Ingeniería Civil con mención en Estructuras Sismorresistentes
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Ítem Texto completo enlazado Diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando redes neuronales artificiales(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-11-07) Cusiquispe Rocca, Roy; Velásquez Vargas, José Martín; Rodríguez Reyna, Carlos AlbertoEl diseño estructural de edificaciones involucra procesos repetitivos que buscan determinar las dimensiones adecuadas de los elementos estructurales y los parámetros sismorresistentes, que cumplan los requerimientos mínimos de la Normativa Técnica Peruana. Estos procesos son tediosos, propensos a errores y produce pérdidas de tiempo; haciendo que el diseño estructural sea, ineficiente y sobredimensionado, derivando en un mayor uso de materiales de construcción e incremento del costo de construcción. Para evitar estos problemas, la presente investigación tiene el objetivo de realizar un diseño estructural preliminar automatizado de edificaciones de concreto armado usando Redes Neuronales Artificiales (RNA). Para alcanzar este objetivo se construyeron modelos de RNA, que tienen la capacidad de predecir ratios, que permiten estimar la geometría de los muros estructurales (placas) y columnas, además, predecir parámetros sismorresistentes: periodos, derivas máximas, desplazamientos máximos del último nivel y cortante basal. La estructura de las RNA, estuvo compuesta por: una capa de entrada, formada por las características geométricas y sísmicas, que caracterizan a las edificaciones, extraídas de 51 proyectos existentes con sistemas estructurales: muros estructurales, y dual; ubicados en la ciudad de Lima; una capa oculta, que proporciona robustes y eficacia; y una capa de salida, compuesta por los valores objetivo: ratio de muros estructurales (placas), ratio de columnas, y parámetros sismorresistentes. Los resultados finalizaron con la construcción de 11 modelos de RNA, estos fueron entrenados, validados y probados. En la etapa final se implementó los modelos de RNA en un caso práctico, logrando resultados coherentes a un diseño estructural convencional. En conclusión, se demostró que las Redes Neuronales Artificiales tienen la capacidad de desarrollar un diseño estructural preliminar; con un mínimo Error Medio Cuadrático (MSE) y con valores de R cuadrado ajustado superior al 83% y 77%, para la predicción de ratio de muros estructurales y columnas, y parámetros sismorresistentes, respectivamente.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un concreto para impresión 3D con agregado reciclado proveniente de conchas de abanico (RCA), residuos de construcción y demolición (RCD) y residuos de polietileno tereftalato (RPET)(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-30) Tudela Laura, Marcell Hasser; Silva Mondragón, Guido LeonardoLa impresión 3D de concreto se enfrenta a desafíos significativos debido a la escasez global de arena natural, un recurso crítico en su fabricación. Sin embargo, la disponibilidad de Residuos de Construcción y Demolición (RCD), Residuos de Conchas de Abanico (RCA) y Polietileno Tereftalato reciclado (RPET) brinda una oportunidad para abordar esta escasez. Esta tesis se centra en el desarrollo y validación de una metodología de diseño de mezclas de concreto que integra estos agregados reciclados, basándose en el modelo de Funk & Dinger para obtener una granulometría continua ideal, con el objetivo de crear una alternativa viable en la impresión 3D de concreto. La metodología propuesta ha sido meticulosamente diseñada, considerando aspectos clave como la reología rotacional, para asegurar que las mezclas resultantes sean no solo imprimibles, sino que también presenten propiedades reológicas adecuadas. Para lograrlo, se realizaron ensayos experimentales en laboratorio, como ensayos de extrusión, bombeabilidad, ensayos reológicos y pruebas de impresión en 3D a mediana escala, para validar los diseños estudiados. Los resultados obtenidos demostraron que la integración de RCD, RCA y RPET puede satisfacer los requisitos reológicos sin comprometer la calidad constructiva del concreto. Este hallazgo no solo tiene implicaciones prácticas inmediatas para la impresión 3D de concreto, sino que también contribuye significativamente a la economía circular en la industria de la construcción. El impacto científico de esta investigación es considerable, ya que proporciona una metodología replicable y sustentable. Además, establece un precedente para futuras investigaciones, abriendo el camino hacia la optimización de mezclas de concreto con otros tipos de agregados reciclados y la exploración de nuevas aplicaciones en el campo de la impresión 3D de concreto.