Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Software educativo para la automatización del análisis no lineal estático pushover en estructuras de concreto armado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-01-22) Poma de la Cruz, Jose Luis; Fernández Dávila Gonzales, Victor IvánEl diseño de una estructura de concreto armado no termina cuando se han obtenido sus secciones y refuerzos de acero correspondientes; por el contrario, es cuando se inicia la verificación del desempeño en términos estructurales y económicos que va a tener esa estructura ante diferentes eventos sísmicos. El análisis no lineal estático Pushover es muy utilizado para evaluar la capacidad sísmica resistente de las estructuras, así como la evaluación de los posibles mecanismos de falla de la estructura ante un evento sísmico. En la presente tesis se realiza el estudio del análisis no lineal estático Pushover en pórticos planos de concreto armado de secciones rectangulares esbeltas, sometidos a cargas laterales incrementales. En la presente Tesis se desarrolló el programa de cálculo ANÁLISIS MATRICIAL AUTOMATIZADO PUSHOVER 2D (AMAP 2D) en la interfaz del programa Microsoft Excel 2010 con macros habilitadas (formato .xlsm), con el lenguaje de programación Visual Basic for Applications (VBA). El programa AMAP 2D nos reporta la curva de capacidad y el mecanismo de falla de la estructura correspondiente a las cargas laterales incrementales impuestas en el análisis, constituyéndose en una herramienta de consulta para los estudiantes y profesionales de Ingeniería Civil. Además el programa permite el cálculo de los diagramas momento-curvatura de las secciones cuando se tiene ingresado sus dimensiones, acero de refuerzo, modelo constitutivo del concreto, modelo constitutivo del acero y la carga axial correspondiente al elemento.Ítem Texto completo enlazado Evaluación y comparación del desempeño sísmico de cuatro tramos de estructura de la línea 1 del metro de Lima diseñados en épocas diferentes(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-10) Vargas Roca, José Oscar; Arias Ricse, Julio César; Fernández Dávila Gonzales, Victor IvánEn el capítulo 1 se describen los daños producidos en estructuras elevadas tipo puentes o viaductos después de sismos de gran magnitud, tales como: Loma Prieta (1989), Northridge (1994), Kobe (1995) y Chile (2010). La descripción se concentra en el colapso de los viaductos Cypress y Hanshin en California (USA) y Kobe (Japón), respectivamente. Por esta razón y en vista que los procedimientos de diseño tradicionales basados en análisis lineales elásticos han demostrado que no garantizan la total seguridad de las estructuras se presenta el siguiente trabajo de tesis. El objetivo central es contribuir con el conocimiento de la capacidad sísmica de cuatro tramos representativos del Tramo 1 de la Línea 1 del Metro de Lima diseñados en épocas diferentes (2 estaciones y 2 módulos típicos diseñados a mediados de los años 80’s y 2010), con la aplicación del Diseño por Capacidad y el Análisis Sísmico Basado en Desempeño. Se presenta un ejemplo de aplicación de esta metodología en el diseño estructural del Puente Chilina en Arequipa, Perú para demostrar que su aplicación está siendo cada vez más difundida. En el capítulo 2 se presentan las estructuras de análisis y se explican los criterios para su selección, principalmente como función de su carga tributaria, su rigidez lateral, las condiciones geotécnicas del suelo de cimentación y su importancia. Asimismo, se detallan los tipos de análisis sísmico para el cálculo de la Demanda y Capacidad de Desplazamiento Lateral dentro del contexto del Análisis Sísmico Basado en Desempeño. El reglamento de referencia para la evaluación del desempeño sísmico de las estructuras es AASHTO, 2009, “Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design”. Este reglamento tiene validez en el Perú y constituye una versión más exigente que la utilizada para el diseño estructural de los tramos de mediados de los años 80’s. Se detallan y explican los requerimientos del reglamento indicado para la aplicación del Diseño por Capacidad y para la verificación de la ocurrencia de los mecanismos de falla que son materia de