Explorando por Autor "Asmat Garaycochea, Christian Alberto"

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Análisis comparativo de la incorporación de aisladores de FPT, amortiguadores FVD y outriggers de concreto como solución para reducción de derivas aplicado a un edificio de 30 pisos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-13) Cépeda Alcázar, Diego Elías; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Las soluciones de protección sísmica como aisladores, amortiguadores o outriggers son muy usados alrededor del mundo para poder proyectar edificaciones complejas debido a su considerable altura. Por ejemplo: el Sendai Mt Building, ubicado en Japón, cuenta con una altura de 84.9 metros y está aislada sísmicamente. La torre Mayor, ubicada en México, cuenta con 57 pisos y hace uso de amortiguadores de fluido viscoso como método de protección sísmica. Finalmente, la torre de Shanghái, ubicada en china, es un rascacielo que cuenta con un centro de muros conectados a través de outriggers a las columnas perimetrales como método de protección sísmica. Estas soluciones de protecciones sísmicas han permitido asegurar la operatividad de los edificios ante diferentes eventos sísmicos en sus respectivos países. En la presente investigación se abordarán las tres soluciones de dispositivos de protección sísmicas aplicados a un edificio de concreto armado de 30 pisos ubicado en la ciudad de Lima y se buscará generar un aporte al área de estructuras orientadas al diseño de edificios altos, se interpretará los resultados obtenidos y se validará la hipótesis planteada: edificio con outriggers de concreto tiene menores derivas comparadas con las otras soluciones de protecciones sísmicas. Se aplicará una metodología cuantitativa, en la cual se desarrollará el análisis estructural para el edificio con base empotrada y un análisis del edificio incluyendo las protecciones sísmicas. De los resultados obtenidos, se realizará una comparación del desempeño de cada dispositivo sisimico en materia de reducción de derivas, desplazamientos y fuerzas cortantes. Se desarrollarán las conclusiones y recomendaciones que resulten de dicha interpretación en el rango elástico del edificio.
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Análisis comparativo del comportamiento inelástico de un pabellón educativo con aislamiento sísmico diseñado en concreto armado y acero estructural
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-06) Goñi Vega, David Hernán; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La presente investigación consiste en la evaluación del comportamiento inelástico de un pabellón educativo con aislamiento sísmico diseñado en concreto armado y acero estructural. Además, se pretende revisar el desempeño y capacidad de ductilidad a partir del comparativo entre sistemas estructurales. La investigación comienza con el desarrollo los modelos estructurales para el pabellón educativo con aisladores elastoméricos de núcleo de plomo, e introducir las propiedades inelásticas de los elementos, para lo cual se utilizará los diagramas momento-curvatura de cada sección que requiera ser analizada para cada sistema estructural. Seguido a ello, se realizan los análisis no lineales: el análisis estático no lineal y el análisis dinámico no lineal. El primero corresponde a exponer a los sistemas estructurales a cargas monotónicas; y el segundo, expone a las estructuras a registros sísmicos reales, los cuales deben ser debidamente escalados. Finalmente, se determina el comportamiento estructural, la secuencia de agotamiento de las secciones de cada sistema estructural con y sin aislador, y el desempeño inelástico de cada propuesta estructural con base aislada, el cual debe ser funcional frente a un sismo raro de acuerdo a lo indicado por el comité VISION 2000. La finalidad de la presente investigación es demostrar cuál de los sistemas estructurales, sobre un sistema de aislamiento sísmico, tendrá un mejor comportamiento inelástico.
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Análisis comparativo del comportamiento sísmico de un edificio alto, mediante el uso de outriggers. Caso de estudio: One Wilson Square
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-24) Sevillano Maturana, Bills Jeanpool Tairo; Navach Ruiz, Carlos Eduardo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El déficit habitacional del país alcanza el 11.7% de los hogares que conforman este territorio. (INEI, 2017). Dentro de la problemática actual, la construcción vertical se propone como una alternativa para mitigarla. Sin embargo, las normativas que rigen el territorio peruano se ven especializadas en estructuras de poca elevación, lo cual podría suponer que existe una relación entre la falta de metodologías y el desarrollo de estructuras de semejantes características. Es por ello que la presente tesis tiene como objetivo principal contribuir con metodologías para el diseño de una edificación alta con finalidad de vivienda. Este partirá del estudio del sistema sismo resistente denominado outriggers y cómo este podría mejorar el comportamiento de una estructura de 40 pisos ubicada en la ciudad de Lima. Los resultados estarán basados en la comparación de fuerzas internas, derivas y desplazamientos de un modelo en Etabs sin outriggers y uno donde se iterará la ubicación de estos elementos. Con ello se busca encontrar la posición de optimización, y con base en ello, se emitirán conclusiones y recomendaciones.
