FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“Vulnerabilidad sísmica y reforzamiento estructural del Centro educativo Libertador San Martín, Independecia-2019”
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
Ingeniero Civil
ASESOR:
Dr. Luis Alberto, Vargas Chacaltana (ORCID: 0000-0002-4136-7189)
AUTOR:
Cespedes Basilio, Jordy Ausbert (ORCID: 0000-0002-2140-2741)
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
Diseño Sísmico y Estructural
LIMA – PERÚ
DEDICATORIA
Es dedicado primeramente a Dios, mis padres y familia, quienes me apoyaron en cada una de mis metas.
Al Dr. Vargas Chalcana Luis Alberto, ya que sin su paciencia y guía hubiera terminado esta tesis.
A esos amigos que me apoyaron, sin ellos mi vida sería exactamente la misma, pero igual les agradezco por existir.
Yo, Jordy Ausbert Céspedes Basilio, identificada con DNI Nº 76815426, a efecto de cumplir con las disposiciones vigentes consideradas en el Reglamento de Grados y Títulos de la Universidad César Vallejo, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Civil, declaro bajo juramento que toda la documentación que acompaño es veraz y auténtica.
Así mismo, declaro también bajo juramento que todos los datos e información que se presenta en la presente tesis son auténticos y veraces.
En tal sentido asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad, ocultamiento u omisión tanto de los documentos como de información aportada por lo cual me someto a lo dispuesto en las normas académicas de la Universidad César Vallejo.
Lima, 17 de Diciembre del 2019
Céspedes Basilio Jordy Ausbert
DEDICATORIA ...
... v
vii 2.2. Variables, Operacionalización ... 45
2.3. Población y muestra ... 47
2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos, validez y confiabilidad ... 47
2.5. Método de análisis de datos... 49
2.6. Aspectos éticos ... 49
III. RESULTADOS ... 50
3.1. Breve descripción de la zona de trabajo ... 51
3.2. Evaluación Del Pabellón 1 Del C.E Libertador San Martin – Parámetros Benedetti Petrini ... 53 3.3. Trabajos De Laboratorio ii AGRADECIMIENTO ... iii DECLARATORIA DE AUTENTICIDAD V. CONCLUSIONES ... 72 .. 3.4. Análisis Sísmico del Centro educativo Libertador San Martín ... 74
IV. DISCUSIÓN ... ... 97
... 102
VI. RECOMENDACIONES ... 104
REFERENCIAS ... 106
ÍNDICE PÁGINA DEL JURADO ... iv
ÍNDICE ... vi ÍNDICE DE TABLAS ... ÍNDICE DE FIGURAS ... ix I. INTRODUCCIÓN ... 1 II. MÉTODO ... 43 2.1. Diseño de la investigación... 44 RESUMEN... x ABSTRACT... xi
... 26
Tabla 2: Irregularidades en planta ... 27
Tabla 3: Irregularidades en altura ... 28
Tabla 4: Categoría de la estructura en investigación ... 29
Tabla 5: Parámetros de Benedetti y Petrini... 31
Tabla 6: Rangos para concreto armado según Benedetti y Petrini ... 36
Tabla 7: Ventajas de disipadores de energía de fluido viscoso. ... 38
Tabla 8: Cargas vivas mínimas repartidas. ... 40
Tabla 9: Tabla de operacionalización de variables ... 46
Tabla 10: Validez de Expertos ... 48
Tabla 11: Rangos y magnitud de validez... 48
Tabla 12: Características del Centro Educativo Libertador San Martín – Independencia.51 Tabla 13: Peso unitario del Concreto Armado ... 52
Tabla 14: Cargas repartidas para Centros Educativos ... 52
Tabla 15: Resistencia convencional en columnas del Centro educativo. ... 57
Tabla 16: Clasificación de perfiles de suelos ... 61
Tabla 17: Evaluación del índice de vulnerabilidad Benedetti – Petrini para Pabellón 1 70 Tabla 18: Interpolación lineal para el método ... 71
Tabla 19: Rangos de Índice de Vulnerabilidad Normalizado ... 71
Tabla 20: Factor según zona (Lima-Lima) ... 74
Tabla 21: Clasificación de perfiles de suelos ... 75
Tabla 22: Factor suelo “S” ... 75
Tabla 23: Periodo corto y largo ("TP" y "TL”) ... 75
Tabla 24: Sistemas estructurales y coeficiente de reducción sísmica. ... 77
Tabla 25: Con los datos obtenidos tenemos el siguiente cuadro de resumen: ... 78
Tabla 26: Cuadro de desplazamientos en eje “X” obtenidos por Etabs ... 80
Tabla 27: Cuadro de desplazamientos en eje “X” respecto a Norma E.030 ... 80
Tabla 28: Cuadro de desplazamientos en eje “Y” obtenidos por Etabs ... 81
Tabla 29: Cuadro de desplazamientos en eje “Y” respecto a Norma E.030 ... 81
Tabla 30: Pseudo aceleraciones según Norma E.030 ... 82
Tabla 31: Aceleracion por cada piso aplicando pseudo aceleraciones en ambos ejes ... 83
Tabla 32: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje X ... 85
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 33: Cuadro de aceleraciones en el eje X aplicando disipadores de energía ... 85
Tabla 34: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje Y ... 86
Tabla 35: Cuadro de aceleraciones en el eje Y aplicando disipadores de energía ... 87
Tabla 36: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje X ... 88
Tabla 37: Cuadro de aceleraciones en el eje X aplicando muros de corte ... 89
Tabla 38: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje Y ... 90
Tabla 39: Cuadro de aceleraciones en el eje Y aplicando muros de corte ... 90
Tabla 40: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje X ... 92
Tabla 41: Cuadro de aceleraciones en el eje Y aplicando placas estructurales ... 92
Tabla 42: Cuadro de desplazamientos aplicando la Pseudo aceleración en el eje Y ... 93
Tabla 43: Cuadro de aceleraciones en el eje Y aplicando placas estructurales ... 94
Tabla 44: Cuadro de resumen de desplazamientos máximos en ambos ejes de la estructura ... 95
Tabla 45: Cuadro de resumen de las aceleraciones máximas en ambos ejes de la estructura ... 96
... 18
Figura 2: Centro educativo Libertador San Martin ... 18
Figura 3: Curvas de Resistencia de Concreto Simple. ... 25
Figura 4: Zonas Sísmica. ... 26
Figura 5: Irregularidad en planta ... 33
Figura 6: Relación o configuración de altura ... 34
Figura 7: Placas añadidas en edificación ... 39
Figura 8: C.E Libertador San Martín – Independencia ... 53
Figura 9: Pabellón 1 del C.E Libertador San Martín ... 54
Figura 10: Ubicación del C.E Libertador San Martín - Independencia ... 54
Figura 11: Ubicación del C.E Libertador San Martín – Independencia ... 55
Figura 12: Inspección de los de albañilería del pabellón 1 ... 56
Figura 13: Vista de los elementos estructurales y muros de albañilería del pabellón 1 ... 56
Figura 14: Vista lateral de la edificación (sin presencia de pendiente pronunciada) ... 63
Figura 15: Presencia de sales en la edificación ... 63
Figura 16: Vista de los elementos estructurales ... 64
Figura 17: Irregularidad en planta en el Centro Educativo ... 64
Figura 18: Vista de verticalidad de la estructura, no discontinuidades... 65
Figura 19: Verificación de la antigüedad y la deterioro de los elementos estructurales. ... 66
Figura 20: Vista de la azotea de la estructura ... 67
Figura 21: Deterioro de losa aligerada ... 67
Figura 22: Vista de columneta instalada en el corredor del Centro educativo ... 68
Figura 23: Vista de existencia de rajaduras en la tabiquería ... 68
Figura 24: Deterioro en las columnas (líneas resistentes) ... 69
Figura 25: Alto fisuramiento de la losa aligerada existente ... 69
Figura 26: Fisuras en las columnas del segundo nivel ... 70
Figura 27: Registro de excavación (C-1) ... 72
Figura 28: Hallando contenido de humedad del material ... 73
ÍNDICE DE FIGURAS
RESUMEN
La presente tesis se hizo entre el año 2019, en el centro educativo Libertador San Martin – distrito Independencia-Lima, las teorías que son el comportamiento sísmico, irregularidades geométricas , análisis de vulnerabilidad, implementación de disipadores de energía, muros de corte, placas estructurales. El objetivo fue determinar la influencia del reforzamiento estructural sobre la vulnerabilidad sísmica existente del centro educativo Libertador San Martin, distrito Independencia – Lima – 2019. El método que se aplicó fue científico, teniendo el tipo de investigación aplicada, a su vez el nivel descriptivo - explicativo, el diseño no experimental, siendo así la muestra el centro educativo del distrito de Independencia, el instrumento la ficha técnica, como resultado del análisis sísmico realizado en la estructura se obtuvo derivas de 8.8‰ y 11.5‰, por lo que se dar tres propuestas de reforzamiento para disminuir dichas derivas, mediante disipadores de energía estas llegaron a 4.6‰ y 5.8‰, cuando se colocaron muros de corte llegaron a 1.9‰ y 1.4‰,a su vez con placas se llegó 1.4‰ y 1.0‰, determinando la influencia del reforzamiento sobre la vulnerabilidad existente al mejorar la respuesta sísmica, en conclusión se disminuyó las derivas máximas de cada entrepiso y en paralelo su respuesta máxima, también se pudo apreciar que con cada reforzamiento hay una variación de resultados en la derivas encontradas.