Ítem Texto completo enlazado Guía de diseño de un puente continuo de sección cajón postensado con proceso constructivo vaciado in-situ y por voladizos sucesivos en el Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-10-07) Moreno Ramirez, Javier Alonso; Acero Martínez, José AlbertoEn la actualidad, con el fin de aumentar las carreteras y vías de conexión en todo el territorio nacional, la posibilidad de plantear viaductos de diferentes características se ha vuelto una propuesta atractiva en el desarrollo de la infraestructura vial. A modo de ejemplo, se tiene el Puente Chilina (Arequipa, 2013-2014), Puente Salvador (Huánuco, 2022-2023), Puente Kutuctay (Cusco, 2023), Puente R. Escardo (Lima, 2019-2020), entre otros. Los puentes de sección cajón postensados tienen como principales ventajas respecto a las otras tipologías de puentes (atirantados, colgantes, arcos, entre otros) su sistematización del proceso constructivo. La construcción de este tipo de tableros cuenta con equipos prestablecidos que se encuentran en el mercado y que disminuyen considerablemente el tiempo de ejecución y, de igual manera, reduce los costos. En ese sentido, el presente proyecto de tesis tiene como objetivo desarrollar una guía de análisis y diseño estructural de una tipología especifica de puente (sección cajón postensados), junto con un compendio de consideraciones, diferencias y circunstancias a tener en cuenta según el proceso constructivo previamente establecido (vaciados insitu con soporte longitudinal y mediante voladizos sucesivos) ubicados en el Perú. El proyecto en cuestión finalizará presentando un ejemplo con características reales que demuestren todo lo inicialmente presentado. El puente representativo por presentar tendrá 5 vanos con longitudes de 60 m, 100m y 165 m según corresponda, contará con dos estribos en cada extremo y 4 pilas internas. Dos de los vanos serán de sección constante y de proceso constructivo vaciado in-situ con soporte longitudinal. Mientras que el resto de los vanos son de sección variable, los cuales tendrán un análisis y diseño pensando en que serán ejecutados con voladizos sucesivos. Las características de la zona en la cuales se ubicará el puente representativo son típicas de los accidentes geográficos encontrados en el Perú. El objetivo es poder atravesar un rio y/o quebradas para poder disminuir el tiempo de tránsito de los futuros usuarios. La principal diferencia o problemática es poder hacer un diseño que cumpla con las fuerzas internas que se desarrollan durante las diferentes etapas constructivas según el procedimiento escogido y que de igual manera satisfaga el comportamiento de la estructura completa. Los análisis se realizarán con ayuda de diferentes Softwares estructurales de elementos finitos. Como conclusión, se corrobora que la presente guía y los procedimientos constructivos explicados serían perfectamente utilizables en el Perú para esta tipología de puentes. Cabe recalcar que el alcance de la presente Tesis se restringe a la Superestructura.Ítem Texto completo enlazado Evaluación del desempeño sísmico de la subestructura de un puente continuo de 3 tramos, empleando aisladores elastoméricos y de péndulo de fricción triple(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-09-06) Talavera Gómez, Alvaro Enrique; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoEsta investigación, abordó el estudio referido a la importancia de la correcta elección de sistemas de protección sísmica en puentes basados en aislamiento sísmico, tomando como modelo de estudio el puente existente Freyre, ubicado en el kilómetro 045+000 de la carretera PE – 1S D en el tramo Los Cerillos , Islay ,Mollendo, Ilo, El Pozo, en el distrito de Punta de Bombón, provincia de Islay en el departamento de Arequipa, el cual fue diseñado de manera convencional, es decir, sin considerar el uso de sistemas de protección sísmica. El puente en estudio consiste en tres tramos rectos