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Análisis comparativo del comportamiento sísmico de un pabellón escolar entre el análisis tiempo historia, push-over y modal-espectral
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-16) Vargas Vidal, Daniel Roger; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Para que una estructura sea considerada segura ante un sismo, las normas suelen solo pedir que esta se analice en su rango elástico. Sin embargo, al no contemplar el rango inelástico, estos análisis no contemplan el comportamiento cuando la estructura incurre en daños más severos. Mucha información se pierde y no se tiene un modelo real del edificio. Es por ello que se plantea el analizar una estructura modelada en SAP2000 a un análisis modal-espectral, estático no lineal y tiempo historia para luego comparar los resultados obtenidos. Esto con la finalidad de encontrar las diferencias y similitudes, así como el origen de las mismas. El edificio a trabajar será una estructura de 4 pisos con columnas como principal elemento estructural en la dirección X y placas en la dirección Y. Se propone desarrollar los diagramas de momento-curvatura de todas las secciones del mismo y modelarlo con sus características inelásticas dentro del SAP2000. Con la información completa de la estructura se procederá a realizar el análisis tiempo-historia con el espectro de la norma peruana. Luego se realizará un análisis push-over para obtener una curva de capacidad. Esta será cruzada con el espectro de demanda obtenido por el método de la ATC40 y con ello se tendrá el punto de demanda que será utilizado para la comparación. Finalmente, se utilizarán distintas señales sísmicas con características similares a los sismos limeños y con ellas se realizará el análisis tiempo-historia inelástico. Se utilizará el promedio de los datos obtenidos por cada señal como punto de comparación. Se compararán la cortante basal, el desplazamiento máximo y la aceleración máxima. Estos deberían ser cercanos entre sí, sin embargo, de haber alguna diferencia se procederá a hacer un análisis de causas.
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Análisis comparativo técnico-económico de un hospital de 7 pisos diseñado en concreto armado y acero estructural usando aisladores sísmicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-08) Torres Flores, Luis Alberto; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La presente tesis fue realizada con el fin de poder comparar, en aspectos técnicos y económicos, el rendimiento y eficiencia de dos posibles soluciones de estructuración para un mismo hospital de siete pisos construido en concreto armado y en acero estructural. Se ha realizado el análisis modal espectral y el diseño de las componentes estructurales para los dos modelos. De acuerdo a los diseños se elaboraron metrados y presupuestos referenciales para cada caso. Ambas estructuras contarán con la protección sísmica de aisladores de núcleo de plomo en la base. Se comparará las estructuras en los ámbitos de rigidez, resistencia, costo y tiempo de realización; cada una de estas áreas tendrá un porcentaje de incidencia mediante el cual se asignará una calificación final a cada estructura. De esta manera, se presenta la discusión para cada criterio y la elección de la mejor opción para el caso de estudio.
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Análisis comparativo técnico-económico de una edificación de 12 pisos, empleando amortiguadores de fluido viscoso y disipadores histeréticos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-06-08) Narváez Espinoza, Mario Eduardo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La filosofía del diseño sismorresistente convencional señala que una estructura no debe colapsar ante un sismo severo o presentar daños que puedan repararse luego de un sismo moderado. En Perú se ha evidenciado que varias edificaciones han colapsado o aun sufrido daños irreparables luego de un evento sísmico de gran magnitud. En la actualidad existen sistemas de protección sísmica que resultan ser una alternativa para reducir los daños estructurales, siendo los más utilizados los amortiguadores de fluido viscoso y disipadores histeréticos, mismos que son dependientes de la velocidad y el desplazamiento respectivamente. La presente tesis muestra las ventajas al emplear cada disipador mencionado anteriormente en una edificación con sistemas aporticado de 12 niveles en la ciudad de Lima. Se evaluaron las propiedades mecánicas y principios de cada disipador, así como también del comportamiento estructural bajo solicitaciones sísmicas con periodos de retorno de 2475 años al emplearse estos dispositivos. En este caso se definió como deriva objetivo el 6‰, valor que está ligado al nivel de daño moderado según datos proporcionados por Hazus ante este nivel de sismo. Además, se estudiaron las proporciones de ductilidad demandada basados en criterios del ATC-40 al emplear cada disipador y el costo de ellos. Los resultados mostraron que la edificación junto con amortiguadores de fluido viscoso alcanza la deriva objetivo, reduciendo las derivas en un 50% aproximadamente y reduciendo la ductilidad demandada a un valor similar. Por otro lado, al emplear los disipadores histeréticos se aumentó las secciones de los elementos estructurales para acercarse a la deriva objetivo. La aplicación de los disipadores histeréticos no cumplió con el valor de deriva indicado, pero se mantiene por debajo de la deriva normativa E.030 en un escenario de sismo con periodo de retorno de 2475 años, mientras que la ductilidad demandada se reduce a un 75% de la inicial aproximadamente. También se observó que la aplicación de los disipadores histeréticos resultan ser una alternativa económica para proteger a una edificación frente a amenazas sísmicas.
