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UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

ESCUELA DE POSTGRADO Maestría en Ciencias e Ingeniería Mención en Ingeniería Estructural

PROYECTO DE INVESTIGACION ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE EL MÉTODO TIEMPO HISTORIA Y EL MÉTODO ESPECTRAL, PARA LA OBTENCIÓN DE DERIVAS DE PISO EN EDIFICACIONES DE ALBAÑILERIA CONFINADA, PERÚ - 2019

MARCEL MARCEL CASTILLO RAMIREZ

Asesor:

Mág. CARLOS HUGO OLAZA HENOSTROZA

Huaraz – Perú 2019

Código Unesco: _ _ _ _ _ _ _

ÍNDICE GENERAL

CARÁTULA ÍNDICE GENERAL RESUMEN CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. Planteamiento y formulación del problema 1.1.1 Descripción de la realidad 1.1.2 Planteamiento del problema 1.1.3 Formulación del problema 1.2. Objetivos 1.2.1 Objetivos generales 1.2.2 Objetivos específicos 1.3. Justificación 1.4. Delimitación CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de Investigación 2.2. Bases teóricas 2.2.1 Albañilería confinada 2.2.2 Comportamiento sísmico de la albañilería 2.2.3 Análisis estructural 2.2.4 Aspecto conceptual del análisis Modal Espectral, Norma E.030 2.2.5 Aspecto conceptual del análisis Tiempo Historia 2.3. Definición de términos 2.4. Hipótesis 2.5. Variables

CAPITULO III: METODOLOGIA 3.1. Tipo de Investigación 3.2. Diseño de investigación 3.3. Población y muestra 3.3.1. Población 3.3.2. Muestra 3.4. Técnicas e Instrumento(s) de recolección de datos 3.5. Plan de procesamiento y análisis estadístico de datos CAPITULO IV: ADMINISTRATIVO 4.1. Cronograma 4.2. Presupuesto CAPITULO V: REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA CAPITULO VI: ANEXOS

CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD El interés por el ser humano en los eventos sísmicos y su registro histórico es una actividad antigua, existen registros escritos en China de más de 3000 años, registros en Japón y Europa que datan de hace 1600 años. En América se tiene referencia de los sismos en los escritos Mayas y Aztecas, y en la época colonial algunos escritos que con cierto grado de detalle narran efectos de sismos en la América conquistada por España. Sin embargo, el interés de conocer más a fondo el comportamiento sísmico aparece cuando los sismos comienzan a causar daños en la población, cuando se convierte en un problema para el desarrollo de la civilización. Este hecho se puede remontar a hace unos 100 años cuando terremotos como el de San Francisco en EE. UU (1906) causaron terribles daños, destrucción y muertes. Hace 100 años tras tales desastres se tomaron medidas de prevención ante sismos, considerando en los diseños y en la construcción de edificios la posible fuerza que puede generar un sismo sobre estos. La ingeniería sismo-resistente nació debido a esta necesidad de conocer la fuerza del sismo y ser capaces de resistirla, y con el tiempo es que fue mejorando sus teorías,

observaciones

y retroalimentándose

de

datos

históricos

y

experimentales para determinar, de manera fiel, aquella fuerza que nuestras edificaciones deberán soportar. Ante ese deseo de conocer mejor el comportamiento sísmico y de obtener métodos prácticos y a la vez refinados de diseño sísmico es que los ingenieros han hecho esfuerzos en investigar y experimentar hasta perfeccionar el conocimiento. Los códigos de construcción son los frutos de

dichos esfuerzos, pues estos tienen como propósito más grande el bienestar y seguridad de las personas que ocupen un edificio. Los códigos y normas de construcción se han ido moldeando conforme el conocimiento acerca del comportamiento de las edificaciones va aumentando. Con el propósito de contribuir a dichos conocimientos es que en esta tesis se muestran los resultados de dos distintos tipos de análisis sísmicos, el Modal Espectral y el Tiempo Historia, se comparan y se presentan las conclusiones. La actual norma de Diseño Sismorresistente E-030 tiene al Análisis Modal Espectral (AME) como método más usado en la determinación de desplazamientos y esfuerzos en edificaciones. Este hecho se explica debido a la versatilidad del Análisis Modal Espectral, pues permite usar un espectro de respuesta generado con una significativa cantidad de sismos representativos normalizados a la aceleración de diseño de la zona de localización de la edificación; a diferencia de un Análisis Tiempo Historia Lineal Elástico (ATHLE) que se realiza a partir de un solo acelerograma (un sólo sismo) y por lo tanto es un método más sesgado.