Palabras clave: Reforzamiento, Vulnerabilidad, reducción, derivas,
ABSTRACT
This thesis was made between the year 2019, in the Liberator San Martin educational center - Independence-Lima district, theories that are seismic behavior, geometric irregularities, vulnerability analysis, implementation of energy dissipators, cutting walls, structural plates. The objective was to determine the influence of the structural reinforcement on the existing seismic vulnerability of the Liberator San Martin educational center, Independence district - Lima - 2019. The method that was applied was scientific, having the type of research applied, in turn the descriptive level - Explanatory, the non-experimental design, thus showing the educational center of the district of Independence, the instrument the technical sheet, as a result of the seismic analysis carried out in the structure, drifts of 8.8 ‰ and 11.5 ‰ were obtained, so there are three Reinforcement proposals to reduce these drifts, by means of energy sinks they reached 4.6 ‰ and 5.8 ‰, when cutting walls were placed they reached 1.9 ‰ and 1.4 ‰, in turn with plates, 1.4 ‰ and 1.0 ‰ were reached, determining the influence of the reinforcement on the existing vulnerability to improve the seismic response, in conclusion the maximum drifts and in parallel its maximum response, it was also seen that with each reinforcement there is a variation of results in the drifts found.
No es ajeno hablar de sismos en el Perú, ya que está ubicada en una zona altamente sísmica,
por lo que las estructuras deben construirse siguiendo criterios y norma sismorresistente, teniendo siempre en cuenta que dicha estructura durante su vida útil experimentará un sismo o un terremoto de gran intensidad.
En la actualidad los países sub desarrollados, sufren por haber realizado un mal diseño en sus estructuras, tales como son los centros educativos públicos, estos no están diseñados para resistir cargas sísmicas porqué tienen una mala gestión constructiva y solo cuentan con la inversión mínima del estado en lo que es sector educación. Además de estos factores ya mencionados, no se da el mantenimiento óptimo a las edificaciones, por lo que sufren desperfectos estructurales por realizar un mal uso de la estructura.
Hoy en día el Perú existen alrededor de 30 mil colegios, entre privados y públicos (MINEDU, 2016), los cuales fueron ejecutados en épocas distintas, cada quien con su detalle y material correspondiente. Como consecuencia la gran de mayoría de colegios son vulnerables a eventos sísmicos, ya que fueron construidos en épocas donde no se aplicaban la protección sísmica correspondiente a la norma sismorresistente E030 -2019.
Los centros educativos cobijan a niños y jóvenes que están en la etapa inicial de formar su futuro, por lo que son de suma importancia en países en vía de desarrollo, tal como es el caso del Perú. De este modo es relevante realizar la evaluación de la vulnerabilidad sísmica para este tipo de edificaciones.
En consecuencia, la presente investigación se localiza en la costa-centro del Perú, en la ciudad de Lima, y está enfocada en estudiar la reducción de la vulnerabilidad sísmica implementando reforzamiento estructural en el colegio Libertador San Martin, ya que esta estructura es antigua y además se encuentra en una zona de alta aceleración sísmica.
Figura 1: Centro educativo Libertador San Martin
Figura 2: Centro educativo Libertador San Martin
Antecedentes Nacionales: Según Arana, (2018), en su tesis de grado titulada “Propuesta De
Reforzamiento Estructural Para Devolverle La Funcionabilidad Al Pabellón P-3 De La Institución Educativa Santa Fortunata En El Distrito De Moquegua”, expuesta en la Universidad José Carlos Mariátegui, planteó una alternativa de reforzamiento estructural para darle funcionamiento al pabellón P-3 de dicho centro educativo en estudio, tomando en cuenta el aspecto de desempeño de la estructura. En conclusión, para lograr su objetivo principal desarrolló la propuesta de colocación de muros de corte y el encamisado de columnas, obteniendo derivas menores a 0.007 exigida por la norma peruana sismorresistente.
Belizario, (2017), en su tesis de grado titulada “Reforzamiento Estructural De Una Edificación De Concreto Armado De Dos Pisos Con Fines De Ampliación”, presentada en la Universidad Nacional Del Centro Del Perú, explica la relación que ocurre entre las derivas de entrepiso y periodos del sistema estructural en una edificación de dos pisos con fines de ampliación. Llega a la conclusión que al realizar el análisis dinámico en la estructura se obtuvo la reducción de las derivas máximas de entrepiso según la norma E030 son de ∆𝑚𝑎𝑥=0.007, consecuentemente los métodos de reforzamiento propuestos (placas y muros de ductilidad limitada) logro disminuir las derivas de 11‰ a 6‰.
Calle, (2017), en su tesis de grado titulada "Vulnerabilidad estructural de la I.E. N.º 10024 “Nuestra Señora De Fátima”, presentada en la Universidad Señor de Sipán, analiza la vulnerabilidad estructural del centro educativo ante un sismo severo, desarrollando una evaluación estructural a los diferentes sectores de la institución con la ayuda de un EMS, además determina la resistencia a la compresión de los elementos de concreto, llegando a
la conclusión que las edificaciones que comprenden la I.E. Nº 10024 “Nuestra Señora de
Fátima”, se encuentran en un terreno con un suelo compuesto de arcilla con arena de una capacidad portante promedio de 0.54 kg/cm2 adecuada para locales de educación básica regular niveles de inicial, primaria, secundaria y básica especial según el MINEDU.
Cornejo, (2015), en su tesis de grado titulada “Evaluación Y Reforzamiento Estructural Del Edificio Ex Hotel Presidente”, presentada en la Universidad Católica Santa María, se expuso la evaluación estructural actual del Ex Hotel Presidente de Arequipa para verificar la realización de una posible intervención y así lograr obtener una combinación adecuada de capacidades que generen un buen desempeño en la estructura. Llegó a la conclusión que la edificación en estudio no tiene un inminente riesgo de colapso, así lo determinó con la ayuda de su evaluación estructural realizado e instalando los refuerzos (Muros de corte, placas estructurales) logro disminuir las derivas existentes a ∆𝑚𝑎𝑥=0.006 y a ∆𝑚𝑎𝑥=0.004 respectivamente.