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Análisis de los efectos de la interacción suelo – estructura en la dinámica estructural de un edificio de oficinas de 15 pisos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-05) Rodríguez Sánchez, Andrés Gonzalo; Villavicencio Arias, Sergio Joel; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Para el análisis de edificaciones es común el uso de modelos matemáticos que representen el comportamiento de estas. Elaborar un modelo que represente exactamente el comportamiento de una edificación en el medio que la rodea ante una solicitación externa es una labor prácticamente imposible. A pesar de las limitaciones actuales, los resultados obtenidos se pueden considerar estimaciones buenas para ser utilizadas en cálculos ingenieriles. Reducir la incertidumbre es importante para el progreso de la ingeniería sismorresistente, para lograrlo es crucial identificar las limitaciones de los modelos convencionales y aumentar los conocimientos sobre estas. En ese sentido, una de las limitaciones que se considerar es el desprecio de los efectos de la interacción suelo-estructura. El propósito principal de la investigación es analizar cómo difiere el estudio del comportamiento de las edificaciones con sótanos ante solicitaciones sísmicas en función a la manera en las que son modeladas. Se considerarán en el estudio 3 tipos de modelos para el mismo edificio de 15 niveles superiores. El primero, considera la estructura empotrada a nivel de la superficie sin considerar la influencia de los sótanos, en este caso se asume que los niveles subterráneos de la estructura se mueven en conjunto con el suelo en que se encuentran. El segundo, considerará la totalidad de la estructura incluidos los sótanos. El tercero, la estructura completa, pero considerando además el efecto que tiene la interacción del suelo con la estructura en los sótanos. Es importante mencionar que para cada tipo de modelo se estudiará la estructura con 2, 5 y 8 sótanos. Al analizar estructuras como la del primer caso mencionado se asume que el momento generado por acción de fuerzas y/o aceleraciones en la base (nivel de superficie) es de gran tamaño, y la distribución de momentos en los sótanos tiene valores menores y poco significativos. Sin embargo, queda en duda si este tipo de modelo representa correctamente el comportamiento que el edificio tendrá. En los modelos que consideran sótanos en el análisis se puede suponer que el momento aumenta considerablemente en función a la profundidad o también que, al considerar la interacción con el suelo, debido a las propiedades mecánicas de estos, el momento disminuye proporcionalmente con la misma. El análisis se efectuará para distintos niveles de sótanos, en donde la estructura será sometida a una perturbación dada por el espectro de la norma E.030; además se utilizarán distintas propiedades al modelar el suelo, con el fin de obtener respuestas para diferentes tipos de estos. La profundidad del suelo en el modelo será considerada hasta una profundidad de 1.5B por debajo de la cimentación. Con los resultados obtenidos se busca lograr una mejor comprensión de las respuestas del análisis dinámico de un edificio, para esto se pretende encontrar una relación entre el comportamiento de cada tipo de modelo estructural en los tipos de suelos analizados; enfocada en acercar los resultados, independientemente del tipo de modelo que se escoja, a valores que representen con mayor fidelidad el comportamiento real que tendrá la estructura estudiada.
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Análisis del comportamiento en flexión de vigas de sección no rectangular y de alma delgada reforzadas longitudinalmente con barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP)
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-03) Galvez Carrión, Renzo Didier; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El empleo del acero como refuerzo del concreto es cada vez más cuestionable debido a su baja durabilidad frente a la corrosión y por ello, en las últimas décadas se ha alentado el empleo de materiales alternativos más durables. Ese es el caso de los materiales compuestos por fibras resistentes embebidas dentro de una resina polimérica conocidos como fiber-reinforced polymer (FRP) o polímeros reforzados con fibra, cuyo empleo como refuerzo de estructuras de concreto ha tomado impulso a partir de los años 80. Sin embargo, debido a la relativa novedad del material aún existe falta de consenso técnico en algunas aplicaciones de este material, es así que la presente investigación tiene como objetivo aportar en el entendimiento del comportamiento a flexión de vigas con sección no rectangular de alma delgada reforzadas con barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP). Para ello, se incluye un estado del arte del conocimiento actual sobre el comportamiento de los FRP, así como se detalla los criterios de cálculo de resistencia por flexión y cortante que brinda el American Concrete Institute (ACI) para el concreto reforzado con barras de GFRP. Estos criterios están fundamentados principalmente en el estudio de vigas de sección rectangular constante, lo que motiva a verificar si son adecuadas para vigas de sección no rectangular. En ese sentido, primero se plantea un análisis teórico de la capacidad de carga última y deflexiones que presentaría la viga en condición de simplemente apoyada con carga puntual aplicada al centro de la luz libre. Luego, se construye un set de dos vigas con la sección propuesta y se replica experimentalmente la condición de carga para obtener la capacidad de carga última y deflexiones reales. Estos resultados luego se comparan y se discuten para comprender el comportamiento real de vigas de sección no rectangular de alma delgada cuyas conclusiones más importantes se presentan al final de esta investigación.
