desempeño que se alcanzaría es de colapso. En vista que la edificación es poco dúctil y poco resistente, se recomienda realizar de forma inmediata el reforzamiento del bloque D del hospital regional Eleazar Guzmán Barrón para dotarla de capacidad de deformación y resistencia y así garantizar niveles de desempeño aceptables frente a sismos moderados y severos que están por venir.

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.

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

El presente estudio de investigación evalúa el desempeño sísmico de los edificios hospitalarios (componentes estructurales y no estructurales), ante 4 niveles de sismos, empleando una estructura representativa de edificación hospitalaria del Perú. El edificio típico de hospital se obtiene del análisis comparativo de la arquitectura y estructuración de los pabellones hospitalarios en varios proyectos que se vienen desarrollando en el país. Se emplean las técnicas de análisis estático no lineal (Pushover) y análisis dinámico incremental para la obtención de la respuesta estructural. Para el análisis de los elementos no estructurales se estudia la respuesta no lineal de los tabiques divisorios de albañilería confinada aislados de los sistemas estructurales y anclados al mismo en su parte superior. Los niveles de desempeño estructural y no estructural se determinan siguiendo los lineamientos de ASCE 41-13. Finalmente, a partir de las matrices de daño locales en vigas, columnas y tabiques, y los costos unitarios de reparación para cada nivel de daño obtenidos de las referencias, se estima en niveles de pérdidas probables para diferentes intensidades sísmicas / Tesis

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

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.

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.