Marín, (2016), en su tesis de grado titulada “Determinación De La Vulnerabilidad Sísmica De Los Pabellones 1 Y 2 De La I.E. Estatal Ramón Castilla Y Marquesado Del Distrito De Jaén- Cajamarca”, expuesta en la Universidad Nacional de Cajamarca, se propuso como objetivo evaluar de la vulnerabilidad sísmica en los pabellones respectivos, con la finalidad de proponer alternativas que mejoren su comportamiento estructural, disminuyendo los daños ante la posibilidad de un sismo de gran magnitud. En conclusión, se determinó con
ayuda del método de Benedetti y Petrini que los pabellones 1 y 2, tienen una vulnerabilidad sísmica alta y media respectivamente, por tener un mal desempeño ante eventos sísmicos, inestabilidad en la tabiquería y su mala conservación; por lo tanto propuso un mejoramiento estructural con disipadores de energía logrando disminuir la vulnerabilidad en 50 % en cada pabellón.
Antecedentes Internacionales: Según Cabezas, (2016) “Evaluación de la vulnerabilidad
sísmica del edificio de la facultad de comunicación social, De La Universidad Central Del Ecuador, utilizando la Norma Ecuatoriana De La Construcción (Nec-Se-Re, 2015)”, expuesta en la Universidad Central Del Ecuador, analiza la vulnerabilidad sísmica en el edificio de la Facultad de Comunicación Social mediante la Norma Ecuatoriana de la construcción, con el fin de lograr establecer el nivel de vulnerabilidad de la edificación, ante un evento sísmico. Realizando una evaluación estructural del edificio en estudio, sé
concluyó que la edificación no cumple con la NEC, por lo que los resultados salieron
negativos en caso de desplazamientos, por lo que es vulnerable ante la presencia de un sismo de gran magnitud.
Jácome, (2016) “Determinación de las técnicas de reforzamiento para mejorar el desempeño estructural de un edificio mixto”, expuesta en la Universidad Técnica de Ambato, sostuvo como objetivo principal determinar las técnicas de reforzamiento para mejorar el desempeño estructural de un edificio de construcción mixta, analizando la estructura y determinando las condiciones del edificio. Al final de la investigación logró la conclusión de que El reforzamiento de las estructuras nos ayuda a refaccionar y rehabilitar a éstas, logrando un desempeño adecuado para las solicitaciones requeridas. Para ello se pueden utilizar varias alternativas de reforzamiento, para obtener un resultado óptimo y económico para cumplir los parámetros establecidos por la NEC.
Proaño, (2015) “Análisis y diseño sísmico de un edificio en acero con aisladores sísmicos, modelamiento en el ETABS", expuesta en la Universidad Central del Ecuador, presentó como objetivo principal el análisis comparativo sobre el desempeño de un edificio de estructura metálica con aislamiento sísmico contra una estructura metálica tradicional, con la ayuda del software de ingeniería ETABS 9.7.4. En conclusión se obtuvo que el programa es de gran ayuda en el ámbito de desplazamientos y/o deformaciones existentes en las estructuras.
Salazar y Vásquez, ( 2016) ¨Evaluación estructural de los bloques de aulas y del coliseo de la Unidad Educativa Daniel Reyes, ubicado En San Antonio De Ibarra¨, expuesta en la Universidad Central del Ecuador, desarrolló como objetivo principal evaluar el desempeño de las aulas constituidas por talleres y oficinas administrativas así como del Coliseo de la Unidad Educativa Daniel Reyes, analizando el comportamiento de la estructura ante la presencia de un sismo y las cargas de diseño mediante programas. Al final de la investigación Al final de la investigación llegó a la conclusión que al haber realizado diversas evaluaciones a detalle y considerando todos los parámetros que la norma indica para una evaluación estructural, especialmente en el cumplimiento del concepto de Riesgo Sísmico que contempla la unión de Peligro Sísmico, Nivel de exposición y Vulnerabilidad Sísmica. La estructura del Vicerrectorado y Coliseo requieren un reforzamiento, debido a que presentan debilidad ante fuerzas horizontales.
Sánchez, (2015) “Diseño sísmico basado en desempeño para una edificación esencial de concreto reforzado”, expuesta en la Universidad Tecnológica de Monterrey, analiza el desempeño de una edificación categoría A “esencial”, usando criterios sísmicos para lograr alcanzar su objetivo. Llegando a la conclusión que se debe realizar una comparación con la metodología de diseño convencional versus el desempeño realizado modelaciones a través del programa SAP 2000 V.14, para poder lograr obtener los parámetros establecidos por la norma.
Artículos Científicos: Según Asteris PG,(2017,vol 62-63), en su artículo de investigación
titulado Seismic vulnerability assessment of historical masonry structural systems, publicada en Engineering Structures , nos da entender que las estructuras de mampostería son sistemas complejos por lo que deben tener un detallado comportamiento sísmico. Por lo que su objetivo es dar una metodología para el diseño o evaluación de sistemas estructurales de mampostería resistente a terremotos. Como conclusión llega a determinar que los estudios de reducción de vulnerabilidad son de gran ayuda porque podemos comparar resultados obtenidos.
Augusti, Giulian (2016,pag 253-274) en su artículo de investigación titulada Seismic vulnerability of monumental buildings , publicado en Structural Safety, el cual nos da entender que los edificios monumentales son aquellas edificaciones únicas que no pueden reducir a ningún esquema estructural estándar. Por lo que resulta muy complicado verificar su confiabilidad sísmica, además de todas las incertidumbres o fallas que ocurren en toda
edificación (especialmente en las antiguas). Además el artículo expresa que es complicado obtener estadística de comportamientos ya que dichas edificaciones no son muy comunes. Finalmente este artículo describe la relación entre el colapso de los macroelementos y el edificio completo, la probabilidad de colapso y daño de cada macroelemento y de todo el edificio.
Casolo, Siro (2015, pág. 465-490) en su artículo de investigación titulada Comparative seismic vulnerability analysis on ten masonry towers in the coastal Po Valley in Italy, publicado en Engineering Structures, nos expresa que realiza un estudio de diez torres de mampostería ubicadas en el valle costero de Po (Italia ), llegando a analizar excitaciones sísmicas. Por otro lado, exhiben que las torres tienen diferente geometría por lo que pueden ser responsables en los resultados de la evaluación estructural. Finalmente tiene como objetivo estudiar la geometría en el comportamiento sísmico de las torres, asumiendo las propiedades mecánicas individuales para su respectivo estudio. Por lo que propone realizar análisis dinámicos no lineales completos.
Garcia Nieto P.J. (2015, vol 216) en su artículo de investigación titulado Nonlinear explicit analysis and study of the behaviour of a new ring-type brake energy dissipator by FEM and experimental comparison, publicado en Applied Mathematics and Computation, nos da entender que este trabajo tiene como objetivo evaluar detalladamente el rendimiento de un nuevo disipador de energía de freno mediante el método de elementos finitos (FEM) y la comparación experimental. Además propone el uso de este disipador para que sea un componente del sistema en barreras y cercas de desprendimientos de rocas, estos elementos funcionan como anillos de freno. Estos anillos los anillos de los frenos se contraen y, por lo tanto, disipan la energía residual de la red del anillo, sin dañar los cables. Con el fin de encontrar el mejor rendimiento de los frenos, FEM adoptó y simuló numéricamente diferentes coeficientes de fricción dinámica correspondientes a las presiones de los manguitos de compresión, y luego los comparamos con los resultados de pruebas experimentales a gran escala. Finalmente, se dan las conclusiones más importantes de este estudio.
Preciado Adolfo,(2015,pag 72-87) en su artículo de investigación titulada Seismic vulnerability and failure modes simulation of ancient masonry towers by validated virtual finite element models, publicado en Engineering Failure Analysis, tiene como objetivo dar protección sísmica de las antiguas torres de mampostería ya que es de gran preocupación de
la comunidad científica. Se presenta una metodología no experimental para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de todos los tipos de torres y estructuras de mampostería no reforzadas delgadas (por ejemplo, casas de luz y minaretes). El enfoque está desarrollado por cuatro modelos 3D FEM validados representativos de torres europeas, estas simulaciones se desarrollan a través de intensos análisis de empuje estático no lineal. Al final tuvo la conclusión de que las torres más flexibles están cerca de presentar aplastamiento de los dedos en ambos planos. Los mecanismos de falla se validan con observaciones reportadas después de un terremoto en torres con daños reales.