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Análisis técnico-económico del uso de concreto premezclado de f'c = 21 MPa y f'c = 28 MPa en un edificio multifamiliar de 4 pisos, un semisótano y un sótano
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-11-10) Ricalde Límaco, Pablo Ángel; Ariza Gómez, Ricardo Agustín; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
La presente tesis tiene como objetivo principal comparar estructural y económicamente el empleo de un concreto de resistencia 28MPa con respecto a un concreto de resistencia convencional (21MPa) en el diseño de una edificación de mediana altura de cuatro pisos, un semisótano y un sótano ubicada en el distrito de Lince, departamento de Lima. Se realizó el análisis sísmico, según la Norma de Diseño Sismorresistente E.030, de dos modelos estructurales con la configuración de una sola edificación conformada por cuatro pisos, un semisótano y un sótano cuyo uso es de vivienda multifamiliar. La primera propuesta es modelada y diseñada con un concreto de resistencia a la compresión de 21MPa, mientras que la segunda propuesta es calculada con una resistencia de 28MPa. El sistema estructural en la dirección X es dual para ambos casos, mientras que en la dirección Y el sistema es de muros. El diseño en concreto armado se basa en las hipótesis y especificaciones de la Norma de Concreto Armado E060, que establece el diseño por resistencia garantizando que los elementos estructurales soporten las solicitaciones de carga a las cuales serán sometidos. Para ambas propuestas, se diseñaron las vigas, losas aligeradas, columnas, placas, muros de contención y cimentaciones. Finalmente, se aplicó la herramienta multicriterio Choosing By Advantages (CBA) para determinar la alternativa más ventajosa en términos estructurales y económicos. Los factores analizados fueron derivas máximas, cortantes basales, ductilidad de secciones, durabilidad y espacio arquitectónico. Los puntajes del CBA se analizan en forma conjunta con los resultados económicos obtenidos con ayuda de herramientas BIM como el software Revit. Se demostró que el uso de un concreto de mayor resistencia genera ahorro en lugar de encarecer la estructura. Asimismo, se comprobó que las ventajas estructurales por el uso de un concreto de 28MPa son superiores en comparación al empleo de un concreto convencional de 21MPa.
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Análisis y modelamiento de un sistema híbrido de disipación de energía: aisladores sísmicos con amortiguadores en base
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-18) Quispe Vilches, Javier Antares; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El proceso de aislamiento de base en edificios como herramienta de prevención consiste en separar la superestructura y el suelo mediante una interfaz flexible, con el fin de disminuir el efecto del movimiento sísmico para la misma. Los proyectos con aislamiento sísmico se están incrementando en el país, son considerados entre los sistemas más efectivos de protección ante un sismo; sin embargo, tiene ciertas limitaciones ligados a los dispositivos que lo conforman. El sistema híbrido de disipación de energía es una variación del sistema aislado, presentando la adicción de amortiguadores en la interfaz de aislamiento conformada por aisladores. El principal objetivo de este sistema es reducir el desplazamiento de esa interfaz. Esta reducción implica diferentes usos que se le puedan dar al sistema. No sé analizará el aporte de algún sistema de control activo en el proyecto ni el diseño del sistema estructural. En esta investigación el sistema aislado estará conformado por aisladores LRB y en el sistema híbrido se adicionará amortiguadores de fluido viscoso. El análisis comprende el modelamiento en el software ETABS 2018 de tres estructuras, cada una será analizada para distintos valores de amortiguaciones y se definirá la amortiguación adecuada para el sistema. Los parámetros de la respuesta estructural para la comparación de sistemas son: los desplazamientos, derivas, fuerzas basales y el comportamiento de los aisladores. Los resultados detallarán los beneficios y posibles desventajas del sistema híbrido. En el Perú no se ha plasmado un proyecto con la implementación del sistema híbrido y los estudios relacionados a este tema son escasos. Por ende, esta tesis ampliará el conocimiento de esta técnica desde un enfoque nacional.
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Comparación de aspectos estructurales y económicos entre un edificio de 8 pisos para vivienda de muros de ductilidad limitada y sistema dual tipo I optimizado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-11-08) Arias Aguilar, David Jesús; Quijada Lavado, César Alonso; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El trabajo consiste en el análisis, diseño y evaluación estructural - económica de un edificio para viviendas de 8 pisos, pero usando dos sistemas estructurales diferentes: Muros de ductilidad limita y Dual tipo I. El sistema de muros de ductilidad limitada (SMDL) es un sistema bastante usado en Perú, y al igual que los otros sistemas estructurales, aún no ha sido puesto a prueba bajo solicitaciones sísmicas altas en nuestro país, debido al silencio sísmico que vivimos. Como este sistema posee poco o nulo confinamiento, su capacidad de desarrollar ductilidad es bastante limitada, lo cual restringe su comportamiento al rango elástico. El SMDL al poseer un proceso constructivo más sistematizado permite una menor inversión económica y de tiempo respecto a otros sistemas estructurales, lo cual lo hace ser muy usado en nuestro medio. Es por esta razón que se plantea el uso de otro sistema estructural, siendo en este caso el dual tipo I (pórticos y muros), pero usando consideraciones de optimización estructural para poder conseguir una proyección competitiva económicamente con el edificio SMDL. Desde lo económico, se limitará el análisis a la cuantificación de material de las tres partidas más incidentes en la especialidad de estructuras: concreto, acero y encofrado. Mientras que desde el punto de vista estructural, se emplearán resultados como derivas, cortantes, factores de seguridad al volteo, etc. Para elaborar indicadores, los cuales serán una manera de evaluar el comportamiento de dichos sistemas.
