Evaluación de los Desplazamientos Laterales Ante Eventos Sísmicos en las Edificaciones de la Ciudad de Juliaca

(1)

“NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ”

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

T E S I S

"EVALUACIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS

LATERALES ANTE EVENTOS SÍSMICOS EN LAS

EDIFICACIONES DE LA CIUDAD DE JULIACA"

PRESENTADO POR

:



Bach. Fany Maribel, SOLIS PERALTA.

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

(2)

(3)

(4)

A mis padres Luis Alberto Solis Jallurana y

Benedicta Peralta de Solis, que siempre

estuvieron a mi lado y me inculcaron el

valor para nunca darme por vencido

aunque la situación sea adversa; a mis

queridos hermanos German, Yobana,

Leydi.

(5)

AGRADECIMIENTO

Gratitud infinita con Dios quien todos los días muestra un nuevo

camino para mí, y que me dio el regalo más hermoso de esta vida: mi

familia; a los verdaderos amigos que formé en mi paso por la UANCV.

A La Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez, Facultad de

Ingenierías y Ciencias Puras, Escuela Profesional de Ingeniería Civil. A

los docentes y sus valiosas enseñanzas por habernos ayudado en la

formación profesional; y aquellos ingenieros que me apoyaron en el

camino laboral y pude aprender parte de su criterio técnico y

recomendaciones.

Mi gratitud final, pero la más sentida, es para toda la vida con mis

padres y hermanos, su amor en cada momento, es la fuerza que nace

en mí para lograr mis metas, simplemente nunca podré pagarles lo que

hacen por mi cada día.

(6)

TESIS: “EVALUACIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS LATERALES ANTE EVENTOS SÍSMICOS EN . LAS EDIFICACIONES DE LA CIUDAD DE JULIACA"

Bach. En I.C : FANY MARIBEL, SOLIS PERALTA

ÍNDICE

CAPITULO I

EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. ...1

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ...2

1.3. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL ESTUDIO. ...2

1.4. JUSTIFICACIÓN. ...3

1.4.1. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA. ...3

1.4.1. JUSTIFICACIÓN SOCIAL - ECONOMICO. ...3

1.5 DELIMITACIÓN DEL ESTUDIO. ...4

1.6 POBLACIÓN Y MUESTRA ...5

1.6.1 POBLACIÓN: ...5

1.6.2 MUESTRA: ...5

1.7 OBJETIVOS ...6

1.7.1 OBJETIVO GENERAL ...6

1.7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...6

1.8 HIPÓTESIS ...7

1.8.1 HIPÓTESIS GENERAL ...7

1.8.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS ...7

1.9 VARIABLES E INDICADORES. ...7

CAPITULO II MARCO TEÓRICO REFERENCIAL 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. ...8

2.1.1 ANTECEDENTE N° 01. ...8

2.1.2 ANTECEDENTE N° 02. ...9

2.1.3 ANTECEDENTE N° 03. ... 11

2.2 CONCEPTOS BÁSICOS DE SISMOLOGÍA... 12

2.3 CONSIDERACIONES SISMICAS HISTÓRICAS. ... 17

2.3.1 SISMISIDAD EN EL PERÚ... 17

2.3.2 ESTUDIO DEL PELIGRO SÍSMICO DEL LUGAR – JULIACA – PERÚ PRINCIPALES RASGOS TECTÓNICOS... 18

2.3.3 SISMICIDAD HISTORICA (DISTRITO DE JULIACA- DEPARTAMENTO PUNO)... 19

2.4 CONCEPTOS BÁSICOS DE DINÁMICA ESTRUCTURAL. ... 20

2.4.1 GRADOS DE LIBERTAD. ... 20

(7)

2.4.1.2 SISTEMAS DE VARIOS GRADOS DE LIBERTAD. ... 23

2.4.2 ECUACIONES DE MOVIMIENTO... 24

2.4.3 FORMAS DE VIBRAR. ... 26

2.4.3.1 VIBRACIÓN LIBRE SIN AMORTIGUAMIENTO. ... 26

2.4.3.2 VALORES PROPIOS. ... 26

2.4.3.3 PROPIEDADES DINÁMICAS. ... 27

2.4.3.4 MODOS DE VIBRACION. ... 27

2.4.3.5 ALGORITMO DE M1/2._{... 28}

2.5 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN... 29

2.5.1 CONCRETO SIMPLE. ... 30

2.5.1.1 CURVA ESFUERZO-DEFORMACIÓN. ... 30

2.5.2 ACERO DE REFUERZO. ... 31

2.5.2.1 CALIDAD DEL ACERO DE REFUERZO ... 31

2.5.3 MODELOS DE COMPORTAMIENTO PARA EL CONCRETO ARMADO. ... 32

1. MODELOS ESFUERZO-DEFORMACIÓN PARA EL ACERO. ... 32

2. MODELOS ESFUERZO-DEFORMACIÓN PARA EL CONCRETO. ... 34

2.6 DEMANDA DE DESPLAZAMIENTOS – ANÁLISIS NO LINEAL. ... 37

2.6.1 TÉCNICA DEL PUSHOVER. ... 37

2.6.1.1 DISTRIBUCIÓN DE CARGA LATERAL. ... 37

2.6.2 RELACIÓN MOMENTO CURVATURA M - Φ. ... 38

2.6.2.1 DEFINICIÓN DE LOS PRINCIPALES PUNTOS QUE COMPONEN EL DIAGRAMA M-Φ. ... 38

2.6.2.2 PROCEDIMIENTOS PARA MODELOS NO-LINEALES EN RÓTULAS SEGÚN FEMA-356. ... 39

2.6.3 NIVELES DE DESEMPEÑO – ATC 40. ... 43

2.6.3.1 NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL. ... 43

2.6.3.2 NIVELES DE DESEMPEÑO NO ESTRUCTURAL ... 44

2.6.3.3 NIVELES DE DESEMPEÑO DEL EDIFICIO. ... 45

2.6.4 CURVA DE CAPACIDAD. ... 47

2.6.4.1 CONVERSIÓN DE LA CURVA DE CAPACIDAD A UN ESPECTRO DE CAPACIDAD – ATC 40. ... 48

2.6.4.2 REPRESENTACIÓN BILINEAL DEL ESPECTRO DE CAPACIDAD – ATC 40. ... 49

2.6.5 ESPECTRO DE DEMANDA – ATC 40. ... 50

2.6.5.1 NIVELES SÍMICOS... 50

2.6.5.2 DEMANDA SÍSMICA EN LA NORMA PERUANA E-030. ... 51

2.6.5.3 SISMO DE DISEÑO ELÁSTICO DE LA NORMA PERUANA E-030 EN FORMATO ACELERACIÓN ESPECTRAL Vs DESPLAZAMIENTO ESPECTRAL (ADRS). ... 52

(8)

2.6.6 PUNTO DE DESPEMPEÑO. ... 57

2.6.6.1 CÁLCULO DEL PUNTO DE DESEMPEÑO. ... 58

2.6.6.2 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN EN LA RESPUESTA GLOBAL DEL EDIFICIO ... 61

2.7 TECNICAS DE REFORZAMIENTO... 62

2.7.1 REFORZAMIENTO A NIVEL ESTRUCTURA: ... 64

2.7.1.1 MUROS DE CORTE O PLACAS. ... 64

2.7.2 REFORZAMIENTO A NIVEL ELEMENTO: ... 65

2.7.2.1 ENCAMISADO DE CONCRETO ... 65

2.8 MARCO CONCEPTUAL ... 71

CAPITULO III EVALUACIÓN DE LAS EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO DE LA CIUDAD DE JULIACA 3.1. GENERALIDADES DE LAS EDIFICACIONES EN EVALUACIÓN. ... 73