S.T.Karapetrou,(2015, pág. 42-57) en su artículo de investigación titulado Seismic vulnerability assessment of high-rise non-ductile RC buildings considering soil–structure interaction effects, publicado en Soil Dynamics and Earthquake Engineering, tiene como objetivo de la presente investigación es estudiar si la interacción de la estructura del suelo (SSI) y los efectos del sitio pueden afectar el rendimiento sísmico y la vulnerabilidad de los edificios con armazón resistente a los momentos de concreto reforzado (MRF) y, en consecuencia, modificar las curvas de fragilidad. Este sistema realiza el modelamiento aplicando el comportamiento lineal o estático no lineal del suelo. Se usa la metodología no experimental, ya que se adopta un RC MRF de 9 pisos diseñado con bajas disposiciones de código sísmico como estructura de referencia. Se realiza un análisis dinámico comparativo que destaca diversas tendencias en la respuesta sísmica de los sistemas SSI y de base fija considerados. Llegando a la conclusión el importante papel de la SSI y los efectos del sitio en el comportamiento lineal o no lineal del suelo en la alteración del rendimiento estructural esperado y la fragilidad de las estructuras de base fija de gran altura.
Vulnerabilidad sísmica: Se tiene conocimiento que vulnerabilidad sísmica es la cantidad
de daño que puede recibir una edificación frente a un sismo. Por lo general se pueden cuantificar mediante métodos observacionales o software de ingeniería, con esta ayuda podemos analizar los posibles riesgos sísmicos a sufrir. El nivel o grado de daño se clasifica en daño estructural y daño no estructural.
Según Abanto, 2015 nos da entender que el daño estructural corresponde al comportamiento de los elementos estructurales del sistema resistente ya sean columnas, vigas, etc., y que puede ser medido a través de indicadores de daño local, es decir que este indicador de daño se realizara en cada elemento para que finalmente realizar un indicador global de la estructura y así poder determinar el daño general de la estructura.
Mientras tanto el daño no estructural se evalúa en función a las aceleraciones, es decir a las deformaciones que sufriría la estructura.
Comportamiento sísmico: Es determinar qué tan vulnerable o cuánto daño recibirá los
elementos estructurales en la edificación, según la variación de fuerzas sísmicas trasmitidas en estas. Los elementos estructurales están confinados para sostener cargas vivas y muertas, para así trasmitir cargas a la cimentación del edificio. Los elementos estructurales más comunes en los edificios son cimentaciones, columnas, vigas, placas de concreto armado, etc.
Según (Suarez Díaz, 2014) dice: Los movimientos actuantes en el terreno y en general los movimientos horizontales son la principal causa del daño durante un sismo. Por lo que estos deben ser capaces de resistir la aceleración máxima horizontal. Este tipo de aceleración está expresada a un porcentaje de la aceleración de la gravedad (g).
Por otro lado, el diseño y el reglamento juegan un rol de suma importancia ya que ayudan a evitar los daños relacionados a un movimiento sísmico.
Suelo: Nos referimos a suelo todo depósito de partículas minerales y orgánicas disgregadas asociadas entre sí, pertenecientes al manto rocoso de la litosfera. Generalmente está formado por diferentes tipos de suelos, arena, limo y arcilla. Por lo que puede ser clasificado en diferentes formas, es decir puede tener diferente resultado en las estructuras.
Resistencia
Esfuerzo – Deformación para el concreto: Es necesario tener la resistencia del concreto y
también ensayos previos a la vez, para así poder definir el comportamiento de este esfuerzo de compresión que ejercerá el concreto con respecto a la deformación. Así como nos dice (Paredes Azaña, 2016, pág. 18): “Para poder interpretar la curva esfuerzo-deformación del concreto en primer lugar tenemos que tener en cuenta los ensayos de compresión y tracción” Sin embargo, hay varios métodos para obtener la resistencia del concreto como nos comenta (Paredes Azaña, 2016):
En lo general para poder hallar la resistencia a la compresión en edificaciones ya construidas, se usa el método de corazón de diamantina con el cual hallamos de forma muy precisa la resistencia al a compresión, además también existe otro método mucho más práctico que es la esclerometría que es a través de golpes con esclerómetro.
Figura 3: Curvas de Resistencia de Concreto Simple.
Como se puede visualizar en la imagen anterior, las curvas varían y tienen aproximadamente de un tercio al medio de f’c. Y se puede observar que estas tienen la forma de una parábola invertida cuyo vértice corresponde al esfuerzo máximo en compresión.
Esfuerzo – Deformación para el Acero: El acero cumple una función de suma importancia
para la estructura, ya que este ayuda a dar un reforzamiento al concreto. (Paredes Azaña, 2016, pág. 19)
Para la deformación en acero se puede observar en sus graficas que todos los esfuerzos, la curva tiende a cambiar a una forma horizontal cuando logra obtener la resistencia a la tensión, posteriormente empieza a realizar un descenso hasta que llegue al estado de rotura. En la siguiente figura se puede observar cómo esta efectuado la fluencia del acero:
Deformación: El desplazamiento es un sinónimo de deformación para la curva de
capacidad. (Paredes Azaña, 2016, pág. 17) Dice: “Por lo general la respuesta inelástica en estructuras de concreto armado influenciados por movimientos sísmicos tiende a tener una reducción en el caso de rigidez y alteraciones significativas en los elementos involucrados, ya que estos no cumplen diseño o proceso constructivo.”.
Por ello es que se toma considerablemente el desplazamiento de la estructura, ya que esta ayuda a medir el desempeño o capacidad que tendrá esta en rango no lineal.
Zonificación sísmica: Según la norma E030 nos da entender que para un diseño
sismoresistente se debe considerar que existen 4 zonas sísmicas como se muestra en la figura N°5. A demás propone para cada quien un factor zona diferente, estos datos son de vital importancia en modelamientos y cálculos.
Figura 4: Zonas Sísmica.
Irregularidades geométricas: Dejando atrás las posibles fallas estructurales a causa de
diseño o proceso constructivos, la configuración estructural es de suma importancia en la estructura. Por lo general esta configuración está dividida en regular e irregular.
Siendo el estado irregular el causante de más daño a la edificación, ya que es la forma común de equivocación cuando hablamos de deformaciones en planta o verticales.
Irregularidad en planta: También conocidas como irregularidades horizontales se refieren
a las asimetrías en planta, estos pueden ser en F, L, T, U o también puede suceder cuando existen discontinuidades en los elementos de resistencia horizontal.
ZONA Z
4 0.45
3 0.35
2 0.25
1 0.10
Fuente: Reproducida De (E030, 2018
)
Tabla 1: Zonas SísmicaSegún (E030, 2018) existen: Tabla 2: Irregularidades en planta
Irregularidades Estructurales en Planta Factor De Irregularidad
Irregularidad Torsional
Se debe considerar que existe irregularidad torsional cuando el máximo desplazamiento relativo del piso (deriva),
calculado incluyendo la torsión accidental, en un extremo de la estructura transversal a un eje es más de 1.2 veces el promedio de los desplazamientos relativos del piso de los extremos de la estructura.
0.75
Esquinas Entrantes
La estructura se califica como irregular cuando tiene esquina entrantes cuyas dimensiones es ambas direcciones son mayores que 20% de la correspondiente dimensión total en planta.
0.9
Discontinuidad de Diafragma
Se considera irregular, cuando los diafragmas con discontinuidades abruptas o variaciones de rigidez,
incluyendo las causadas por áreas recortadas o abiertas del 50% del área bruta o cambios de rigidez mayores al 50% de un piso siguiente.
Sistemas no Paralelos
Se considera irregular, cuando los elementos verticales resistentes a las cargas laterales no son paralelas ni simétricas con respecto a los ejes ortogonales principales del sistema que resistente a las fuerzas laterales.