postensados, de 121.8m en total, compuesto por dos carriles y dos bermas a cada lado del tablero; el tablero lo componen vigas prefabricadas postensadas y losas macizas. La estructura, al estar ubicada en la vía principal anexa a la carretera Panamericana Sur, se clasifica para fines de diseño como una estructura esencial. El objetivo principal de este estudio fue la evaluación de las ventajas y desventajas estructurales, cualitativas y cuantitativas del desempeño sísmico de un puente, obtenidas luego de su protección sísmica, empleando para ello independientemente, aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB) y de péndulo de fricción triple (FTP). Para la evaluación de lo citado anteriormente se establecieron tres casos de estudio: a) el puente en su estado actual; es decir, sin protección sísmica, b) el puente considerando la inclusión de un sistema de aislamiento sísmico basado en LRBs, y c) el puente considerando el empleo de FTPs. Para cada uno de los casos antes mencionados, fue necesario llevar a cabo análisis sísmicos estáticos, modales espectrales y de historia en el tiempo no lineales, obteniéndose respuestas referidas a desplazamientos, fuerzas cortantes, momentos flectores, fuerzas de restitución lateral, periodos de vibración y amortiguamientos. En el capítulo denominado análisis comparativo de resultados, se resumen y comparan los resultados provenientes de cada caso de estudio de manera gráfica. Finalmente, en el capítulo denominado conclusiones y recomendaciones se resumen los hallazgos producto de esta investigación.Ítem Texto completo enlazado 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 AlbertoLas 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.Ítem Texto completo enlazado Evaluación del factor de modificación de respuesta R para estructuras de concreto armado de periodos cortos a partir de un conjunto de registros sísmicos peruanos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-19) García Chirinos, Marco Fernando; Fernández Dávila Gonzáles, Víctor IvánCon el objetivo de aprovechar eficientemente las propiedades constitutivas de los materiales como el concreto armado, y por razones económicas, la filosofía contemporánea de diseño sismorresistente permite el incursionamiento en el rango inelástico de los sistemas estructurales sometidos a eventos sísmicos severos. Claramente estas incursiones inelásticas representadas en deformaciones importantes deben ser controladas para evitar el colapso. Esto último se logra utilizando adecuados valores del factor de modificación de respuesta R (en adelante, factor R), el cual es capaz de relacionar la resistencia lateral elástica, respecto a la resistencia lateral inelástica asociada a la capacidad dúctil objetivo del sistema estructural. Diversos estudios han mostrado su preocupación e interés en torno a la evaluación y aplicabilidad del factor R, demostrando su dependencia con una de una serie de variables como el periodo de vibración T , la ductilidad objetivo por desplazamiento lateral u , el comportamiento inelástico, entre otros. Sin embargo, a pesar de contar con metodologías de diseño sísmico más elaboradas, y haberse evidenciado en escenarios post evento sísmico las diferencias sustanciales entre las respuestas de los modelos matemáticos con respecto a lo observado en la realidad, se continúa utilizando valores del factor R empíricos e independientes. Por ende, es clara la necesidad de realizar estudios puntuales en torno al uso adecuado del factor R que garantice diseños sísmicos más racionales y transparentes. Considerando lo anterior, el presente estudio muestra los resultados de la evaluación paramétrica del factor R variando sus parámetros influyentes como son T, u, el comportamiento no lineal del material, la razón de amortiguamiento crítico, y la condición de sitio. Para este fin se utilizaron sistemas dinámicos discretos de uno y dos grados de libertad sometidos a acciones sísmicas Uni- y Bi-Direccionales, respectivamente. Especial atención se brindó a los sistemas de periodos de vibración cortos, por presentar mayor subestimación y variabilidad de la posible demanda sísmica de desplazamientos laterales debido a movimientos sísmicos cercanos o iguales a los de diseño. De los resultados se observó que el factor R está fuertemente influenciado por T, u, la condición de sitio, el comportamiento no lineal del material, y el tipo de excitación sísmica; validándose lo reportado por otros investigadores. Finalmente, se realizó la propuesta de expresiones simplificadas para la estimación del factor R, considerando además el efecto de disipación de energía en ciclos bajos mediante la obtención de índices de daño de Park-Ang.