3.2 ESTUDIOS Y ENSAYOS REALIZADOS A LA SITUACION ACTUAL DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DE LAS EDIFICACIONES EN ESTUDIO. ... 77

3.2.1 EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO EN LAS EDIFICACIONES. ... 77

3.2.2 ESTUDIOS DE SUELOS. ... 79

3.3 APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DEL ANÁLISIS POR DESEMPEÑO (ATC-40) PARA EVALUAR LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS EDIFICACIONES. ... 80

3.3.1 EDIFICACIÓN N° 01 - GIMNASIO TOP GYM. ... 80

3.3.2 EDIFICACIÓN N° 02 - GIMNASIO RICKMAY. ... 94

3.4 PROCEDIMIENTO PASO A PASO PARA UBICAR EL DESPLAZAMIENTO LATERAL MÁXIMO Y EL NIVEL DE DESEMPEÑO CON EL PROGRAMA SAP 2000 V18. ... 100

CAPITULO IV ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 4.1 NIVEL DE DESEMPEÑO DE LAS ESTRUCTURAS EN EVALUACIÓN. ... 121

4.1.1 NIVEL DE DESEMPEÑO ESTRUCTURA NO REFORZADA EDIFICACIÓN 01. ... 121

4.1.2 NIVEL DE DESEMPEÑO ESTRUCTURA REFORZADA Y APLICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO – EDIFICACIÓN 01: ... 122

4.1.3 NIVEL DE DESEMPEÑO ESTRUCTURA NO REFORZADA EDIFICACIÓN 02. ... 146

4.1.4 NIVEL DE DESEMPEÑO ESTRUCTURA REFORZADA Y APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE REFORZAMIENTO – EDIFICACIÓN 02: ... 148

4.2 RESPUESTA DE LAS EDIFICACIONES ANTE LOS TRES NIVELES DE PELIGRO SÍSMICO. ... 160

4.3 CONTROL DE DERIVA DE LAS EDIFICACIONES EN EVALUACIÓN. ... 162

(9)

4.5 CONTRASTACIÓN DE LA HIPOTESIS. ... 164

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ... 165

BIBLIOGRAFÍA. ... 168

ANEXOS. ANEXO 1: PANEL FOTOGRAFICO. ANEXO 2: ENSAYOS DE LABORATORIO. ANEXO 3: PLANOS. INDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografia 1 ... 172

Fotografia 2 ... 172

INDICE DE FIGURAS Figura 1. 1: Ley de evolución de costos, ley de sitter. ...4

Figura 1. 2: Edificación N° 01 - Gimnasio top gym. ...5

Figura 1. 3: Edificación N° 02 - Gimnasio Rickmay. ...6

Figura 2. 1: Estructura interna de la tierra. ... 12

Figura 2. 2: Deriva continental. ... 13

Figura 2. 3: Mapa de zonas sísmicas en el mundo. ... 14

Figura 2. 4: Características de un sismo. ... 14

Figura 2. 5: Elementos de un sismo. ... 15

Figura 2. 6: Esquema del proceso de convergencia entre las placas de Nazca (oceánica) y la Sudamericana (continental). ... 18

Figura 2. 7: Grados de libertad estático y dinámico. ... 21

Figura 2. 8: Dirección del grado de libertad. ... 22

Figura 2. 9: Pórtico de cuatro niveles. ... 23

Figura 2. 10: Sistema de trabes infinitamente rígidas. ... 23

Figura 2. 11: Sistema de trabes flexibles. ... 23

Figura 2. 12: Curva esfuerzo – deformación para un espécimen sujeto a carga de corta duración. ... 30

(10)

Figura 2. 14: Modelo elastoplástico. ... 33

Figura 2. 15: Modelo de curva completa. ... 33

Figura 2. 16: Modelo trilineal. ... 34

Figura 2. 17: Modelo de Withney. ... 35

Figura 2. 18: Modelo de Hognestad - concreto no confinado. ... 35

Figura 2. 19: Modelo de Kent y Park para concreto confinado por estribos rectangulares. ... 36

Figura 2. 20: Modelo de Mander para concreto confinado. ... 37

Figura 2. 21: Diagrama M - Φ de una sección de concreto reforzado, y la representación de los puntos más notables. ... 39

Figura 2. 22: Puntos notables en el diagrama Momento - Curvatura. ... 39

Figura 2. 23: Parámetros para hallar relaciones Momento - Curvatura en vigas. ... 40

Figura 2. 24: Procedimiento para hallar relaciones Momento Curvatura en placas. ... 40

Figura 2. 25: Representación de la Curva de Capacidad. ... 47

Figura 2. 26: Conversión de la Curva de Capacidad a un Espectro de capacidad. ... 48

Figura 2. 27: Representación Bilineal del Espectro de Capacidad. ... 50

Figura 2. 28: Espectro de aceleración elástica para un sismo de diseño de la norma peruana E -030. . 51 Figura 2. 29: Espectro de aceleración elástica para un sismo de servicio. ... 52

Figura 2. 30: Espectro de aceleración elástica para un sismo máximo. ... 52

Figura 2. 31: Cálculo de amortiguamiento para la reducción espectral. ... 54

Figura 2. 32: Cálculo de Energía disipada por amortiguamiento ED. ... 54

Figura 2. 33: Punto de intersección del Espectros de Demanda y el Espectro de Capacidad. ... 58

Figura 2. 34: Procedimiento después del paso 2. ... 59

Figura 2. 39: Reforzamiento a nivel estructura. ... 63

Figura 2. 40: Reforzamiento a nivel elemento... 63

Figura 2. 41: Encamisado de una columna hasta el entrepiso. ... 67

Figura 2. 42: Encamisado de una columna hasta la losa. ... 67

Figura 2. 43: Encamisado parcial de columnas. ... 68

Figura 2. 44: Encamisado de columnas. ... 69

Figura 2. 45: Encamisado de vigas. ... 70

Figura 2. 46: Encamisado inferior en viga. ... 71

Figura 2. 47: Encamisado de tres o cuatro caras de la viga. ... 71

Figura 3. 1: Render 3D Gimnasio Top Gym – Edificación 01. ... 74

Figura 3. 2: Render 3D corte, Gimnasio top Gym - Edificación 01. ... 75

Figura 3. 3: Render 3D – Elementos Estructurales, Gimnasio Top Gym - Edificación 01. ... 75

Figura 3. 4: Render 3D – Gimnasio Rickmay - Edificación 02. ... 76

Figura 3. 5: Render 3D – Elementos Estructurales, Gimnasio Rickmay - Edificación 02. ... 77

Figura 3. 6: Elementos estructurales vigas y columnas – Edificación N° 01. ... 80

Figura 3. 7: Espectro de aceleración para un sismo de diseño. ... 83

Figura 3. 8: Curva de Capacidad (Pushover) para el análisis en la dirección "Y". ... 85

Figura 3. 9: Curva de Espectro de Capacidad para el análisis en la dirección principal “Y”. ... 87

(11)

Figura 3. 11: Espectro de Demanda elástico (Formato: Aceleración espectral-Desplazamiento

espectral). ... 88

Figura 3. 12: espectro de capacidad y espectro de demanda transformadas respectivamente. ... 89

Figura 3. 13: Reducción del espectro de demanda para ubicar el punto de desempeño de la edificación Nro. 01-eje Y-Y. ... 89

Figura 3. 14: Ubicación del punto de desempeño para el eje Y-Y para un sismo de Diseño. ... 90

Figura 3. 15: Ubicación del punto de desempeño para el eje Y-Y para un sismo de Servicio. ... 90

Figura 3. 16: Ubicación del punto de desempeño para el eje Y-Y para un sismo máximo. ... 91

Figura 3. 17: Ubicación del punto de desempeño para el eje X-X para un sismo de Diseño. ... 91