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Comparación del desempeño sísmico del puente Quilca sin sistemas de protección sísmica y aplicando sistemas de aislamiento y disipación de energía
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-08-19) Huerta Guzmán, Cristian Rodolfo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El objetivo principal de la presente tesis es aportar al estado del arte del diseño sismo resistente de puentes con sistemas de protección sísmica, mediante la comparación del desempeño sísmico de un puente con aisladores y un puente con aisladores sísmicos más disipadores de fluido viscoso, para lo cual se tomó el caso de estudio del puente Quilca. Se determinó el desempeño sísmico del puente Quilca frente a la demanda sísmica del Manual de Puentes del MTC 2017, mediante un análisis estático no lineal (push over), tanto en la dirección longitudinal como en la dirección transversal. Luego se establecieron 3 casos de estudio; el primero considera al puente Quilca en su estado existente, el segundo caso considera la inclusión de un sistema de aislamiento sísmico con dispositivos con núcleo de plomo LRB, y el tercer caso considera la inclusión de un sistema de protección híbrido, conformado por un sistema de aislamiento sísmico con inclusión de disipadores de fluido viscoso. Se realizaron análisis sísmicos modales espectrales y tiempo historia no lineal, para los 3 casos de análisis mencionados, obteniéndose registros de desplazamientos, fuerzas cortantes y momentos flectores, periodos fundamentales, amortiguamiento, entre otros. En el capítulo de análisis de resultados, se resumen los resultados obtenidos en cada caso de estudio, y se discuten los mismos. Finalmente se comparan los 3 caso de estudio, analizando cara parámetro mediante gráficas comparativas, y determinando la alternativa con mejor desempeño sísmico.
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Comportamiento de edificaciones prefabricadas de concreto con arriostramientos de acero
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-07-17) Sedano Cabrera, Jhonatan Christian; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
En el Perú, el déficit de viviendas es considerable (11.2%); asimismo, la respuesta estatal ante emergencias ha sido lenta e ineficiente, muestra de lo descrito fue la lenta reconstrucción de viviendas afectadas en el sismo de Ica de 2007 (90% de avance en 10 años), o la reconstrucción de viviendas e infraestructura general producto del Fenómeno del Niño del 2017, aún en ciernes. Así, lo descrito abre el abanico en cuanto a la exploración de alternativas constructivas que demuestren eficiencia estructural y económica para contribuir a la brecha inmobiliaria existente, y mejorar la respuesta estatal ante emergencias. Los prefabricados, por sus características inherentes, proveen eficiencia, rapidez y economía a la construcción; asimismo, en experiencias pasadas, se observó un comportamiento favorable ante solicitaciones sísmicas. No obstante, fueron recopilados puntos a mejorar como la formación de diafragma, la distribución de las líneas resistentes ante cargas laterales, entre otros. El presente trabajo de investigación pretende aportar a la promoción de la estructuración con elementos prefabricados, para contribuir de algún modo a cubrir el vacío que la normativa peruana tiene con la estructuración de estos elementos; al considerarlos solo como sistemas no convencionales. Para ello, se propuso la estructuración de un edificio de departamentos unifamiliares con dos alternativas: la primera, con elementos de concreto armado, y la segunda, con prefabricados de concreto con arriostramientos de acero ASTM A500 como parte del sistema resistente ante fuerzas laterales; y se realizó un comparativo de su desempeño estructural utilizando análisis estático y dinámico no lineal. Los resultados obtenidos muestran que la estructuración con prefabricados de concreto y arriostramientos de acero exhibe un buen desempeño ante sismos raros (Tr= 475 años); y que, además, ostenta un mecanismo de falla dúctil, en una variante del mecanismo viga débil-columna fuerte.
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Comportamiento inelástico de pórticos de concreto armado con vigas reforzadas a flexión con CFRP
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-10-02) Cajaleón León, Edson Antonio; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Ante un incremento de solicitaciones sísmicas en una estructura, el cual puede ser generado por incremento de la sobrecarga, o por una debilitación de la estructura por deterioro, las estructuras podrían requerir un reforzamiento. Entre los distintos tipos de reforzamiento empleados actualmente, se tiene, dentro de los casos de intervención externa, el uso de fibra de carbono. Este material se instala exteriormente, de forma no invasiva, al concreto armado empleando resinas epóxicas para aumentar la resistencia. Sin embargo, disminuye la ductilidad de la sección debido a que el CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) es un material frágil. Comúnmente se diseña el refuerzo con CFRP de las vigas en la zona de mayores momentos negativos y positivos debido al incremento de las cargas de gravedad o por deficiencia en estos elementos. Pero, por otro lado, restringe la capacidad de la estructura para desplazarse inelásticamente antes de la rotura. El propósito del presente trabajo de tesis es introducir una nueva configuración de instalación de CFRP; es decir, colocándola solo en la zona de momentos positivos de las vigas. De esta forma, la estructura podrá rotularse en los momentos negativos permitiendo un mayor desplazamiento a la estructura que se traducirá en una mejora de su ductilidad. Para ello en este trabajo se diseñarán cuatro pórticos distintos que cumplirán con la Norma E.030 y la Norma E.060. Se idealizarán los pórticos en el programa SAP2000 con ciertas dimensiones que cumplan una deriva de entrepiso de 6‰. Luego, a los pórticos se colocarán todos los casos de cargas, así como las combinaciones de cargas pertinentes y el espectro de respuesta según los parámetros de sitio correspondientes, con lo que se podrá determinar el diseño de cada sección de concreto armado. Por lo tanto, si aumentamos la sobrecarga, las secciones de concreto armado de las vigas necesitarán un reforzamiento. Se reforzarán de dos maneras: a) la primera consiste en reforzar la zona de momentos positivos y negativos, y b) la segunda consiste solo en reforzar la zona de momentos positivos. Se diseñan las secciones de concreto armado para ambas maneras de reforzamiento, se calcula los diagramas de momento-curvatura de todas las secciones y dichos datos se cargan al programa para asignar las rótulas plásticas de cada elemento. Finalmente, con un análisis estático no lineal, o también llamado pushover, que consiste en aplicar a la estructura con fuerzas horizontales incrementales, se obtendrá la curva de capacidad de la estructura. Esta curva se convertirá en espectro de capacidad para poder ser comparado con registros sísmicos de tres localidades distintas y determinar su desempeño en cada uno. Con dichos resultados, se procederá a comparar el desempeño de una estructura sin reforzar, reforzada en la zona de momentos positivos y negativos, y reforzada solo en la zona de momentos positivos.