investigación del presente trabajo. Asimismo, se presentan los requerimientos normativos para la verificación del Desempeño Sísmico por Desplazamientos Laterales. Cuando se necesitan requerimientos adicionales, no indicados en el reglamento de referencia, se consideran las recomendaciones de otros reglamentos, los cuales son indicados oportunamente. En el capítulo 3 se evaluó el impacto de algunas propiedades relevantes que pueden influir en los resultados, tales como: modelos de Longitud de Rótula Plástica, Inercia Efectiva en los pilares, interacción suelo-estructura (a través de la flexibilidad del suelo y de la cimentación), y los efectos de Segundo Orden P–Δ. Se explica en detalle los elementos estructurales y los criterios de modelación de las estructuras en el programa computacional SAP 2000 Nonlinear Versión 14 del cual la Pontificia Universidad Católica del Perú tiene licencia de uso. Para el cálculo de la Demanda Sísmica, las estructuras fueron sometidas a Espectros de Respuesta de Pseudo-Aceleraciones con períodos de retorno de 100 y 1000 años que corresponden a los escenarios de Nivel Sísmico de Operación y de Contingencia o Diseño, respectivamente. La Capacidad Sísmica de los elementos estructurales que componen el viaducto elevado fue medida en función a la Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral y restringida a varios Niveles de Desempeño según el daño esperado en cada uno de ellos. Así, se distinguen los Niveles de Desempeño de Fluencia (B), Inmediatamente Operacional (IO), Resguardo de la Vida (LS), Prevención al Colapso (CP) y Colapso (C). La Curva de Capacidad fue obtenida a partir del Análisis Estático No Lineal “Pushover”, que es el análisis asociado a la importancia y Categoría de Diseño Sísmico de las estructuras. Se presentan las Respuestas de Interés Globales y Locales para ambas direcciones de análisis. El análisis de las Respuestas Locales incluyó la verificación por corte de los pilares y la inestabilidad de la cimentación por volteo y presiones ante carga sísmica para los elementos de los ejes más demandados. La Respuesta Global de las estructuras fue asociada a su Curva de Capacidad de Desplazamiento Lateral en la cual se verificó los requerimientos normativos. Es importante garantizar que para que se produzca el mecanismo de falla por fluencia en flexión en las regiones de rotulas plásticas no se debe producir algún otro mecanismo de falla, tales como los indicados en el párrafo anterior (falla por corte de los pilares o falla por inestabilidad de la cimentación).En el capítulo 4 se discuten los resultados obtenidos de las estructuras en su estado actual a la luz de la reglamentación vigente. Se analizó una posible propuesta de reforzamiento para garantizar la ocurrencia del mecanismo de falla por fluencia en flexión que es el propósito de este trabajo y se comparó el comportamiento sísmico entre estructuras similares. Es decir, se presenta una comparación entre las estructuras con pilares bi-columna (estaciones) y otra comparación entre las estructuras con pilares mono-columna (módulos típicos) para cuantificar el cambio en los requerimientos entre dos diseños de épocas diferentes. En el capítulo 5 las estructuras en su estado actual fueron calificadas sísmicamente como competentes o no a partir de la razón Demanda/Capacidad de Desplazamiento Lateral y a partir de la posible ocurrencia de los mecanismos de falla frágiles indicados. En las estructuras en las cuales no fue aplicable esta verificación (principalmente, y como hipótesis de partida, en las estructuras diseñadas a mediados de los años 80’s) se indica el mecanismo de falla probable sobre la base de los resultados obtenidos. Finalmente, a modo de recomendación y con validez numérica, se muestra una propuesta de reforzamiento para garantizar la competencia de las estructuras que presentan deficiencias. Además, se indican las Líneas de Investigación a futuro.Ítem Texto completo enlazado Evaluación de la respuesta sísmica no lineal de reservorios elevados tipo intze(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-04) Huaringa Huamaní, Pamela Grace; Fernández Dávila Gonzales, Victor IvánLos 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.