Figura 3. 18: Ubicación del punto de desempeño para el eje X-X para un sismo de Servicio. ... 92

Figura 3. 19: Ubicación del punto de desempeño para el eje X-X para un sismo Máximo. ... 92

Figura 3. 20: Formación de rotulas en vigas y columnas eje Y-Y. ... 93

Figura 3. 21: Formación de rotulas en vigas y columnas eje X-X. ... 93

Figura 3. 22: Elementos estructurales vigas, columnas y losa – Edificación N° 02. ... 94

Figura 3. 23: Espectro de aceleración para un sismo de diseño... 95

Figura 3. 24: Espectro de aceleración para un sismo de servicio. ... 95

Figura 3. 25: Espectro de aceleración para un sismo máximo... 95

Figura 3. 26: Curva de Capacidad (Pushover) para el análisis en la dirección "X" - "Y"- Edificación N°02. ... 96

Figura 3. 27: Ubicación del punto de desempeño en la dirección "X" para un sismo de diseño-edificacion N° 02. ... 97

Figura 3. 28: Ubicación del punto de desempeño en la dirección "X" para un sismo de servicio y máximo, edificación N° 02. ... 97

Figura 3. 29: Ubicación del punto de desempeño en la dirección "Y" para un sismo de diseño-edificación N° 02. ... 98

Figura 3. 30: Ubicación del punto de desempeño en la dirección "Y" para un sismo de servicio y máximo, edificación N° 02. ... 98

Figura 3. 31Ubicación del punto de desempeño en la dirección "Y" para un sismo de servicio y máximo, edificación N° 02. ... 98

Figura 3. 32: Formación de rotulas en vigas y columnas eje X-X, edificación N° 02. ... 99

Figura 3. 33: Formación de rotulas en vigas y columnas eje Y-Y, edificación N° 02. ... 99

Figura 3. 34: Definición de grillas. ... 100

Figura 3. 35: Definir materiales. ... 101

Figura 3. 36: Propiedades mecánicas del concreto. ... 101

Figura 3. 37: Propiedades mecánicas del acero. ... 102

Figura 3. 38: Definición de secciones. ... 102

Figura 3. 39: Definición de las dimensiones de las secciones de las columnas... 103

Figura 3. 40: Definición de las dimensiones de las secciones de las vigas. ... 103

Figura 3. 41: Paso para definir los patrones de carga. ... 104

Figura 3. 42: Definición de patrones de carga aplicados a la estructura. ... 104

Figura 3. 43: Aplicación de carga viva y carga muerta. ... 105

Figura 3. 44: Asignación de carga muerta en la azotea y entre piso. ... 106

Figura 3. 45: Asignación de carga viva de entre piso. ... 106

Figura 3. 46: Asignación de carga viva en azotea. ... 107

Figura 3. 47: Asignación de carga de muros en vigas. ... 107

Figura 3. 48: Definición de masas. ... 108

Figura 3. 49: Definición del porcentaje de masas aplicadas... 108

(12)

Figura 3. 51: Distribución de la Carga Lateral Triangular. ... 110

Figura 3. 52: Definición de casos de carga... 111

Figura 3. 53: Carga gravitacional no lineal. ... 111

Figura 3. 54: AENL-PushoverX-X. ... 112

Figura 3. 55: AENL – Nodo de control. ... 113

Figura 3. 56: AENL – Múltiples pasos. ... 114

Figura 3. 57: Asignación de Rotulas Plásticas en vigas. ... 114

Figura 3. 58: Datos de Asignación de Rotulas Plásticas de Columnas. ... 115

Figura 3. 59: Definición del espectro. ... 116

Figura 3. 60: Definición del espectro - Sismo de Diseño, Servicio y máximo. ... 117

Figura 3. 61: Definición de Parámetros del ATC-40. ... 117

Figura 3. 62: Obtención de la curva de capacidad. ... 118

Figura 3. 63: Ubicación del punto de desempeño y desplazamiento máximo de la estructura. ... 119

Figura 3. 64: Formación de rotulas en la estructura. ... 120

Figura 4. 1: Nivel de desempeño en el eje Y-Y de la edificación N° 01 no reforzada; ante un sismo de diseño. ... 121

Figura 4. 2: Nivel de desempeño en el eje Y-Y de la edificación N° 01 no reforzada; ante un sismo de servicio. ... 122

Figura 4. 3: Nivel de desempeño en el eje Y-Y de la edificación N° 01 no reforzada; ante un sismo máximo. ... 122

Figura 4. 4: Ubicación de rotulas plásticas en estructura no reforzada eje B/B – Edificación N°01. .. 123

Figura 4. 5: Dimensiones, área de acero y ubicación de vigas reforzadas con encamisado de concreto – Edificación N° 01. ... 124

Figura 4. 6: Formación de rotulas plásticas en la estructura con vigas reforzadas – Edificación N° 01. ... 124

Figura 4. 7: Formación de rotulas plásticas en la estructura con vigas reforzadas eje B/B –Edificación N° 01. ... 125

Figura 4. 8: Ubicación del punto de desempeño estructura reforzada en vigas– Edificación N° 01. .. 125

Figura 4. 9: Comparación de la curva de capacidad de la situación actual y reforzamiento – Edificación N° 01. ... 126

Figura 4. 10: Ubicación de muros de corte - Edificación N° 01 reforzada. ... 127

Figura 4. 11: Ubicación de muros de corte - estructura reforzada edificación N° 01. ... 128

Figura 4. 12: Iteración de la curva de capacidad para ubicación de muros de corte –Edificación N° 01. ... 128

Figura 4. 13: Formación de rotulas plásticas en estructura reforzada con muros de corte – Edificación N° 01. ... 130

Figura 4. 14: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para sismos de diseño - edificación N° 01. ... 130

Figura 4. 15: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para sismos de servicio - edificación N° 01. ... 131

Figura 4. 16: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para sismos de máximo - edificación N° 01. ... 131

Figura 4. 17: Nivel de desempeño en el eje Y-Y de la edificación N° 02 no reforzada; ante un sismo de diseño. ... 146

(13)

Figura 4. 19: Nivel de desempeño en el eje Y-Y de la edificación N° 02 no reforzada; ante un sismo

de máximo. ... 147

Figura 4. 20: Formación de rotulas plásticas en la estructura no reforzada N°02. ... 147

Figura 4. 21: Comparación de la curva de capacidad de la situación actual y reforzamiento con encamisado de concreto-Edificación N° 02. ... 150

Figura 4. 22: Formación de rotulas plásticas en estructura reforzada con encamisa de concreto en columnas - Edificación N° 02... 150

Figura 4. 23: Ubicación del punto de desempeño en estructura reforzada con encamisado de concreto - Edificación N° 02. ... 151

Figura 4. 24: Ubicación de muros de corte - Edificación N° 02 reforzada. ... 151

Figura 4. 25: Ubicación de muros de corte - estructura reforzada edificación N° 02. ... 152

Figura 4. 26: Iteración de la curva de capacidad para ubicación de muros de corte –Edificación N° 02. ... 152

Figura 4. 27: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para un sismo se diseñó - edificación N° 02. ... 154

Figura 4. 28: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para un sismo servicio - edificación N° 02. ... 155

Figura 4. 29: Punto de desempeño estructura reforzada con muros de corte para un sismo máximo - edificación N° 02. ... 155

Figura 4. 30: Curva de capacidad y puntos de demanda en el eje XX. ... 161

Figura 4. 31: Curva de capacidad y puntos de demanda en el eje YY. ... 161

Figura 4. 32: Deriva para la edificación N° 01 con una deformación máxima 1%. ... 162

Figura 4. 33: Deriva para la edificación N° 2 con una deformación máxima 1%. ... 163