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Control de la respuesta dinámica en el puente peatonal Los Próceres mediante la incorporación de amortiguadores viscosos y de masa sintonizada
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-07-05) Loa López, Kenyo Eul; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Las mejoras continuas de la ingeniería de materiales nos permiten diseñar cada vez puentes más ligeros y de mayor longitud. Sin embargo, a pesar de que los puentes peatonales pueden cumplir los estados de carga de servicio o resistencia, la normativa peruana no contempla una revisión de la respuesta vibratoria de los puentes peatonales bajo cargas de servicio. Esto ocasiona que muchas veces se tienen problemas de vibración una vez entren en funcionamiento. Mucho menos existen normas o criterios en caso este tipo de problemas se presenten. Así se tiene la presente investigación la cual empieza con una revisión del estado del arte sobre vibración de puentes peatonales. Luego se hace una un levantamiento de la estructura en campo que permitan obtener los datos suficientes para modelar la estructura y obtener sus propiedades dinámicas basados en un software de elementos finitos. Posteriormente se propone el control de las vibraciones incorporando amortiguadores de masa y como segunda alternativa usando amortiguadores viscosos. A partir de ambos diseños y los datos obtenidos se comparará la respuesta de ambas propuestas.
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Degradación de la capacidad estructural de pórticos regulares de concreto armado afectados por deterioros patológicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-21) Tello Diaz, Victor Manuel; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El Perú es un país con una alta sismicidad debido a su ubicación en la zona denominada ‘Cinturón de Fuego del Pacífico’, haciendo que la construcción de edificaciones seguras sea fundamental. Sin embargo, la construcción informal genera el desarrollo de patologías estructurales haciendo a las edificaciones más vulnerables. El desconocimiento sobre las consecuencias de las patologías estructurales puede llevar a ignorar los peligros reales y aumentar el riesgo de daños y pérdida de vidas humanas en caso de un sismo. Es necesario comprender que el deterioro de la estructura puede disminuir su capacidad estructural para resistir sismos. La investigación tiene como propósito presentar un estudio inicial sobre la degradación de la capacidad estructural de pórticos de concreto armado afectados por deterioros patológicos. Se consideró la configuración de pórticos de concreto armado de hasta seis niveles y seis crujías afectados por las patologías de carbonatación, ciclos de hielo y deshielo, corrosión, porosidad, y reacción álcali-sílice, en tres grados de afectación patológica (leve, moderado y severo). Siendo las patologías de corrosión, carbonatación y porosidad las de más probable ocurrencia en nuestro país. Se analizó un total de 96 pórticos Las patologías estructurales fueron modeladas en función de los resultados obtenidos de investigaciones experimentales publicadas en papers científicos. El método de análisis estructural utilizado fue el análisis estático no lineal (‘pushover’), mediante el cual se obtuvieron curvas de capacidad, las cuales relacionan el cortante basal con el desplazamiento máximo de la estructura (trabajo por fuerzas externas). Posteriormente, se comparan los resultados obtenidos (curvas de capacidad) con los cuales se determina el comportamiento de las estructuras afectadas por las diferentes patologías estructurales. Se concluye con la determinación de los porcentajes de degradación de la capacidad estructural.
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Desempeño sísmico de aisladores: estudio de un hospital de concreto armado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-11-27) Rosario Gamero, Martín Rodrigo del; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
Esta investigación consiste en la evaluación del comportamiento inelástico y no lineal de un hospital de concreto armado diseñado con aisladores sísmicos de base. Además, busca revisar su desempeño y capacidad de ductilidad a partir de la comparación de las derivas de entrepiso con y sin aisladores, considerando el comportamiento inelástico de la superestructura. La investigación se basa, en un principio, en modelar la estructura de un hospital, previamente diseñado, e introducir las propiedades inelásticas de los elementos como rótulas plásticas y aisladores, utilizando los principios de equilibrio, compatibilidad y relaciones constitutivas para construir curvas momento-curvatura para cada sección que requiera ser analizada. Todo esto con el fin de conocer el comportamiento estructural y secuencia de agotamiento de capacidad de las secciones para la estructura con y sin aisladores, empleando un análisis pushover y tiempo-historia. Se espera comprobar la eficiencia de los aisladores para reducir la deriva de entrepiso y mejorar el desempeño sísmico del hospital.