Ítem Texto completo enlazado 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 AlbertoEl 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.Ítem Texto completo enlazado Desempeño de edificios aislados con torsión en la superestructura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-06-10) Esquivel Zavala, Cristhian; Muñoz Peláez, Juan AlejandroLa torsión es una de las principales causas de daño y colapso de estructuras afectadas por sismos severos. El aislamiento sísmico constituye una alternativa para mejorar el comportamiento sísmico de estructuras con torsión. Se ha estudiado el comportamiento sísmico de edificios aislados con torsión, evaluando la respuesta de desplazamientos, utilizando modelos elásticos. Solo en los últimos años se han usado modelos no lineales tanto para el sistema de aislamiento como para la estructura, junto con el análisis dinámico incremental (IDA). El objetivo de esta investigación es contribuir a la seguridad sísmica de edificios peruanos con aislamiento sísmico que presentan torsión en la superestructura. Para ello, se llevó a cabo el análisis IDA de un edificio aislado de concreto armado con torsión en la superestructura, considerando la no linealidad de los elementos estructurales y del sistema de aislamiento. Se utilizaron 4 valores de excentricidad de masa unidireccional (5%, 10%, 15% y 20%) y un sistema de aislamiento simétrico. Se consideraron 4 niveles de intensidad sísmica (PGA=0.20g, 0.25g, 0.45g, 0.675g), con acelerogramas representativos de la sismicidad de la costa peruana y un suelo muy rígido. Se obtuvieron rotaciones inelásticas, derivas de entrepiso, aceleraciones y desplazamientos con el fin de cuantificar el daño. La evaluación del desempeño sísmico se realizó utilizando los estados límite de daño del ASCE/SEI 41-17 y HAZUS-MH MR4. Los resultados mostraron que para el sismo muy raro (Tr=2475 años) y para todas las excentricidades, los elementos estructurales alcanzarían el desempeño de ocupación inmediata y los elementos no estructurales superarían el umbral de daño leve. Para todos los valores de PGA y excentricidades del 15% al 20% las aceleraciones en la azotea incrementaron en alrededor del 30% y 40% respecto a la excentricidad del 10%. Para el sismo muy raro y una excentricidad del 20%, los desplazamientos de la plataforma de aislamiento incrementaron en 25% respecto a la excentricidad del 10%.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de requerimientos de ductilidad para elementos de concreto armado resistentes a sismo en edificios con aislamiento sísmico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-31) Mamani Villalobos, Carmen Giovanna; Asmat Garaycochea, Christian AlbertoLa presente investigación tiene por finalidad evaluar la ductilidad a flexión con determinados lineamientos de diseño para elementos de concreto armado (CA) de edificaciones con aislamiento sísmico. Esto debido a que actualmente no existen lineamientos para este tipo de estructuras, sino que se usan los mismos que para estructuras de base fija. Ello a pesar de que el principio de diseño con aislamiento, así como la evidencia de desempeño, muestran menor demanda de ductilidad e incursión en el rango inelástico para elementos con responsabilidad sísmica de edificios aislados. Se usó evidencia de experiencias sísmicas en estructuras con aislamiento y análisis de desempeño desarrollados por otros investigadores. Entre la evidencia se puede mencionar: curvas de capacidad, gráficas desplazamiento versus número de pisos, fuerza cortante versus desplazamientos, aceleración de pisos, entre otros. Como análisis se puede mencionar push over para diferentes tipos de estructuración y diseño, formación de rótulas plásticas, etc. A partir de la información mencionada se proponen lineamientos para diseño de elementos en CA que se acomodan mejor a estructuras aisladas sin dejar de lado los márgenes de seguridad. Se evaluaron dos casos de estudio, uno de ellos diseñado con la