INDICE DE TABLAS Tabla 2. 1: Escala de Mercalli Modificada. ... 16

Tabla 2. 2: Calidad del acero de refuerzo. ... 31

Tabla 2. 3: Parámetros No lineales para Vigas. ... 41

Tabla 2. 4: Parámetros No lineales para Columnas. ... 42

Tabla 2. 5: Niveles de desempeño estructural. ... 44

Tabla 2. 6: Niveles de desempeño no estructural. ... 45

Tabla 2. 7: Combinación de Niveles de Comportamiento Estructural Y No Estructural para formar Niveles de Desempeño del edificio... 46

Tabla 2. 8: Valores de factor de modificación de amortiguación k. ... 56

Tabla 2. 9: Mínimos valores permitidos de SRA Y SRV. ... 57

Tabla 3. 1: Periodo fundamental y Coeficiente de amplificación sísmica. ... 82

Tabla 3. 2: Distribución de Carga Lateral por Niveles-Edificación N°01... 83

Tabla 3. 3: Datos de la relación fuerza cortante en la base vs. Desplazamiento en el tope de la estructura para la curva de capacidad en la dirección “Y”. ... 84

Tabla 3. 4: Metrado de Cargas – Edificación N° 01. ... 85

Tabla 3. 5: Datos de la transformación de coordenadas para obtener el Espectro de Capacidad en la Dirección “Y”. ... 86

Tabla 3. 6: Calculo de los factores de reducción espectral o SRA, SRV. ... 89

(14)

Tabla 4. 1: Especificaciones de reforzamiento a nivel de elemento estructural– Edificación N° 01. .. 123

Tabla 4. 2: (Cortante basal – Desplazamiento) de la situación actual y elementos estructurales reforzados – Edificación N° 01. ... 126

Tabla 4. 3: (Desplazamiento - Cortante basal) - iteración para muros de corte en estructura reforzada – Edificación N° 01. ... 129

Tabla 4. 4: Muros de corte y espesor según diseño – Edificación N° 01. ... 132

Tabla 4. 5: Diseño a flexión - muro MY1 – Edificación N° 01. ... 132

Tabla 4. 6: Esfuerzos máximos para MX1 y MX2-Diseño de muro MY1 - Edificación N° 01. ... 133

Tabla 4. 7: Diseño a corte - muro MY1- Edificación N° 01. ... 133

Tabla 4. 10: Diseño a corte - muro MY2 - Edificación N° 01. ... 135

Tabla 4. 11: Diseño a flexión - muro MX3 – Edificación N° 01. ... 136

Tabla 4. 12: Esfuerzos máximos para MX1 y MX2-Diseño de muro MX3-Edificación N° 01. ... 137

Tabla 4. 13: Diseño a corte - muro MX3-Edificación N° 01... 137

Tabla 4. 16: Diseño a corte - muro MY4-Edificación N° 01... 139

Tabla 4. 18: Esfuerzos máximos para MX1 y MX2-Diseño de muro MX5 - Edificación N° 01. ... 141

Tabla 4. 19: Diseño a corte - muro MX5-Edificación N° 01... 141

Tabla 4. 22: Diseño a corte - muro MX6 - Edificación N° 01. ... 143

Tabla 4. 26: Dimensiones de columnas con reforzamiento de encamisado de concreto en columnas - Edificación N° 02. ... 148

Tabla 4. 27: (Cortante basal – Desplazamiento) de la situación actual y elementos estructurales reforzados –Edificación N° 02. ... 149

Tabla 4. 28: (Desplazamiento - Cortante basal) - Iteración para muros de corte en estructura reforzada - Edificación N° 02. ... 153

Tabla 4. 29: Muros de corte y espesor según diseño – Edificación N° 02. ... 154

Tabla 4. 32: Diseño a corte - muro MX1- Edificación N° 02... 157

Tabla 4. 36: puntos de demanda ante los tres niveles de peligro sísmico de las dos edificaciones reforzadas. ... 160

Tabla 4. 37: Presupuesto por M2 de muros de corte. ... 163

Tabla 4. 38: Presupuesto por M2 de encamisado de columnas. ... 163

(15)

INDICE DE CUADROS

Cuadro 3. 1: Distribución de uso por nivel - 1era Edificación. ... 74

Cuadro 3. 2: Distribución de uso por nivel -2da Edificación. ... 76

Cuadro 3. 3: Resultados de los ensayos de esclerómetro – Gimnasio Top Gym. ... 78

Cuadro 3. 4: Resultados de los ensayos de esclerómetro – Gimnasio Rickmay. ... 78

Cuadro 3. 5: Propiedades Mecánicas de los materiales con los cuales fueron construidos. ... 101

(16)

RESUMEN

El presente trabajo tiene por objetivo la Evaluación de los máximos desplazamientos

laterales que pueden tolerar las edificaciones existentes de la ciudad de Juliaca ante eventos

sísmicos, por ello fue necesario determinar el nivel de desempeño estructural con el método

del análisis estático no - lineal Pushover, proponiendo métodos de reforzamiento que optimicen

el comportamiento estructural de las edificaciones existentes, determinación de la situación

actual de los materiales de construcción y Cotejar el uso actual que le dan los ocupantes a las

edificaciones.

Realizando una verificación ocular junto al replanteo se identificó el acero con el cual fueron

construidos los edificios, en cuanto a la verificación del f´c de los elementos estructurales se

procedió a realizar el ensayo no destructivo del Martillo de rebote o esclerómetro el cual

permitió estimar el f´c aproximada del concreto. Para la evaluación del desempeño se usó la

propuesta del ATC-40 y para estimar la respuesta, el procedimiento de análisis no lineal

Pushover basados en espectros de demanda y capacidad. Las técnicas de reforzamiento

propuestos son a nivel de elemento estructural con encamisados de concreto y a nivel de

estructura con muros de corte.

Como herramienta principal de análisis se usó el método del Espectro de Capacidad, descrito

a detalle en la documentación del ATC-40, con una alternativa de metodología en la búsqueda

del punto de desempeño de la estructura. Se trabaja con el software SAP 2000 v18 realizando

una comprobación manual de las coordenadas del punto de desempeño obtenidos por el

software basado en el método original mostrando valores coherentes.

De los resultados más resaltantes se desprendieron algunas de las siguientes conclusiones.

El punto de desempeño obtenido en ambas edificaciones y direcciones del análisis realizado

muestra que la estructura estaría incursionando en el intervalo de comportamiento inelástico.

(17)

que superan los estándares permisibles en la norma vigente peruana. Por tanto, se concluye que

la estructura necesita mejorar su rigidez en dichas direcciones ya que la albañilería existente no

sería competente para este propósito. En tal sentido, se recomienda llevar a cabo un

reforzamiento a nivel de estructura con muros de corte el cual apunta a reducir el nivel de

posibles daños estructurales a fin de evitar futuras paralizaciones y evitar pérdida de vidas

humanas ante eventos sísmicos.

De acuerdo a la propuesta del ATC-40 y el RNE E-030 los edificios reforzados a nivel de

estructura con muros de corte satisfacen con derivas menores al 7 0_/

00 para un sismo de servicio

y diseño incursionando en un nivel de desempeño operacional, para un sismo máximo la deriva

alcanzada indica que el edificio tendría importantes incursiones inelásticas pero quedaría en un

nivel de desempeño de ocupación inmediata.

PALABRAS CLAVES: Evaluación estructural, Reforzamiento, Nivel de desempeño,

(18)

ABSTRACT

The present work has the objective to the assessment of the maximum lateral displacements

that can tolerate the existing buildings of the city of Juliaca before seismic events, therefore it

was necessary to determine the level of structural performance with the method of the static

analysis no - linear pushover, proposing methods for strengthening that optimize the structural

behavior of existing buildings, determination of the current situation of the construction

materials and compare the current use that give the occupants in the buildings.