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Diseño de la Biblioteca Aveiro para las condiciones locales de la ciudad de Lima
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-14) Hidalgo Diaz, Mauricio Asisclo; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
En la presente tesis, se desarrolla el análisis estructural sismoresistente y el posterior diseño estructural de los elementos que componen la Biblioteca Aveiro, la cual es una edificación existente ubicada en la ciudad de Aveiro, Portugal. Se trata de una edificación de forma irregular que cuenta con cuatro plantas, con una altura de 4.5 m para la primera planta, y de 4m para las tres siguientes, destinadas al uso de salas de estudio, oficinas, zonas de almacenaje, auditorio, entre otros. La biblioteca fue diseñada con estructuras de acero y concreto, de acuerdo con los condiciones sísmicas y geológicas propias de la zona. En consecuencia, el objetivo principal de la presente tesis es realizar el diseño estructural de la biblioteca para las condiciones geológicas y sísmicas que presenta la ciudad de Lima. Para ello se dispone de la distribución arquitectónica de la biblioteca, la cual sirve de guía para realizar la estructuración y el dimensionamiento estructural del edificio. Se realiza la estructuración en base al uso de losas aligeradas en una dirección, losas macizas en dos direcciones, columnas, vigas y muros de concreto armado. Se considera también un sistema sismoresistente de muros de concreto armado para ambas direcciones de análisis. Para el diseño estructural se considera el uso de concreto con f´c = 280 kg/cm2, y de acero de refuerzo grado 60 con fy = 4200 kg/cm2. Para que el diseño de la presente edificación cumpla con todos los requerimientos, se hará uso de las normas que componen el Reglamento Nacional de Edificaciones.
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Diseño estructural de una edificación de vivienda multifamiliar de 7 pisos y 3 sótanos en el distrito de Miraflores
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-30) Guzman Rivas, Cesar Alberto; Asmat Garaycochea, Christian Alberto
El resultado del presente trabajo de tesis será la estructuración, análisis y diseño de una edificación de vivienda multifamiliar en el distrito de Miraflores, en el departamento de Lima. Este proyecto, resulta interesante por ser un edificio en esquina, es decir, cuenta con doble fachada por lo que tendrá una concepción más atractiva desde el punto de vista estructural. Por otro lado, la edificación tiene un área de terreno de 320 m2, será desarrollado cumpliendo la normativa peruana para habilitaciones urbanas, teniendo en cuenta que el proceso de diseño se centra en buscar la opción más viable de estructuración frente a las solicitaciones sísmicas, evitando estructuras sobredimensionadas, ya que esto genera sobre costos para un proyecto. El proyecto arquitectónico está pensado en la distribución de departamentos dúplex y tríplex, lo que conlleva tener un mayor criterio en el desarrollo de la estructuración, llevando a cabo una correcta compatibilización de espacios, además, de brindar confortabilidad y seguridad para los usuarios. El tipo de sistema estructural escogido se compone por pórticos de concreto armado y muros estructurales, que se encargarán de tomar las fuerzas sísmicas para un mejor comportamiento de la estructura. Para las losas se utilizarán diversos tipos como aligerados en una y dos direcciones y losas macizas en base a la necesidad de uso. En lo que respecta a la cimentación, principalmente, es la composición de muros de contención debido a los sótanos, así como para los elementos verticales se utilizarán zapatas aisladas y conectadas. El análisis de solicitaciones se presenta mediante el modelado en el programa SAP2000. Finalmente, el desarrollo del presente trabajo sigue los requerimientos del Reglamento Nacional de Edificaciones, específicamente en las normas siguientes: Norma Técnica E.020 Cargas, Norma Técnica E.030 Diseño Sismorresistente, Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones y la Norma Técnica E.060 Concreto Armado.