0.9
Fuente: Norma E030-2018
Irregularidad en altura: Cuando se habla de irregularidad en altura se puede mencionar
que son aquellos cambios notables en resistencia, rigidez, geometría y masa de una edificación, por lo que podemos decir que estos cambios producen por una mala distribución de fuerzas y derivas a lo largo de la altura de una edificación.
Según (E030, 2018) existen: Tabla 3: Irregularidades en altura
Irregularidades en Altura Factor de
Irregularidad Irregularidad de Rigidez – Piso Blando
Un piso blando es aquel cuya rigidez lateral es menor al 70% de la rigidez del piso superior o menor a 80% de la rigidez promedio de los 3 pisos superiores al piso blando, en este caso se considera irregular.
0.75
Irregularidad de Peso o Masa
Debe considerarse que existe irregularidad de masa cuando la masa efectiva de cualquier piso es mayor del 150% de masa efectiva de uno de los pisos continuos. No es necesario considerar un techo que sea más liviano que el piso interior.
Irregularidad Geométrica Vertical
Se considera que existe irregularidad vertical geométrica cuando la dimensión horizontal del sistema de resistencia a las fuerzas laterales en cualquier piso es mayor del 130% de la de un piso colindante. No es necesario considerar los pisos de azotea de un solo nivel.
0.9
Discontinuidad en los Sistemas Resistentes
Se califica a la estructura como irregular cuando en cualquier elemento que resista es de 10% de la fuerza cortante se tiene un des alineamiento vertical, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento del eje de magnitud mayor que 25% de la fuerza cortante total.
0.8
Discontinuidad Extrema de los Sistemas Resistentes
Existe discontinuidad extrema cuando la fuerza cortante que resisten los elementos discontinuos según se describen en el ítem anterior, supere el 25% de la fuerza cortante total.
0.6
Fuente: Reproducido de (E030, 2018)
Categoría de la edificación: Cada estructura tiene su tipo de uso, siendo así importante para
un diseño óptimo, sabiendo de ello aquí se plasma una tabla según norma técnica. Tabla 4: Categoría de la estructura en investigación
CATEGORÍA DE EDIFICACIONES
A. Edificaciones
esenciales
Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después que ocurra un sismo, como hospitales, centrales de comunicación, cuarteles de bomberos y policía, subestaciones eléctricas reservorios de agua. Centros educativos y edificaciones
cuyo colapso puede representar un riesgo adicional, como grandes homos, depósitos de materiales inflamables o tóxicos.
Fuente: Reproducido de (E030, 2018)
Análisis de Vulnerabilidad: Cuando hablamos de análisis de vulnerabilidad podemos
realizar diferente metodología de estudio para su hallazgo, este se puede dividir en dos tipos:
Métodos Cualitativos: Los métodos cualitativos están diseñados para realizar una
evaluación de manera rápida y sencilla de un conjunto de edificaciones, y así determinar las que tienen mayor vulnerabilidad.
Estos métodos se aplican principalmente cuando existe un numero masivo de edificios al cual estudiar con el fin de cuantificar riesgos sísmicos (Calle Nizama, 2017).
Métodos Cuantitativos: Para una evaluación post-sísmica de edificaciones esenciales, es
necesario efectuar un análisis a detalle; para lo que se puede optar el uso de los métodos cuantitativos. Asimismo, dichos métodos ayudan a profundizar y resaltar los resultados rescatados por los métodos cualitativos, ya que dan mayor alcance a los daños sufridos por un evento sísmico.
Para realizar estos métodos es necesario tener a disposición lo siguiente: características de los elementos en la estructura, tipo de suelo donde se encuentra la cimentación de la estructura y planos estructurales entre otros datos.
Por lo general se cuantifica a través de modelos matemáticos para estructuras (programas), estos siempre tienen consideración la relación de la estructura con los elementos estructurales, no estructurales, cargas vivas y muertas que someten a la estructura, además de analizar los diferentes sismos que se pueden presentar (Calle Nizama, 2017).
Método de índice de vulnerabilidad (Benedetti y Pietrini-1982): Es un método italiano desarrollado con el fin de efectuar estudios post-terremotos. Como resultado de esta investigación se obtiene una gran numero de información sobre los daños en las edificaciones, por lo que demuestra que es un método de gran efecto porque se logra obtener buenos resultados. Este método califica las edificaciones apoyándose con
cálculos, con ayuda de la identificación de los parámetros establecidos para así lograr obtener el grado de exposición de daño de la estructura en estudio. La calificación de los edificios se realiza a través del coeficiente denominado índice de vulnerabilidad.
Tabla 5: Parámetros de Benedetti y Petrini
I Parámetros Ki A Ki B Ki C Wi
1 Organización del Sistema Resistente 0 1 2 4
2 Calidad del Sistema Resistente 0 1 2 1
3 Resistente Convencional -1 0 1 1
4 Posición del Edificio y Cimentación 0 1 2 1
5 Diafragma Horizontal 0 1 2 1
6 Configuración en Planta 0 1 2 1
7 Configuración en Elevación 0 1 3 2
8 Distancia Máxima Entre Columnas 0 1 2 1
9 Tipo de Cubierta 0 1 2 1
10 Elementos No Estructurales 0 1 2 1
11 Estado de Conservación 0 1 2 1
Fuente: Benedetti y Petrini, 1984.
Descripción de los parámetros del método del índice de vulnerabilidad: Para la siguiente
investigación tendremos que definir parámetros de medición para poder realizar el método observacional Benedetti y Petrini. A su vez tendremos que definir clases denominadas entre A, B y C para poder representar la condición de calidad de la estructura.
Para determinar las definiciones de las clases A, B y C se tendrá que tener en cuenta el R.N.E., ya que este reglamento nos determina los criterios para diseño y construcción de edificaciones.
Tipo y Organización del Sistema Resistente: Para la construcción de edificaciones de
concreto armado el uso y aplicación de la norma sismo resistente es de vital importancia, por lo que para este parámetro evaluaremos las características del sistema resistente.
Por lo mencionado anteriormente, el parámetro 1, calificara de la siguiente forma: A: Estructura construida en el año mayor al 2003 y con asesoría profesional.
B: Estructura construida en el año menor al 2003 y con asesoría profesional. C: Sin asesoría.
Calidad del Sistema Resistente: En la edificación de concreto armado se analiza la calidad
del sistema resistente, añadiendo además de las características los factores de la calidad en ejecución y la mano de obra.
A: Estructura construida en el año mayor al 2003 con buenos materiales y un adecuado proceso constructivo.
B: Estructura construida en el año menor al 2003 con buenos materiales y un adecuado proceso constructivo.
C: Malos materiales y un mal proceso constructivo.
Resistencia Convencional: Para este parámetro tendremos consideración en hallar el
coeficiente ‘’αh’’, ya que para edificaciones de concreto armado este coeficiente tiene representación a la relación de la fuerza resistente y la fuerza de diseño. Se puede hallar mediante:
Resistencia convencional en columnas: ∅𝑉𝑐 = 0.85 𝑥 0.53 𝑥 √𝑓′𝑐 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑 Cortante basal: 𝑉 =𝑍𝑈𝐶𝑆
𝑅 𝑥 𝑃
Cortante resistente: ∅𝑉𝐶 𝑥 ℎ 𝑥 𝛾
Posición del edificio y cimentación En este parámetro trataremos lo más posible de
observar la influencia del terreno y la cimentación en el comportamiento sísmico en la edificación. Por lo que se tiene q tener criterios tales como son: la consistencia y pendiente del terreno, la posible ubicación de la cimentación a diferente cota, etc.
A: Estructura con cimentación sobre suelo flexible según la norma sísmica peruana. A: 𝛼ℎ ≥ 1.2
B: 0.60≤ 𝛼ℎ < 1.2 C: 𝛼ℎ < 0.6
B: Estructura con cimentación sobre suelo flexible según la norma sísmica peruana, con presencia de humedad.
C: Estructura cimentada sin asesoría, además con presencia de sales y humedad.
Diafragma horizontal: La calidad de los diafragmas en edificaciones es de vital relevancia
para obtener una buena funcionabilidad de los elementos resistentes verticales. Por lo que el diafragma actuará correctamente, con esto permitiría que su comportamiento sea óptimo, y fuerzas se distribuyan equitativamente mediante los elementos de cada nivel.