Performing a box next to the stakeout eye identified the steel with which they were

constructed buildings, in verifying the f'c of the structural elements you proceeded to carry the

non destructive examination of the Hammer of bounce or esclerómetro which allowed us to

estimate the f'c approximate concrete. For the evaluation of the performance is used the

proposal of the ATC-40 and to estimate the response, the procedure of nonlinear

analysis Pushover based in spectra of demand and capacity. The techniques of strengthening

proposed are at the level of structural element with encamisados of concrete and at the level of

structure with walls of court.

As the primary tool of analysis was used the method of the spectrum capacity, described in

detail in the documentation of the ATC-40, with an alternative methodology in the search of

the point of performance of the structure. It works with the SAP software 2000 v18 performing

a manual check of the coordinates of the point of performance achieved by the software based

on the original method showing consistent values.

The most outstanding results emerged some of the following conclusions.

The point of performance obtained in both buildings and addresses the analysis shows that

the structure would be venturing in the interval of inelastic behavior. The structure as it was

conceived, is very flexible in the addresses of analysis that exceed the permissible standards in

(19)

rigidity in these addresses as the existing masonry would not be competent for this purpose. In

this regard, it is recommended to carry out a strengthening at the level of structure with shear

walls which aims to reduce the level of possible structural damage in order to prevent future

disruptions and prevent loss of human lives to seismic events.

According to the proposal of the ATC-40 and the RNE E-030 buildings reinforced at the

level of structure with shear walls meet with minor drifts to 7 0/00 _{for an earthquake of service}

and design branching out into a level of operational performance, for an earthquake maximum

drift reached indicates that the building would have significant inelastic incursions would be

left in an but level of performance of immediate occupancy.

KEY WORDS: structural assessment, strengthening, level of performance, maximum

(20)

INTRODUCCIÓN

La peligrosidad sísmica en nuestro país es alta lo que indica que en cualquier momento

estamos proclives a sufrir un sismo, el cual puede llegar a dañar e incluso a llevar al colapso a

las edificaciones lo cual llevaría a la perdida de materiales como de vidas humanas, por tal

motivo es importante verificar el comportamiento sísmico de las edificaciones existentes ante

un evento sísmico.

Considerando que el comportamiento sísmico de una edificación está ligada a los

desplazamientos laterales y que las edificaciones en la ciudad de Juliaca en años pasados y en

la actualidad se vienen construyendo de manera informal, sin tener en cuenta que estas

edificaciones deben ser diseñadas y supervisadas por un profesional capacitado. Todo esto lleva

a pensar que estas edificaciones existentes puedan sufrir daños estructurales ante un sismo. Por

lo tanto el presente trabajo tiene por finalidad realizar una evaluación estructural la cual

consistió en realizar ensayos de laboratorio para determinar las propiedades mecánicas de los

materiales con el cual fueron construidas las edificaciones así poder hacer una modelación real,

se realizó un replanteo de las edificaciones a evaluar y verifico el uso que los ocupantes le dan

a las edificaciones evaluadas. Se realizó un análisis no lineal de las edificaciones tomando en

consideración los parámetros de la NTP E-030, con el fin de determinar la capacidad máxima

(21)

Bach. En I.C : FANY MARIBEL, SOLIS PERALTA Pág.

1 CAPITULO I

EL PRO

B

LEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.

El Perú al estar ubicado cerca a la falla de San Andrés, la cual viene a ser la frontera de la

placa sudamericana y la placa de nazca, corre el riesgo de sufrir sismos de gran intensidad lo

que pone la vida de los peruanos en gran peligro, el peligro al cual se enfrentan las personas se

incrementa ante edificaciones construidas de manera informal.

La construcción de edificaciones informales en la Ciudad de Juliaca se incrementa a diario.

En consecuencia, la seguridad de las estructuras queda expuestas ante un desastre. La

construcción de edificaciones sin la supervisión de un profesional capacitado, pone en riesgo la

vida de los ocupantes como también la conservación de la edificación. Pero estos no son las

únicas causas para incrementar la vulnerabilidad de las edificaciones si no también el uso que

le dan los mismos ocupantes.

Los sismos alrededor del mundo han evidenciado la estrecha relación entre los

desplazamientos laterales y el daño estructural y no estructural de las edificaciones. El no tener

(22)

2

construcción y el uso que los ocupantes le dan a este incrementa el riesgo de daño en las

edificaciones y la pérdida de vidas humanas.

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1.2.1. PROBLEMA GENERAL:

¿Cuáles son los máximos desplazamientos laterales que pueden tolerar las edificaciones

existentes de la ciudad de Juliaca ante eventos sísmicos?

1.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS:

a) ¿Cómo influye el uso actual que le dan los ocupantes a las edificaciones en los

desplazamientos laterales ante eventos sísmicos?

b) ¿Cómo influye la situación actual de los materiales de construcción con el cual fueron

construidas las edificaciones existentes en la evaluación estructural?

c) ¿Cuál es el nivel de desempeño estructural de las edificaciones existentes de la ciudad

de Juliaca según el análisis estático no lineal Pushover?

d) ¿Cuáles son los métodos de reforzamiento que optimicen el comportamiento estructural

de las edificaciones existentes?

1.3. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL ESTUDIO.

El alcance del presente trabajo está abocado, únicamente, a evaluar las estructuras tal como

fueron concebidas originalmente, así determinar el nivel de desempeño de la estructura

realizando lo mencionado se podrá verificar cuales son los elementos críticos de las

edificaciones y así plantear las técnicas de reforzamiento.

Para esto se utilizará un método de análisis estructural no-lineal que dé cuenta sobre el

posible mecanismo de falla y el nivel de daño en función al desplazamiento que pudiera tolerar

(23)

3

1.4. JUSTIFICACIÓN.

1.4.1. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA.

El diseño sismo resistente es un diseño gobernado por desplazamientos y deformaciones

internas, pues los daños estructurales están determinados por estos. Las deformaciones de las

estructuras bajo la acción de un sismo debe ser limitado con el fin de no causar inconveniente

en el uso de la estructura para sismos moderados, ni poner en peligro la seguridad pública

cuando se produzcan sismos intensos.

Los sismos han evidenciado relación entre los desplazamientos laterales y daños de la

estructura, esto se da debido a que no cuentan con la supervisión de un profesional capacitado

tanto en diseño, análisis y durante la ejecución. En la NTP E 030 (Art. 3) indica que lo principal

es: evitar pérdida de vidas, asegurar la continuidad de los servicios básicos y minimizar los

daños a la propiedad; se considera que estos tres aspectos importantes que indica la norma no

fueron considerados en estas edificaciones y no se puede dejar a la suerte la vida de las personas

que usan la edificación.

La construcción de edificaciones de manera informal era muy frecuente por no decir común

hace algunos años atrás, hoy en día se sigue dando este tipo de casos, para edificaciones

esenciales y los que están ubicadas en las categorías B y C de la Norma Peruana de

Edificaciones. Por tal motivo se hace la evaluación estructural de las edificaciones para verificar

como responden estas estructuras frente a un evento sísmico.

1.4.1. JUSTIFICACIÓN SOCIAL - ECONÓMICO.

Los gastos de planificación son mayores por la mayor labor del diseñador pero los gastos de

reparación post-sismo son menores debido a un buen desempeño de la estructura.

Se puede observar en el esquema de la Ley de evolución de los Costos (“Ley de los cincos”),

(24)

4

de hasta 125 veces en costo, respecto a tomar medidas correctivas post-ejecución, es decir,

trabajos de reparación, refuerzo y protección de las estructuras con problemas evidentes.