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Disposiciones sísmicas de diseño y análisis en base a desempeño aplicables a edificaciones de concreto armado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-09-29) Asmat Garaycochea, Christian Alberto; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
La ingeniería sismo resistente ha seguido un desarrollo importante en los procedimientos de análisis sísmico en los últimos años. Uno de los principales factores que sustentan este desarrollo es la aparición de herramientas computacionales que permiten realizar cálculos más complejos. Sin embargo, a lo largo de este desarrollo, se han presentado sismos de gran magnitud que nos obligan a cuestionar los métodos empleados y la necesidad de investigar sobre el comportamiento completo de las estructuras ante sismos severos. El análisis sísmico comúnmente empleado se basa en un método elástico lineal, en la cual se amplifican las cargas para llegar a casos de solicitaciones últimas. Por otro lado, el diseño de elementos de concreto armado (y de muchos otros materiales) se realiza en una etapa de rotura o de resistencia última. A este procedimiento en conjunto se le conoce como “Diseño en base a resistencia” o “Diseño por factores de carga y resistencia” (Load and Resistance Factor Design, LRFD). Sin embargo, este método de diseño, por basarse en fuerzas, no contempla las fallas posibles por deformación que se pueden presentar en el comportamiento no lineal de los componentes de la estructura. Por ejemplo, la influencia de tener un piso blando, el comportamiento de unas columnas cortas o la capacidad de tener suficiente redundancia en la estructura son temas que no pueden ser revisados de manera analítica mediante métodos elásticos. Estas posibles fallas podrían llevar a la estructura a un estado cercano al colapso. En general, la deficiencia de los métodos en base a fuerzas es la de no poder disponer en la evaluación el comportamiento de la estructura luego de superar los límites elásticos de los componentes y de los materiales. Si se pudiese disponer de la historia del comportamiento inelástico de la estructura, se podría ajustar el diseño con el fin poder proporcionar a la estructura mayor capacidad, principalmente ante cargas sísmicas. Es por ello que las diferentes normas internacionales brindan recomendaciones o lineamientos que intentan evitar fallas o comportamientos no deseados para la estructuras. Por otro lado, el diseño realizado en la etapa de rotura no establece como requisito indispensable el cálculo de la ductilidad disponible en los elementos y, mucho menos, la verificación de la capacidad de la estructura de formar rótulas plásticas sin alcanzar el colapso bajo las cargas sísmicas. Para estos casos también existen recomendaciones para proporcionar a los elementos mayor ductilidad y para disponer de rótulas plásticas más largas, aunque estas hipótesis no podrán ser evaluadas empleando métodos elásticos de análisis. Es por ello que los últimos códigos y normas consideran un “Diseño en base a desplazamiento” o “Diseño en base a desempeño”, los cuales requieren del cálculo de la ductilidad de los componentes y de la estructura, comparándolos con la ductilidad demandada por los sismos máximos considerados. Estas exigencias son generalmente aplicadas a edificaciones sumamente importantes o a estructuras con elementos de disipación de energía, como aisladores o amortiguadores. Cabe mencionar que, a pesar de no haberse mencionado antes, la rigidez de la estructura cumple un rol muy importante al mantener la integridad de los elementos no estructurales y reducir la percepción del movimiento sísmico. Esta rigidez se va degradando conforme la estructura disipe energía mediante la formación de rótulas plásticas. Es por ello que el cálculo y la verificación de los desplazamientos y de las derivas en el rango inelástico es una parte fundamental en el “Diseño en base a desempeño”. El desempeño exigido para cada estructura puede variar según la funcionalidad y la importancia que tenga la edificación. Por ejemplo, un hospital, al ser una edificación que debe mantenerse funcional luego del sismo, debe generar pocas rótulas plásticas en el sismo severo en relación a las que puede ser capaz de presentar. De tal manera, la estructura mantiene niveles bajos de daños, la rigidez se degrada en menor medida y es económicamente reparable. Por otro lado, una edificación menor, como una vivienda, puede tener mayor pérdida de rigidez y mayor cantidad de rótulas plásticas, pero manteniendo su estabilidad y evitando el colapso de la estructura. Por motivos económicos y de funcionalidad, es necesario diferenciar los enfoques de desempeño exigidos para cada tipo de edificación. Es por ello que el Comité VISION 2000 de la Asociación de Ingenieros Estructurales de California (SEAOC, 1995) definió niveles de desempeño sísmico exigidos según la importancia de las edificaciones. En resumen, para estructuras que se encuentran en zonas con alta sismicidad, es necesario tener un enfoque basado en fuerzas, en deformaciones y en ductilidad para cumplir con el nivel de desempeño establecido, según sea el caso. Actualmente, existen herramientas que agilizan y simplifican el cálculo considerando propiedades y métodos no lineales, como el DRAIN-2DX, DRAIN-3DX, PERFORM-3D y SAP2000. (Inel y Baytan, 2006) Muchos de los edificios dañados debido a últimos terremotos ocurridos, han sido diseñados y construidos bajo los principios de diseño sísmico más modernos. Es probable que estos daños sean producto de la falta de comprensión del comportamiento de los materiales estructurales bajo cargas dinámicas y el comportamiento inelástico de los diferentes sistemas estructurales. (Villaverde, 2007). Se han propuesto diferentes métodos, entre simplificados y complejos, para desarrollar análisis estáticos y dinámicos no lineales, de los cuales algunos han sido incluidos como alternativas de análisis en reglamentos y códigos internacionales (Fajfar, 2002). Aun así, es difícil saber si estas herramientas nos permiten evaluar el desempeño de las estructuras debido a solicitaciones que producen al colapso. (Villaverde, 2007) En contraparte de estos nuevos procedimientos que pretenden ser más “exactos”, existe una enorme participación de variables que no pueden tener la misma precisión que estos procedimientos. El ejemplo inmediato es la amplificación del movimiento del terreno, pues es un valor que varía por una gran cantidad de aspectos. Otro ejemplo claro es el amortiguamiento considerado en la estructura, pues es un parámetro dinámico que también es dependiente del daño de la estructura. Es por todo lo mencionado que es necesario estudiar el concepto del comportamiento de las estructuras antes de sumergirse en la tarea de buscar número “precisos” y “exactos”. En los siguientes capítulos se describirá la filosofía actual en la ingeniería sismo resistente y los conceptos necesarios para lograr el comportamiento sísmico requerido de cada estructura.