A: Estructura con diafragmas que cumplen los siguientes factores: Sin presencia de planos a desnivel.
La deformación de la estructura es mínima. (Óptimo para concreto armado). Existe enlace entre diafragma y sistema resistente.
B: Estructura que no cumple con el factor A
C: Estructuras con diafragma que no cumple con el factor A y B.
Edificio cuyos diafragmas no cumplen con dos de las condiciones de la clase A.
Configuración en planta: La configuración estructural en planta en las edificaciones es
influyente en su respuesta ante un evento sísmico. En la siguiente imagen se muestra las irregularidades más típicas en planta.
Configuración en elevación: Para edificaciones, la variación de masa entre dos pisos
sucesivos es de mucha importancia, y se determinara mediante ±∆𝑀𝑀 usando (+) si se aumenta i (-) si disminuye la masa del edificio.
Para este parámetro usaremos la relación de valores de altura mínima (H-T) y máxima de la edificación (H), haciendo la relación entre estos dos valores podremos hallar el valor RL.
Figura 6: Relación o configuración de altura
Ecuación para hallar la relación de altura
Los parámetros se medirán con: A: SI RL ˃ 0.66
B: Si 0.33 < RL ≤ 0.66
C: Si RL ≤ 0.33 Presenta irregularidades en el sistema resistente vertical.
Distancia máxima entre muros o columnas: En este parámetro, tendremos que determinar
la distancia máxima entre columnas, teniendo en cuenta la presencia de asesoría profesional y el año de su construcción.
A: Estructura construida en el año mayor al 2003 y con asesoría profesional. B: Estructura construida en el año menor al 2003 y con asesoría profesional. C: Sin asesoría.
Tipo de cubierta: Para la calificación de este parámetro, los edificios tienen en cuenta la
resistencia de la cubierta para actuar ante fuerzas de terreno.
A: Los elementos resistentes estén correctamente conectados (vigas, columnas, losas, etc.). Estructura con cubierta plana
B: Cubierta con mal mantenimiento y construida con material liviano. C: Cubierta en pésimas condiciones y con desnivel pronunciada.
Elementos no estructurales: En este parámetro se tendrá en cuenta los elementos no
estructurales tales como son parapetos o cualquier otro elemento que pueda efectuar daño. Este es un parámetro menor, pero en fines de vulnerabilidad es importante su ayuda. Este parámetro se medirá con los siguientes fundamentos:
A: Que cumplan con la clase A y B de mampostería Mampostería
*A: Edificación que no contenga elementos no estructurales mal conectados al sistema resistente.
*B: Edificación con balcones y parapetos bien conectados al sistema resistente. B: Edificio con parapetos mal conectados al sistema resistente.
C: Edificio que presenta tanques de agua o cualquier otro tipo de elementos en el techo mal conectados a la estructura. Parapetos u otros elementos de peso significativo, mal construidos que se pueden desplomar en caso de un evento sísmico. Edificio con balcones construidos posteriormente a la estructura principal y conectada a esta de modo deficiente.
Nivel de conservación: Este parámetro, se califica de manera visual a las fallas en el proceso
constructivo, así como su antigüedad. Designaremos las alternativas con lo siguiente: A: Buena condición de la estructura
B: Regular condición de la estructura C: Mala conservación de la estructura
Cuantificación del índice de vulnerabilidad: Finalmente, con la obtención de todas las
de Vulnerabilidad, a través de la suma del valor de cada parámetro y a la vez multiplicando por un peso de importancia, mediante la siguiente ecuación:
𝐼𝑣 = ∑(𝐾𝑖 ∗ 𝑊𝐼)
11
𝑖=1
Con el resultado de Iv, se puede hallar el índice global de daño por medio de unas correlaciones que se evalúa para cada zona de estudio, ya que cada país o zona tiene diferente proceso constructivo, además la mano de obra y el nivel de profesionalismo influye en este índice.
Tabla 6: Rangos para concreto armado según Benedetti y Petrini
Vulnerabilidad Porcentaje (%)
A Baja 0 – 15
B Media 15 - 35
C Alta 35 - 94
Fuente: Marín, 2014
Análisis Sísmico: De acuerdo a la norma E.030 del diseño sismorresistente, indica que para
realizar un análisis sísmico satisfactorio hay que cumplir consideraciones y parámetros descritas en dicha norma, este consiste en realizar un Análisis estático y un análisis dinámico modal espectral a la estructura en estudio, referenciadas en los artículos 27, 28 y 29 de dicha norma. A su vez describe que para mayor verificación del análisis sísmico se puede realizar un análisis dinámico tiempo – historia, descrito en el artículo 30 de la norma, siendo este último un procedimiento de verificación para el análisis sísmico.
Software ETABS: Es un programa innovador para realizar análisis estructural de
edificaciones. Este software es el resultado de investigaciones, ETABS posee herramientas de modelamiento prácticos para el usuario, además tiene la capacidad de realizar el análisis lineal y no lineal de la estructura en estudio. (CSI Computers & Structures, Inc., 2016, párr.1) Además, este programa tiene la capacidad de realizar el análisis Pushover, la cual consiste en efectuar una carga lateral incremental hasta que el modelamiento supone el estado de colapso.
Reforzamiento estructural: Es el aumento la capacidad de una estructura, ya sea
aumentando su tamaño o añadiendo nuevos elementos a la estructura. Durante este proceso de mejoramiento, se ayuda a fortalecer las características estructurales del elemento a reforzar, es decir mejorar su capacidad original.
En general se sabe que estos trabajos se realizan a estructuras mal diseñadas o antiguas, por lo que se debe tener buen criterio al sobrellevar este tipo de trabajo, ya que mejorará el desempeño original de la estructura.
Implementación de disipadores de energía: Según (Brock, 2018,) nos dice: “Existen tres
tipos de disipadores de energía para super estructuras que ayudaran a mantener la operacional del esta, siendo esta una estructura de mayor importancia”.
Disipadores por deformación (metálicos): Estos son dispositivos metálicos que son netamente caracterizados por que tienen un comportamiento histéretico, que esta se realiza por la fricción entre sólidos metálicos disipando la energía por calor. Debido a ello se utiliza esta deformación de dos puntos de la estructura para que esta energía se disipe mediante la fricción.
Disipadores de comportamiento viscoelásticos: Este disipador tiene como función principal en movilizar un elemento a través de un material viscoelástico. Esto genera fuerzas que se oponen al movimiento del elemento, de magnitud proporcional a la velocidad. La disipación de energía se obtiene debido a la deformación por cortante de un material con propiedades viscoelásticas.
Disipadores de comportamiento fluido viscoso: Es disipador que tiene como función empujar el líquido a través de un orificio, produciendo una presión de amortiguamiento que crea una fuerza, con el que no aumenta gradualmente las cargas sísmicas para un grado comparable de la deformación estructural.
(Brock, 2018) afirma: “Es más dable los disipadores de comportamiento fluido viscoso, ya que estos ayudan que las cargas sísmicas se mantengan y aumente con respecto a la aceleración de dicha carga dinámica”.
Además, a la diferencia de un disipador por fricción que llegando a su estado no lineal puede fallar, también el de viscoelasticidad ya que este está compuesto de copolímeros proponiendo una falla a en la zona no lineal, esta es netamente plástica no como un disipador
de fluido viscoso porque debido a ese fluido estas energías pueden controlarse y también esta es menos propenso a una falla.
Tabla 7: Ventajas de disipadores de energía de fluido viscoso. Disipadores de Energía de Fluido Viscoso
Ventajas Técnicas Ventajas Funcionales Ventajas Económicas
* Reduce el desplazo de entrepiso. * Adicionan amortiguamiento entre un 20% al 40%. * reducen la energía sísmica en la edificación hasta en un 80%
* Reduce las fuerzas sísmicas de diseño. * Ideales para edificios nuevos y reforzamiento en existentes * Fácil en montaje e instalación. * No necesitan mantenimiento ni reemplazo luego del sismo severo. * Estéticos
* Trabajable en cuanto a diseño arquitectónico
* Permite la disminución del acero y secciones de los elementos
estructurales.