Figura 1. 1: Ley de evolución de costos, ley de sitter. Fuente: (Flores Tantalean, 2010).

1.5 DELIMITACIÓN DEL ESTUDIO.

Según el método estadístico probabilístico se evaluaran 02 edificaciones ubicadas en el Jr.

San Martin de la ciudad de Juliaca.

La evaluación se realiza a la superestructura de la edificación verificando limitadamente la

infraestructura debido a la restricción de los usuarios.

Se tendrá como limitación la verificación del acero en vigas y columnas de pisos inferiores

debido a que no se cuenta con planos de la edificación, tomando como datos referenciales el

acero de los pisos superiores en columnas y otros datos según la información del propietario de

las edificaciones en estudio.

Para el Análisis Sísmico de las viviendas se cumplió con los requisitos establecidos en la

Norma E 030 (Diseño Sismoresistente), así también se utilizó la Norma E 020 (Cargas) para

analizar el uso que se le dé a la edificación y las normas E 060(Concreto Armado); la capacidad

máxima de deformación se determinó realizando un análisis estático no lineal Pushover y la

(25)

5

1.6 POBLACIÓN Y MUESTRA

1.6.1 POBLACIÓN:

La población tomada para esta investigación serán edificaciones de concreto armado

ubicados en el Jr. San Martin de la ciudad de Juliaca.

1.6.2 MUESTRA:

Se procedió a seleccionar las edificaciones en estudio las cuales se consideraron que sean de

concreto armado y tengan un mismo uso. Se seleccionó dos edificaciones denominadas

gimnasio, considerando que ambas acogen a gran cantidad de personas y que fueron construidas

con un fin distinto. Las edificaciones seleccionadas son:

 Edificación N° 01: Gimnasio Top Gym.

 Edificación N° 02: Gimnasio Rickmay.

(26)

6

Figura 1. 3: Edificación N° 02 - Gimnasio Rickmay. Fuente: (propia - fotografía).

1.7 OBJETIVOS

1.7.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar cuáles son los máximos desplazamientos laterales que pueden tolerar las

edificaciones existentes de la ciudad de Juliaca ante eventos sísmicos.

1.7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a). Cotejar el uso actual que le dan los ocupantes a las edificaciones.

b). Determinar la situación actual de los materiales de construcción con el cual fueron

construidas las edificaciones existentes.

c). Determinar el nivel de desempeño estructural de las edificaciones existentes de la ciudad

de Juliaca según el análisis estático no lineal Pushover.

d). Proponer métodos de reforzamiento que optimicen el comportamiento estructural de las

(27)

7

1.8 HIPÓTESIS

1.8.1 HIPÓTESIS GENERAL

Existen máximos desplazamientos laterales en las edificaciones existentes de la ciudad de

Juliaca debido a eventos sísmicos.

1.8.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS.

a). El uso actual que le dan los ocupantes a las edificaciones incrementa la distribución de

cargas.

b). La situación actual de los materiales de construcción con el cual fueron construidas las

edificaciones existentes son deficientes ante eventos sísmicos.

c). El nivel de desempeño estructural de las edificaciones existentes de la ciudad de Juliaca

según el análisis estático no lineal Pushover pondrá en evidencia el daño estructural de las

edificaciones.

d). Los métodos de reforzamiento optimizan el comportamiento estructural de las edificaciones

existentes.

1.9 VARIABLES E INDICADORES.

 VARIABLE INDEPENDIENTE:

Máximos desplazamientos laterales en las edificaciones existentes de la ciudad de Juliaca.

- INDICADORES:

 Materiales de construcción.

 Uso de la edificación.

 VARIABLE DEPENDIENTE:

Eventos sísmicos.

- INDICADORES:

(28)

TESIS: "EVALUACIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS LATERALES QUE PUEDEN TOLERAR LAS EDIFICACIONES EXISTENTES DE LA CIUDAD DE JULIACA ANTE EVENTOS SISMICOS"

Bach. : Fany Maribel, SOLIS PERALTA Pág.

8 CAPITULO II

MARCO TEÓRICO REFERENCIAL

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

2.1.1 ANTECEDENTE N° 01.

Los antecedentes de la investigación se pueden citar a las siguientes tesis y textos:

Andrade Insúa, L.E. (2004). Control de deriva en las normas de diseño sismoresistente

(tesis pregrado). Pontificia universidad Católica del Perú, Lima. Menciona lo siguiente en

su resumen y conclusiones:

 RESUMEN.

 Los terremotos en el mundo han hecho evidente la estrecha relación entre los

desplazamientos laterales y el daño estructural y no estructural de las edificaciones.

Esto ha motivado que tanto los procedimientos de cálculo, como los valores máximos

de la deriva se hayan tenido que revisar en los códigos de diseño sismorresistente de

muchos países.

(29)

9

 A mayor dispersión en la capacidad de un grupo de estructuras de similares

características, menor debe ser el límite de la deriva para garantizar un desempeño

satisfactorio del grupo, ante un determinado nivel de demanda sísmica.

 Las máximas distorsiones angulares de entrepiso permitidas para un grupo de

edificios, deben definirse en función de la confiabilidad con que se espera acotar su

desempeño. Por tanto, cuanto mayor sea el porcentaje de edificios que se desea que

alcancen un desempeño satisfactorio durante un sismo, menor debe ser el límite de

desplazamientos permitido.

 Dada la alta variabilidad existente en las construcciones de nuestro país (sobre todo

en la construcción denominada “informal”), es recomendable un límite de la deriva

relativamente bajo en comparación con los de los códigos de países con mayor nivel

de desarrollo, ya que en esos países existe mayor uniformidad en el aspecto

constructivo.

 En la comparación de los códigos peruanos, encontramos que las exigencias para

estructuras de período corto son mayores con la Norma de 1997 mientras que para

períodos largos la norma vigente es la más rigurosa en el control de los

desplazamientos.

Vizconde Campos, A. (2004). Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de un edificio

existente: clínica san miguel de Piura (tesis pregrado). Universidad de Piura, Piura.

Menciona lo siguiente en su resumen y conclusiones:

 RESUMEN:

 El objetivo primordial del presente trabajo es descubrir, en el edificio de la Clínica

San Miguel, aquellos puntos débiles que fallarían al ocurrir un evento sísmico para

(30)

10

edificio existente el objetivo es determinar cómo éste responderá realmente a unas

fuerzas ya dadas. Se trabaja con las propiedades reales del material, las cargas reales

sin amplificarlas, el modelo lo más exacto posible y se analiza cómo serán realmente

la interacción de elementos estructurales con los no estructurales y viceversa en el

comportamiento sísmico del edificio. Un estudio de vulnerabilidad sísmica tiene

como finalidad descubrir en una edificación existente los puntos débiles que fallarían

al ocurrir un evento sísmico. Esta vulnerabilidad se evalúa para los elementos

estructurales (columnas, vigas, aligerados, placas, etc.), como para los no

estructurales (tabiques, equipos, tuberías, vidrios, etc.).

 Evaluar edificios existentes es un tema que no ha calado del todo en los profesionales

peruanos involucrados en el diseño y se hace énfasis en el cálculo estructural y

construcción de nuevos edificios desatendiendo a aquellos que ya existen, están

operativos y albergan a muchas personas. Esto tal vez se realiza para no mirar atrás

y no crearse “problemas” si existiera alguna irregularidad seria en el edificio tras

dicho estudio.

 CONCLUSIONES:

 Los muros colocados en forma simétrica y regular en todos los pisos, en el edificio

Consultorios A, han absorbido la mayor cantidad de carga lateral por sismo y han

protegido a las columnas de un posible fallo.