1.1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El Análisis Tiempo Historia es un método poderoso para el cálculo de las fuerzas sísmicas en edificios, pues permite saber la fuerza en cualquier momento, es decir la fuerza en función del tiempo, con ello es posible saber el comportamiento del edificio en cualquier instante de tiempo y paso a paso; sin embargo, tiene una desventaja la cual es que sólo usa un acelerograma, es decir un sismo, por lo tanto, es un análisis sesgado. Con el propósito de obtener los resultados más exactos, es que se decide compararlo con el

Análisis Modal Espectral en el sentido de combinar lo mejor de ambos métodos para obtener mejores resultados. Para efectos de esta tesis se usará el Análisis Tiempo Historia Lineal Elástico para poder compararlo directamente con el Análisis Modal Espectral que también usa modelos lineales elásticos.

1.1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cómo obtener derivas de piso en edificaciones de albañilería confinada del Perú, como resultado de un análisis comparativo entre el método Tiempo Historia y el método Espectral?

1.2. OBJETIVOS 1.2.1 OBJETIVOS GENERALES Obtener derivas de piso mediante el análisis comparativo entre el método Tiempo Historia y el método Espectral en edificaciones de albañilería confinada del Perú.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Mediante el método Tiempo Historia calcular los desplazamientos laterales máximos de cada estructura, con diferentes registros de aceleraciones sísmicas, en el rango lineal elástico.



Mediante el método Espectral en acorde a la norma E.030 de diseño sísmico resistente, del Reglamento Nacional de Edificaciones, calcular los desplazamientos laterales máximos de cada estructura.



Comparar los resultados de los desplazamientos máximos obtenidos entre ambos métodos de análisis y obtener las derivas de entre piso.

1.3. JUSTIFICACIÓN El diseño de un edificio requiere conocer las fuerzas generadas por los sismos, estas deberán ser lo más exactas posibles. El AME y del ATHLE son dos métodos muy distintos desde diferentes puntos de vista, cada uno con ventajas y desventajas distintas, la comparación entre ellos sirve para recoger lo mejor de ambos métodos en la determinación de las fuerzas sísmicas, esfuerzos y desplazamientos. Conocer la verdadera variabilidad entre los resultados del AME y del ATHLE es importante porque permitirá saber que tan lejos está nuestra aproximación de los resultados reales. La cantidad de variables de entrada y salida que pueden incluirse a la investigación es muy grande, lo cual escapa del alcance de esta tesis, sin embargo, dichas variables pueden ser materia de una nueva investigación futura.

1.4. DELIMITACIÓN El tema de esta investigación se delimita a la norma sismo resistente E.030 – Perù CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN 2.2. BASES TEÓRICAS 2.2.1 ALBAÑILERÍA CONFINADA Alcance Histórico de la albañilería El registro histórico más fiable acerca de la albañilería que la humanidad posee se encuentra en la Biblia, en el libro de Génesis, capítulo 11, versículo 3: “Y se dijeron unos a otros: Vamos, hagamos ladrillo y cozámoslo con

fuego. Y les sirvió el ladrillo en lugar de piedra, y el asfalto en lugar de mezcla.” Esta cita, en la línea del tiempo sería demasiado impreciso ubicar dada su antigüedad, sin embargo, lo que sabemos de aquella historia es que los hombres de aquel entonces pretendían construir una edificación que llegue hasta los cielos.Gallegos & Casabonne (2005) manifiesta que los primeros vestigios de albañilería se encuentran en Jericó con una antigüedad de aproximada de 7000 años a. C.

Respecto de esta realidad, el hombre peruano, ha sido uno de los pioneros en construcciones de albañilería a lo largo de toda su historia. Prueba de esto es Caral, (Wikipedia, 2017) con sus pirámides y sus plazas circulares entre otras edificaciones, que tiene una antigüedad de 5.000 años aproximadamente, cuando en el resto de América el desarrollo urbano comenzó 1500 años después. Otro caso que podemos citar, es Chavín de Huántar (1200 a. C.), clásico ejemplo de albañilería con unidades de piedra, presentes en todas sus estructuras.

En todo caso, sin salir siquiera del casco urbano de la ciudad de Cajamarca, no podemos dejar de mencionar a Huacaloma, que con sus murallas y plazoleta, todas hechas a base de unidades de piedra confinadas con mortero de barro, son testigos mudos que muestran la práctica de la albañilería como sistema estructural primitivo de edificación.

Por lo tanto, se puede concluir que la albañilería ha sido el primer sistema

estructural, que el hombre ha utilizado, desde que éste tiene noción de construir edificaciones como viviendas, templos, murallas, necrópolis, en fin.