* El costo por m2 varía entre 15 a 30 dólares mas * La inversión está entre 1% al 3% del costo total del proyecto.
* No existe costo de reparación en la edificación.
Fuente: Según Brock
Como se puede observar en la tabla anterior, este tipo de disipador de energía tiene muchas ventajas, tantas técnicas, funcional y económicas, debido a esto se puede tomar una consideración de elegir este tipo de dispositivo especial para la superestructura.
Placas estructurales: Los muros o placas, que esta está conformada por una combinación
hibrida de concreto y acero más conocido como concreto armado, estos están sometidos a compresión, tracciones, compresión por flexión y contrarrestan la fuerza cortante al momento de ocurrir un sismo. Además, también soportan losas y vigas transmitiendo sus cargas verticalmente.
Sin embargo, estas dependen mucho de la geometría en cuanto a la altura espesor. Ya que estas no se pueden eliminar tan fácilmente cuando están construidas.
Figura 7: Placas añadidas en edificación
Diseño estructural: Según la NTE nos dice que es un proceso creativo por el cual se da
forma a un sistema estructural, este cumplirá una función determinada según su grado seguridad y servicio para un buen desempeño sísmico. Es importante considerar los parámetros, reglas y fórmulas que te dan las diferentes normas que te ayudan a realizar un diseño óptimo.
En este proceso se realiza la selección de material del cual será construido la estructura, ya que cada material tiene diferentes consideraciones y criterios, además también se realizarán el dimensionamiento preliminar de los elementos estructurales que actuarán en la estructura. Se puede decir que este proceso tiene como objetivo principal en dar una solución óptima para lograr una buena estructuración. Además, se sabe que el material más común en realizar este tipo de proceso es el concreto armado ya que tiene propiedades de resistencia a la compresión y durabilidad, y también la capacidad de moldearse a formas variadas.
Pre dimensionamiento: Es la acción de otorgar una sección óptima para la estructura
siempre y cuando adquiriendo los requisitos que la NTP dará, y con esto llegar a un buen dimensionamiento para la estructura. Pero hay que tener algo muy claro que el dimensionamiento esta siempre sometido a los diferentes tipos de cargas (muerta y viva) que se efectuara en la estructura.
Carga muerta: En nuestro país la norma E-020 es denominada como la de cargas, por lo
que nos da referencia que: “la carga muerta es el peso de los elementos que trabajan en la estructura, es decir su peso propio (columnas, vigas, placas, losas, etc.); además de los demás factores que implican a la edificación”
Los resultados hallados tienen que ser amplificados por el de 1.4, para obtener la carga última que posteriormente se utilizara en las solicitaciones por combinaciones de carga según la norma E-60.
Carga viva: Por lo definido anteriormente, la norma E-020 nos da referencia que: “ la carga
viva es aquel peso de los ocupantes, materiales y elementos móviles; denominado en si para fines estructurales como sobrecarga. Este tipo de carga se hallará dependiendo al uso de la estructura.”
Los resultados hallados tienen que ser amplificados por el de 1.7, para obtener l carga ultima que posteriormente se utilizara en las solicitaciones por combinaciones de carga según el reglamento E-60.
Tabla 8: Cargas vivas mínimas repartidas.
Ocupación o Uso Cargas Repartidas kPa(Kgf/m2)
Almacenaje 5.0(500) ver6.4
Baños Igual a la carga principal del resto
del área, sin que sea necesario que exceda de 3.0 (300).
Bibliotecas
Salas de lectura Ver 6.4
Salas de almacenaje con estantes
3.0 (300)
Fijos (no apilables) 7.5 (750)
Corredores y escaleras 4.0 (400)
Centros de educación
Aulas 2.5 (250)
Talleres 3.5(650) Ver 6.4
Auditorios, gimnasios, etc De acuerdo a lugares de asambleas
Laboratorios 3.0 (300) Ver 6.4
Corredores y escaleras 4.0 (400)
Problema general: ¿Cómo influye el reforzamiento estructural en la vulnerabilidad sísmica
del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019?
Problemas específicos: ¿Cómo disminuye la vulnerabilidad sísmica con la implementación
de disipadores de energía en el centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019?
¿Qué efecto reductor tiene la colocación de muros de corte sobre la vulnerabilidad sísmica del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019?
¿En cuánto se reduce la vulnerabilidad sísmica con la colocación de placas estructurales en el centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019?
Justificación del estudio: El tema de investigación, se plantea en el colegio Libertador San
Martín, ubicado en el distrito de Independencia, Lima – Perú, el cual es un terreno propenso a elevadas disposiciones sísmicas además de la antigüedad del establecimiento. Por lo que es imprescindible la evaluación de su desempeño y dar solución a este si en caso se encontrara alguna falla, y con esto mitigar cualquier perdida o daño que provoque su colapso. Social: El colegio Libertador San Martín se compones de 500 alumnos tanto de primaria como secundaria, también se encuentran los docentes y el personal administrativo, estos deben de encontrarse capacitados para saber cómo actuar ante un evento sísmico, teniendo en cuenta cuales son las zonas vulnerables para sí evitar accidentes. En esta investigación se puede proyectar un plan de acción.
Tecnológica: La presente investigación promueve la evaluación estructural de los establecimientos cercanos al del colegio Libertador San Martín, ayudando a detectar las estructuras que necesiten un estudio más detallado sobre su desempeño.
Económica: Se tendrá una gran pérdida económica si dicha estructura llegara a colapsarse, tanto como el daño a los diversos muebles, instrumentos que se encuentran en el establecimiento, las redes de luz, agua, el daño estructural y arquitectónico, como también pérdidas humanas.
Metodológica: Este proyecto de investigación para poder dar el resultado de los objetivos planteados, se tendrá que acudir a técnicas de investigación, como la validez de dimensiones, y a su vez obtener resultados de la vulnerabilidad sísmica con la aplicación de un reforzamiento estructural al centro educativo Libertador San Martín, Lima -2019
Hipótesis general: El reforzamiento estructural reduce significativamente la vulnerabilidad
sísmica del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Hipótesis específicas: La implementación de disipadores de energía disminuye
significativamente la vulnerabilidad sísmica en el mejoramiento estructural del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Los muros de corte tienen un efecto reductor en la vulnerabilidad sísmica para el mejoramiento estructural en el centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Las placas estructurales reducen significativamente la vulnerabilidad sísmica en el del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Objetivo general: Determinar la influencia del reforzamiento estructural en la
vulnerabilidad sísmica centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Objetivos específicos: Calcular la disminución de la vulnerabilidad sísmica mediante la
implementación de disipadores de energía del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Determinar el efecto de la colocación de los muros de corte en la vulnerabilidad sísmica del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
Determinar la reducción de la vulnerabilidad sísmica con la colocación de placas estructurales del centro educativo Libertador San Martín, Independencia-2019.
2.1. Diseño de la investigación Método: científico
El método científico es una serie de procedimientos a seguir para contestar problemas sociales, tanto especifico como general, se recopila una serie de reseñas de un tema en específico para descartar nuestras hipótesis y llegar a una conclusión.
Según (namakforoosh, 2005, pág.85): para obtener un trabajo de investigación competente tendremos que recopilar y analizar toda la información encontrada para que así nos ayude a mejorar, es decir que con esta ayuda podremos dar solución a un problema específico y general.