 El edificio en su conjunto tiene una buena resistencia al sismo debido a la falla sola

de algunas vigas y muros de albañilería, pero éstos al fisurarse y agrietarse podrían

perder su capacidad de corte y no trabajar dejando las cargas a ser soportadas por los

elementos de los pórticos (columnas y vigas). Por tanto no es seguro para un nivel

(31)

11

 Uno de los principales aportes de este trabajo es que contiene inventariados la

mayoría de los elementos no estructurales ye valuados en su vulnerabilidad sísmica

con el fin de ubicarlos dentro de sus instalaciones y tomar futuras medidas de

intervención.

Luk Malca, C.R. (2011). Influencia de agrietamiento en la respuesta sísmica de

edificios aporticados peruanos. (tesis pregrado). Pontificia universidad Católica del Perú,

Lima. Menciona lo siguiente en su resumen y conclusiones:

 RESUMEN:

 Los sismos alrededor del mundo han evidenciado la estrecha relación entre los

desplazamientos laterales y el daño estructural y no estructural de las edificaciones.

Esto ha generado la revisión de los valores máximos de la deriva y el posible cambio

en los códigos de diseño sismorresistente de muchos países.

 Con los resultados se estudió la influencia del agrietamiento sobre los periodos de

vibración, desplazamientos laterales, la distribución de fuerzas internas y las fuerzas

cortantes basales.

 CONCLUSIONES:

 Las Normas Peruanas de Edificaciones no establecen la manera de cómo incorporar

el agrietamiento en el control de la deriva de las edificaciones de Concreto Armado.

De plantearse la incorporación del agrietamiento en los modelos elásticos para

propósitos de diseño Sismorresistente, deberían revisarse los factores de la Norma

de Diseño Sismorresistente en cuanto a fuerza cortante en la base y en los límites de

deriva permitidos.

 De plantearse la incorporación del agrietamiento en los modelos elásticos para

(32)

12

de Diseño Sismorresistente en cuanto a fuerza cortante en la base y en los límites de

deriva permitidos.

2.2 CONCEPTOS BÁSICOS DE SISMOLOGÍA.

La Sismología es la ciencia que estudia las causas que producen los terremotos, el

mecanismo por el cual se producen y propagan las ondas sísmicas, y la predicción del fenómeno

sísmico.

El conocimiento actual acerca del interior de la Tierra es resultado de numerosos estudios

científicos, en su mayoría basados en la propagación de las ondas sísmicas a través del propio

material terrestre. De esta manera ha sido posible determinar su composición y dividirla en

varias capas concéntricas; del exterior al interior, son:

Núcleo, con un radio de 3470 Km., constituido por núcleo interior y núcleo exterior, formado

por hierro fundido, mezclado con pequeñas cantidades de níquel, sulfuros y silicio.

Manto, con un espesor de 2900 Km, y está dividido en manto inferior, manto superior, y zona

de transición.

Corteza o Litosfera, es la capa exterior de la Tierra, es de elevada rigidez (roca) y anisotropía,

sabemos que es de espesor variable, que en algunos casos puede ser de 60 Km., en los

continentes las formaciones son graníticas, y basálticas en los fondos oceánicos

(33)

13

Los sismos se producen debido al calor interno de la tierra, que provoca el movimiento de las

placas tectónicas en la superficie.

En el año de 1912 se planteó que las doce grandes zonas de la corteza terrestre denominadas

placas tectónicas (secciones rígidas de la litosfera que se mueven como una unidad sobre el

material de la astenósfera la capa más plástica que está debajo) están en continua modificación,

y que los continentes se han formado a partir de uno único llamado Pangaea.

Los movimientos de deriva continental son los que han dado lugar a la formación de los actuales

continentes a partir de la Pangaea (Marcial, 2008).

Figura 2. 2: Deriva continental. Fuente: Internet.

Las principales zonas sísmicas del mundo coinciden con los contornos de las placas

tectónicas y con la posición de los volcanes activos de la Tierra, tal como se puede percibir en

la (fig. 2.3). La franja de sismicidad más importante se encuentra en la periferia del océano

pacifico. Esta abarca Patagonia y Chile en América del sur, Centroamérica, México, Estados

Unidos y Canadá; se extiende más allá de Alaska a través de las Islas Aleutianas, Japón,

Filipinas y Nueva Zelanda en el sur. Esta zona sísmica está caracterizada además, por

(34)

14

Figura 2. 3: Mapa de zonas sísmicas en el mundo. Fuente: Global Seismic Hazard Program.

Los terremotos pueden definirse como movimientos caóticos de la corteza terrestre,

caracterizados por una dependencia en el tiempo de amplitudes y frecuencias. Un terremoto se

produce debido a un choque producido a una cierta profundidad bajo la superficie terrestre en

un determinado punto llamado foco o hipocentro (fig. 2.4). A la proyección del foco sobre la

superficie terrestre se le denomina epicentro. En la (fig. 2.4) se señalan algunas distancias

relacionadas con el fenómeno sísmico, tales como la distancia epicentral D1 o D2, la distancia

focal R y la profundidad focal H.

(35)

15

Al ocurrir un sismo, tres tipos de ondas producen la sacudida que se siente y causa daños, de

ellos solo dos se propagan en todas direcciones en el interior de la tierra por lo que se llaman

ondas internas. La más rápida es la onda primaria u onda “P”.

La principal característica de esta onda es que comprime y expande la roca, en forma

alternada, en la misma dirección que viaja. Estas ondas viajan a través de las rocas solidas como

de líquidos. Las segunda onda llamada secundaria y onda “S” viaja a menor velocidad que la

“P”. Y deforma los materiales, mientras se propaga. Lateralmente respecto a su trayectoria. Por

esta razón este tipo de ondas no se transmite en líquidos ni gases.

Las ondas "S" no afectan al material que se encuentra en su trayectoria, desplazan al mismo

en ángulos rectos a su pendiente. Aunque su velocidad es menor que la de las ondas "P", la

energía que transmiten es mayor y causan mayor daño a las estructuras.

El tercer tipo de ondas sísmicas son las ondas superficiales, que se propagan por la parte

superficial de la corteza terrestre, las ondas superficiales generadas por el terremoto se pueden

clasificar en dos grupos (ondas Love y ondas Rayleigh). Las ondas superficiales viajan más

despacio que las ondas internas y de estas las ondas Love son las más rápidas.

(36)

16

La fuerza de un sismo es un término que generalmente abarca la percepción humana de la

intensidad y magnitud del fenómeno sísmico. Intensidad es la medida cualitativa de la severidad del movimiento sísmico del suelo en un sitio específico. Los valores de la intensidad se derivan

de factores subjetivos tales como la percepción humana, daños en edificios, etc. Escalas como

la Rossi-Forel, MSK y la de Mercalli Modificada (usada con mayor frecuencia) proveen valores

para cuantificar esta característica. La última de estas escalas es una escala cualitativa arbitraria

asociada al poder destructivo del terremoto. Esta escala tiene doce grados (Tabla 2.1) y la

mayoría de los sismos ocurren entre el grado VI y VIII.

Tabla 2. 1: Escala de Mercalli Modificada. Fuente: (Carpio Saldarriaga , 2012).

La magnitud de un sismo es la medida cuantitativa del tamaño del sismo asociada indirectamente a la energía liberada lo cual la hace independiente del lugar de observación. Es

(37)

17

una representación de las aceleraciones registradas en el terreno en función del tiempo) y es en

una escala logarítmica expresada en números ordinales con decimales. En 1935, Charles F.

Richter desarrolló la escala que lleva su nombre y en la cual se determina la magnitud del sismo.

Los sismos de mayor magnitud hasta ahora registrados en el Perú han sido de 8.6 y 8.8 grados

en esta escala.