En la actualidad, este sistema de construcción sigue vigente en el común de las edificaciones de uso habitacional. Destacando que el sistema ha evolucionado a través del tiempo, mejorando los tipos de albañilería y sus componentes (unidades de albañilería, mortero, refuerzo, concreto).

Tipos de albañilería confinada El siguiente gráfico resume la clasificación de los diferentes tipos de albañilería.

Componentes de la albañilería El siguiente gráfico resume la clasificación de los diferentes componentes de albañilería.

2.2.2 COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LA ALBAÑILERÍA Comportamiento sísmico real de muros portantes San Bartolomé, Quiun, & Silva, (2011) pone en manifiesto que las viviendas de albañilería no reforzada y las de adobe son las que han mostrado mayores daños en todos los eventos sísmicos pasados, dado que son más vulnerables. Puesto que el carácter de falla frágil que posee la albañilería no reforzada, su uso no está permitido en la Norma E.070. Deteniéndonos, específicamente en la albañilería confinada, entre los principales defectos observados, se pueden mencionar: Creencia que basta con una sola columna para confinar un muro, ignorándose que la acción sísmica es de carácter cíclico. La norma E.070 (Ministerio de Vivienda C. y., 2008) es enfática en señalar las condiciones a cumplir para considerar confinado a un muro. 2.2.3 ANÁLISIS ESTRUCTURAL 2.2.4 ASPECTO CONCEPTUAL DEL ANÁLISIS MODAL ESPECTRAL, NORMA E.030 2.2.5 ASPECTO CONCEPTUAL DEL ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA

2.3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

 Deriva de piso. 2.4. HIPÓTESIS  El análisis Espectral da resultados mayores de desplazamientos y fuerzas, que el análisis Tiempo Historia Lineal Elástico en la mayoría de los resultados.  El análisis Tiempo Historia Lineal Elástico puede dar resultados de desplazamientos y fuerzas mayores que el análisis Espectral para resultados aislados.  El análisis Espectral puede ser mejorado en sus resultados con el apoyo del análisis Tiempo Historia Lineal Elástico.

2.5. VARIABLES  Variable independiente: Desplazamientos laterales máximos del método Tiempo Historia. Desplazamientos laterales máximos del método Espectral.  Variable dependiente: Derivas de piso.  Objeto de la investigación: Edificaciones aporticadas Peruanas, 2019.  Campo de investigación: Análisis dinámico de las estructuras en el rango lineal elástico.

CAPITULO III: METODOLOGIA 3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN a) Según el grado de abstracción.- Fue una investigación aplicativa, por que utilizó la información y conocimiento que ya se tiene al respecto y donde se amplió los conocimientos en su campo.

b) Según el tipo de contrastación.- Fue del tipo descriptivo, ya que describió el comportamiento de la variable ratio. c) Según la naturaleza de los objetivos.- Fue correlacional, ya que relacionó variable ratio de los desplazamientos y los sismos. d) Según el enfoque.- La investigación tuvo un cuantitativo, toda vez que para el cálculo de los desplazamientos se utilizó las matemáticas y la física. 3.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN El diseño de la investigación realizada fue del tipo no experimental, transversal y exploratoria.

3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA 3.3.1. POBLACIÓN La población investigada en el presente estudio son las edificaciones ubicadas en las zonas de mayor sismicidad (Zona 3), cuya estructura es de concreto armado, con un sistema estructural del tipo regular, conformada por sistemas de pórticos de vigas y columnas, con apoyos fijos o empotrados en un suelo rígido de perfil tipo S2 . (E-030-RNE). 3.3.2. MUESTRA La muestra seleccionada es una edificación con una planta típica de 210 m², cuyos pórticos son de concreto armado con columnas cuadradas y vigas rectangulares. El edificio está destinado para el uso de oficinas. 3.4. TÉCNICAS E INSTRUMENTO(S) DE RECOLECCIÓN DE DATOS 3.5. PLAN DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS CAPITULO IV: ADMINISTRATIVO 4.1. Cronograma

MARZO / 2019

ACTIVIDADES Revisión Bibliográfica * Búsqueda y adquisición de bibliografía

X

Elaboración del Proyecto * Antecedentes y formulación del problema * Elaboración del instrumento * Presentación y sustentación del proyecto

X X X

Ejecución del Proyecto Captación de datos * Aplicación del instrumento de recolección de la información Procesamiento y Análisis * Procesamiento de los datos * Análisis e interpretación * Discusión de los resultados Elaboración del Informe Final *

Revisión general de los resultados * Preparación del informe final Publicación * Presentación y sustentación del informe final

4.2. PRESUPUESTO CAPITULO V: REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA CAPITULO VI: ANEXOS