norma vigente y el otro diseñado con los lineamientos propuestos. Ambos casos cuentan con la misma estructuración y dimensiones de elementos, y sometidos a análisis tiempo historia no lineal mediante integración directa. Se propone una herramienta práctica la cual identifica la aplicabilidad de los lineamientos a partir de las cuantías y ratios de carga según se trate de vigas o columnas. La evaluación de los casos de estudio concluye que la aplicación de los lineamientos propuestos no implica desmejora en el desempeño de la estructura y en cambio, su uso optimiza las cuantías de acero de refuerzo. Esto debido a que los elementos estructurales se mantienen en el rango elástico, es decir, para los casos analizados, no se hace uso de la ductilidad instalada.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de la respuesta sísmica no lineal de estructuras aporticadas paramétricas de concreto armado con irregularidad vertical de piso blando(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-28) Castillo Leon, Ed Renzo; Fernandez-Davila Gonzales, Victor IvanLa irregularidad estructural de piso blando o de rigidez representa un riesgo para la integridad de las estructuras debido a que puede ocasionar el colapso parcial o total de las edificaciones. La presencia de este fenómeno en las construcciones se ha vuelto cada vez más común debido a la demanda arquitectónica como estacionamientos y halls en el primer nivel, inclusión de ambientes de doble altura, entre otros. En consecuencia, el estudio del comportamiento de estructuras con piso blando es relevante para la evaluación, rehabilitación, diseño de edificaciones, de manera que se logre estimar la respuesta de la edificación ante eventos sísmicos severos. La presente investigación tiene por finalidad analizar la respuesta sísmica no lineal de un conjunto de edificaciones de cinco y diez niveles que presenten la irregularidad de piso blando en distintos grados. Los casos de estudio se han generado a partir de la definición de un grupo de parámetros que caracterizan a cada modelo tales como la frecuencia de vibración desacoplada de la estructura, la relación de rigideces traslacionales, el grado de acoplamiento torsional, la excentricidad de rigidez normalizada y la razón de rigideces torsionales. Además, se incluye la relación de al- tura entre el primer nivel y el típico, como parámetro que genera la irregularidad de piso blando en los modelos. Este método de análisis permite determinar la respuesta sísmica de un conjunto de edificaciones con características únicas a fin de evaluar la influencia de cada parámetro en la respuesta de interés global y local. En los modelos estructurales se idealizó la losa de entrepiso como diafragma rígido en su plano y se consideró en el centro de masa (CM) de cada nivel junto a tres grados de libertad: dos desplazamientos traslacionales y una rotación en planta. Principal- mente, se investiga el efecto de la torsión en planta en combinación con la irregularidad vertical de piso blando, debido a que es una situación frecuente y real en el diseño de edificaciones. La respuesta sísmica de los modelos estructurales se obtuvieron mediante un análisis no-lineal tiempo historia. Este método de análisis dinámico permite estudiar el comportamiento de la estructura en el régimen inelástico y considera la pérdida de rigidez y resistencia en los elementos estructurales que la componen. Se emplearon siete pares de registros peruanos de aceleraciones sísmicos para el análisis. Las respuestas de locales máximas de interés que se eligieron son la demanda de ductilidad de rotación y la fuerza cortante en columnas del primer nivel, mientras que las respuestas globales máximas elegidas fueron los desplazamientos traslacionales y rotacionales por nivel y las derivas de entrepiso. Este estudio concluye que el incremento de altura en el primer nivel en combinación con la excentricidad produce un aumento significativo en la demanda de ductilidad de rotación en las columnas del primer nivel mientras que en las derivas el efecto de la excentricidad de rigidez es atenuado por el efecto de piso blando donde este último concentra el desplazamiento lateral en el entrepiso de menor rigidez y la excentricidad de rigidez en los niveles intermedios y superiores.
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