Tipo: Aplicada
(Borja, 2012, pág. 10) sostiene que: “la investigación de tipo aplicada es aquella que busca conocer, actuar y modificar una realidad problemática a estudiar. Además, tiene mayor interés a la aplicación sobre una problemática antes que el conocimiento de valor universal. Los proyectos de ingeniería están ubicados en este tipo de investigación siempre y cuando soluciones alguna problemática”
El autor nos da a entender que el tipo de investigación aplicada tiene por objetivo comprender, ejecutar, y rectificar una realidad problemática con el fin de dar solución a un problema social, esto con la ayuda de la recolección de los estudios ya realizados
Nivel: Descriptivo-Explicativo
Esta investigación tiende a ser de un nivel explicativo, ya que nos ayuda a encontrar las características para poder darle un análisis a dicho centro educativo, además con su ayuda podremos obtener la disminución que actúa con el reforzamiento sobre la vulnerabilidad sísmica, por lo que podremos observar que la variable independiente tiene poder sobre la variable dependiente.
Para (Borja, 2012) nos da entender que: “la investigación cuantitativa actúa de forma confiable ya que da a conocer la realidad de un problema a través de recolección y análisis de datos, además que con la ayuda de estos podríamos responder las preguntas de la investigación y comprobar las hipótesis.”
Diseño: No Experimental
El diseño de la investigación es de tipo no experimental, como menciona (Borja, 2012, pág. 29): Se basan en la obtención de información sin manipular los valores de las variables, es decir tal y como se manifiestan las variables en la realidad.
Este proyecto es no experimental debido a que en esta investigación solo se evaluará el desempeño del Colegio Libertador San Martin y con ello evaluará la reducción de la vulnerabilidad sísmica, por lo que no se alterará ninguna variable.
2.2. Variables, Operacionalización 2.2.1. Identificación de variables
Variable (x): Vulnerabilidad Sísmica
Concepto: La vulnerabilidad sísmica de una estructura está definido como el nivel de daño recibido por la ocurrencia de un movimiento sísmico del terreno.
- Indicador: Comportamiento sísmico - Indicador: Irregularidades Geométricas - Indicador: Análisis de vulnerabilidad
Variable (y): Reforzamiento Estructural
Concepto: Es aquel procedimiento de aumentar la capacidad de la estructura, aumentando elementos o añadiendo nuevos. En el refuerzo de una estructura (con o sin daño) tiene como objetivo principal hacer que mejoren las características estructurales sobre las originales.
- Indicador: Implementación De Disipadores De Energía - Indicador: Muros De corte
2.2.2. Operacionalización De Variables
Tabla 9: Tabla de operacionalización de variables
OPERACIONAL DIMENSIONES INDICADORES INSTRUMENTOS
Variable (x): Vulnerabilidad Sísmica
La vulnerabilidad sísmica de una estructura se define como el nivel de daño recibido por la ocurrencia de un movimiento sísmico del terreno.
Esta vulnerabilidad sísmica se medirá mediante desplazamientos, resistencia y análisis estructural debido a sismos modelados según norma, sabiendo así el comportamiento sísmico irregularidades geométricas y análisis de vulnerabilidad.
Comportamiento sísmico Irregularidades geométricas Método de análisis de vulnerabilidad Desplazamiento Resistencia Zonificación sísmica Planta Altura Categoría
Método de Benedetti y Petrini Análisis sísmico
Software Etabs
Ficha de recolección de datos
Variable (y): Refuerzo Estructural
Es el proceso de incrementar la capacidad de la estructura, aumentando elementos o añadiendo nuevos. En el refuerzo de una estructura (con o sin daño) se mejoran las características estructurales sobre las originales.
Los elementos estructurales para dar un reforzamiento estructural son disipadores de energía, muros de corte y placas estructurales, dando así un diseño estructural y a su vez una evaluación de cada elemento. Implementación de disipadores de energía Muros de corte Placas estructurales Resistencia Ductilidad Tipos Rigidez Diseño Resistencia Evaluación Diseño Resistencia
Ficha de recolección de datos
Fuente: Elaboración propia
DEFINICIÓN
VARIABLES DEFINICIÓN
2.3. Población y muestra 2.3.1. Población
La población es un grupo determinado de elementos con características definidas para un estudio a realizar, es decir que es el conjunto seleccionado por el investigador, ya que tiene la potestad de elegir según criterio que objeto de estudio va a realizar. (Hernández et al., 2014)
Por lo que entendemos que la población es el conjunto de los elementos que se desea estudiar, cada quien con su característica que nos ayudara al final para poder dar una conclusión.
Por lo tanto podemos decir que la población para el siguiente proyecto de investigación son todos los centros educativos ubicados en el distrito de independencia, provincia de Lima. 2.3.2. Muestra
Según (Hernández, y otros, 2016, pág. 175): “La definición de muestra se puede denotar como un subgrupo de la población”.
La muestra de este proyecto de investigación será el Centro Educativo Libertador San Martin ubicado en el distrito de independencia, provincia de Lima.
2.3.1. Muestreo
Según (Hernández, y otros, 2016, pág. 176) “El investigador tiene la potestad de que objeto estudiar, es decir que muestra tomar, por lo tanto, estamos hablando de un muestreo no probabilístico, ya que no se utiliza la estadística, pero siempre teniendo en cuenta que la decisión a tomarse debe estar avalada ante juicio de expertos en el área a investigar.” Entonces se determina que el muestreo para este proyecto de investigación será: no
probabilístico intencional, por lo tanto, la muestra se obtendrá a través del juicio de
expertos, la norma E-030y la norma E-060.
2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos, validez y confiabilidad 2.4.1. Técnicas
Las técnicas son los procesos y medios como el investigador recolectara, conservarán y transmitirá los datos que se obtiene a través de la investigación científica, por lo que es de suma importancia que estas técnicas sean confiables y válidas para la investigación a realizar.
En este proyecto de investigación se necesita distintas herramientas para poder así realizar la recolección de datos, y la técnica que se empleará será la de visita al campo, toma de medidas, fotos, etc. Además, se efectuará ensayos de esclerometria al concreto de la estructura, método observacional de Benedetti y Petrini, calicatas y un análisis estructural. 2.4.2. Instrumentos de recolección de datos
La recolección de datos es de gran relevancia ya que forman parte de una investigación, ya que estos tienen como función principal recaudar toda la información posible del objeto de estudio. Los instrumentos más usados en los proyectos de investigación suelen ser los cuestionarios, medidas de escalas, fotografías, etc.
Para el siguiente proyecto de investigación se tomará como instrumento la toma de datos, ya que nos ayudará a tomar las características a través de fotos, medidas, etc.
2.4.3. Validez
Está definido como la credibilidad del instrumento de investigación, es decir que el contenido del instrumento reúne todos los requisitos para resolver la problemática de la investigación. Es decir que la validación certifica que dicho instrumento puede ser usado por el investigador.
Tabla 10: Validez de Expertos
Validez Experto 1 Experto 2 Experto 3 Promedio
Variable 1 0.9167 0.9167 0.9167 0.9167
Variable 2 0.8333 1.0000 1.0000 0.9444
índice de Validez 0.9306
Fuente: elaboración propia
Tabla 11: Rangos y magnitud de validez
Rangos Magnitud 0.81 a 1 Muy Alta 0.60 a 0.80 Alta 0.41 a 0.60 Moderada 0.21 a 0.40 Baja 0.01 a 0.20 Muy Baja
2.4.4. Confiabilidad
Se puede definir la confiabilidad como la medición de certidumbre del instrumento usado para la investigación.
Por lo que podemos entender de la confiabilidad, es que los ensayos que se usaran en esta investigación son relevantes para dar fiabilidad, además los resultados serán referenciados con certificados para cada ensayo.
2.5. Método de análisis de datos
En la siguiente investigación se tendrá que analizar los datos que se recopilaran en el método observacional de Benedetti y Petrini para así poder hallar el índice de vulnerabilidad del centro educativo, para posteriormente con la ayuda de refuerzos estructurales propuestos se pueda disminuir la vulnerabilidad encontrada. Por lo que con ayuda de programas operativos como son Etabs 2018, Excel 2017, ensayos de laboratorio, etc.
2.6. Aspectos éticos
En esta investigación se ha trabajado con los aspectos éticos respectivos, ya que se respetará todos los resultados, además toda información consignada en el documento respeta los derechos de autoría de tesis, ensayos entre otros, por lo que están debidamente referenciados.