2.3 CONSIDERACIONES SISMICAS HISTÓRICAS.

2.3.1 SISMISIDAD EN EL PERÚ.

“El Perú está comprendido entre una de las regiones de más alta actividad sísmica que existe

en la tierra, por lo tanto está expuesto a este peligro, que trae consigo la pérdida de vidas

humanas y pérdidas materiales. Es necesario efectuar estudios que permitan conocer el

comportamiento más probable de este fenómeno para poder planificar y mitigar los grandes

efectos que trae consigo. Una forma de conocer el probable comportamiento sísmico de un

lugar es mediante la evaluación del peligro sísmico en términos probabilísticos, es decir

predecir las posibles aceleraciones que podrían ocurrir en un lugar determinado”. (Castillo &

Alva, s.f.).

La actividad sísmica en el país es el resultado de la interacción de las placas tectónicas de

las placas Sudamericana y la placa de Nazca, y de los reajuste que se producen en la corteza

como consecuencias de la interacción y la morfología alcanzada, como también a procesos

secundarios, tal como la acción compresiva del escudo Brasileño contra el cinturón andino.

Silgado (1978) realizó la más importante descripción ordenada de la historia sísmica del

Perú.

Desde el siglo XVI hasta el siglo XIX solo se reportan los sismos sentidos en las ciudades

principales, indicando que dicha actividad sísmica no es totalmente representativa, ya que

pueden haber ocurrido sismos importantes en regiones remotas, que no fueron reportados.

(38)

18

de longitudes de ruptura en un diagrama espacio-tiempo de los grandes sismos históricos del

Perú. Se muestra la existencia de tres zonas diferentes correspondientes a la segmentación de

la placa de Nazca subducida en la placa Sudamericana. La actividad sísmica en el Norte y

Centro del país es compleja debido a la irregularidad de las longitudes de ruptura, la zona Sur

tiene un modelo sísmico simple y regular, ya que ha experimentado cuatro grandes sismos cuyo

tiempo de recurrencia es del orden de un siglo, ésta es una zona de alto riesgo sísmico.

2.3.2 ESTUDIO DEL PELIGRO SÍSMICO DEL LUGAR – JULIACA – PERÚ

PRINCIPALES RASGOS TECTÓNICOS.

La tectónica está relacionada principalmente con el proceso de subducción de la placa

oceánica (placa de nazca) debajo de la continental (placa sudamericana) tal como se muestra en

la (fig. 2.6). La primera de estas placas se desplaza hacia 1 este con una velocidad de

aproximadamente 8cm/año (De Mets et al 1990) y es causante del plegamiento y levantamiento

del borde occidental de Sudamérica dando origen a una superficie topográfica muy accidentada

que alcanza alturas de 7000 metros sobre el nivel del mar. Esta estructura es conocida como

cordillera de los Andes.

Figura 2. 6: Esquema del proceso de convergencia entre las placas de Nazca (oceánica) y la Sudamericana (continental).

(39)

19

F1 y F2 indican la dirección de desplazamiento de las placas según De Mets et (1990). Las

flechas discontinuas indican la presencia y dirección de desplazamiento de la Dorsal de

Carnegie, Fractura de Mendaña y Dorsal de Nazca.

La cordillera de los Andes se ubica paralela al borde occidental de Sudamérica y se extiende,

de Norte a Sur, desde Venezuela hasta la tierra del Fuego en Chile. Esta cordillera comprende

a una franja angosta de corteza fundamental deformada, además de considerar otras estructuras

como montañas, volcanes, anticlinales, sinclinales y mesetas, todas distribuidas a lo largo de la

cordillera de los Andes. Esta cordillera presenta anchuras que oscilan entre 250 Km en la región

central y 500 Km en la frontera Perú-Chile, la Dorsal de Carnegie, la Dorsal de Nazca y la

Fractura de Mendaña.

2.3.3 SISMICIDAD HISTORICA (DISTRITO DE JULIACA- DEPARTAMENTO

PUNO).

La ciudad de Juliaca se encuentra ubicado en la zona 3 de actividad sísmica en el Perú. Como

antecedente se tiene lo ocurrido en 1868, terremoto que destruyó las ciudades de Arequipa,

Moquegua, Tacna, Puno y norte de Chile. El terremoto de 1868, fue sentido desde Ecuador

hasta Chile.

En el altiplano también existen sismos superficiales, pero son menos numerosos y más

dispersos. Por lo general, los terremotos que ocurren en estas regiones tienen magnitudes

moderadas.

- En 1747, sismo en Ayapata – Provincia de Carabaya donde actualmente se observa una

falla geológica considerable.

- El 08 de Octubre de 1831, temblor fuerte en toda la zona sur del Perú.

- 1928 Abril 09, sismo en Ayapata – Provincia de Carabaya, se sintió en otras ciudades

como Juliaca.

(40)

20

- 1932 Diciembre 09, sismo que afecto a la ciudad de Arequipa y se sintió fuertemente en

el pueblo de Santa Lucia que dista 50 Km. de la ciudad de Juliaca.

- 1948 Mayo 11, sismo en el sur se sintió en Puno – Juliaca.

- 1960 Marzo 09, réplica del terremoto del 13 de enero en la ciudad de Arequipa, que se

sintió en la ciudad de Juliaca y Puno.

- 1964 Enero 26, temblor en el sur que afecto la carretera Juliaca – Arequipa.

- 2001 Junio 23, terremoto en el sur del Perú que se sintió en la ciudad de Juliaca.

- 2015 Noviembre 30, temblor en el centro poblado de Salcedo, a tres kilómetros de la

salida sur de puno a las 11:35 Pm. Tuvo una magnitud de 3.5. Fuente IGP.

- 22 Marzo 2016, temblor en el distrito de Juli Departamento de Puno, a seis kilómetros

al oeste a las 11:09. Tuvo una magnitud de 4.6 en la escala de Richter. Fuente IGP.

- 27 Abril 2016, se registró un sismo de 4.3 grados en la escala de Richter. En el distrito

de Santa Rosa (Puno). Fuente IGP.

- 03 Abril 2016, se registró un sismo de 4.6 grados en la escala de Richter. A 32 km al

Norte del distrito de Copazo, Provincia el Collao departamento de Puno. Fuente IGP.

2.4 CONCEPTOS BÁSICOS DE DINÁMICA ESTRUCTURAL.

2.4.1 GRADOS DE LIBERTAD.

Desde el punto de vista dinámico, interesan los grados de libertad en los que se generan

fuerzas generalizadas de inercia significativas; es decir, fuerzas iguales a masa por aceleración

o momento de inercia por aceleración angular. Por ejemplo en la (fig. 2.7), se muestra un marco

que tiene 12 grados de libertad estáticos. Sin embargo, si las fuerzas de inercia importantes son solamente las que generan las masas m1 y m2 al moverse lateralmente y las deformaciones de

los pisos en su plano son despreciables, tenemos un sistema de dos grados de libertad

(41)

21

Figura 2. 7: Grados de libertad estático y dinámico. Fuente: (Bazan & Meli, 1985).

2.4.1.1 SISTEMAS DE UN GRADOS DE LIBERTAD.

En la (fig. 2.8) representa la dirección del grado de libertad de la masa en movimiento. Un

marco tridimensional tiene 6 grados de libertad, pero en el ejemplo se ve la simplificación a un

grado de libertad siendo este el movimiento horizontal en el nivel i.

La rigidez es la fuerza generalizada necesaria para producir un desplazamiento generalizado

unitario fijando el resto de los grados de libertad. La fuerza generalizada comprende fuerzas y

momentos, y estas van asociadas la fuerza con los desplazamientos y los momentos con los

giros (Gomez Chavez, 2007).

Aplicando la segunda ley de newton, la cual menciona que toda masa asociada a una

aceleración constituye una fuerza de inercia la cual se opone al movimiento y procediendo a un