UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño AUTOR Vásquez Alvines. Julio Manuel Chiclayo, 2025 ÍNDICE Índice de tablas ............................................................................................................................. 3 Índice de figuras ........................................................................................................................... 3 Introducción ................................................................................................................................. 1 Justificación de la Investigación:.................................................................................................... 2 Objetivos de la Investigación ......................................................................................................... 2 Revisión De Literatura .................................................................................................................. 3 Antecedentes............................................................................................................................. 3 Bases Teóricas..........................................................................................................................10 Materiales y Métodos ...................................................................................................................18 Aspectos generales ...................................................................................................................18 Tipo de Investigación................................................................................................................19 Diseño de Investigación ............................................................................................................20 Formulación de Problema .........................................................................................................20 Hipótesis..................................................................................................................................21 Nivel de investigación ..............................................................................................................21 Población .................................................................................................................................21 Muestra ...................................................................................................................................21 Muestreo..................................................................................................................................21 Variables de estudio y Operacionalización ..................................................................................21 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.......................................................................24 Técnicas ..................................................................................................................................24 Instrumentos ............................................................................................................................24 Procedimientos.........................................................................................................................25 Cronograma.................................................................................................................................26 Presupuesto .................................................................................................................................27 Colaboradores ..........................................................................................................................28 Bibliografía .................................................................................................................................28 Anexos ........................................................................................................................................31 ANEXO N°1. Matriz de consistencia del proyecto a realizar. .......................................................31 ANEXO N°2. Operacionalización de variable independiente .......................................................34 ANEXO N°3. Operacionalización de variables dependientes .......................................................35 ANEXO N°4. Memoria descriptiva de arquitectura.....................................................................36 ANEXO N°5. Planos Arquitectónicos ........................................................................................44 ANEXO N°6. Ficha técnica: Ensayo para el análisis granulométrico ............................................47 ANEXO N°7. Ficha técnica: Ensayo para determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad del suelo .................................................................................................................48 ANEXO N°8. Ficha técnica: Ensayo Peso Volumétrico ...............................................................49 ANEXO N°9. Ficha técnica: Ensayo Peso Relativo de sálidos .....................................................49 ANEXO N°10. Ficha técnica: Métodos de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo. .......................................................................................................................................50 ANEXO N°11. Ficha técnica: Ensayo SPT .................................................................................51 ANEXO N°12. Ficha técnica: Método de ensayo normalizado para la determinación del contenido de sales solubles en suelos y aguas subterránea. ..........................................................................54 ANEXO N°13. Turnitin ............................................................................................................54 Índice de tablas Tabla 1 Límites para la distorsión del entrepiso [20].............................................................. 13 Tabla 2 Niveles de desempeño [3]............................................................................................ 17 Tabla 3 Descripción de la variable independiente y sus indicadores. ..................................... 22 Tabla 4 Descripción de la variable dependiente y sus indicadores. ........................................ 23 Tabla 5 Cronograma de las fases a seguir para culminar el documento................................. 26 Tabla 6 Presupuesto de recursos propios para realizar el proyecto. ....................................... 27 Tabla 7 Matriz de Consistencia del Proyecto a realizar .......................................................... 31 Índice de figuras Ilustración 1 Modos de Vibración de un edificio con diafragmas rígidos [24] ....................... 12 Ilustración 2 Curva de Capacidad [26] ................................................................................... 15 Ilustración 3 Curva y espectro de capacidad [26] ................................................................... 15 Ilustración 4 Criterio de la Rigideces Tangentes [27] ............................................................. 16 Ilustración 5 Criterio de las Áreas Iguales [27] ...................................................................... 16 Ilustración 6 Acelerograma de Pisco 2007 [28] ...................................................................... 17 Ilustración 7 Av. Juan Manuel Iturregui - Av. Francisco Dávila Vega en Pomalca................. 18 Ilustración 8 Plano del Sótano ................................................................................................. 18 Ilustración 9 Plano del 1er Piso............................................................................................... 19 Ilustración 10 Plano de 2do a 8vo piso.................................................................................... 19 Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño Introducción Debido a su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacífico, el Perú está expuesto a un alto riesgo sísmico. Eventos en los últimos 15 años, como los terremotos de gran magnitud en Chile y Ecuador, subrayan la vulnerabilidad de la región. En el caso específico de Lima y Callao, existe un silencio sísmico de más de 275 años, lo que ha generado una acumulación significativa de energía. La liberación de esta energía podría manifestarse en un sismo de magnitud igual o superior a 8.8, con consecuencias devastadoras: se estima que más de un millón de viviendas podrían resultar inhabitables o destruidas, afectando a cerca de ocho millones de personas y causando miles de víctimas mortales [1]. En el contexto local, el sismo más reciente, de magnitud 5.1 en la escala de Richter, afectó a 159 personas y 32 viviendas ubicadas en la ciudad de Chiclayo, esto indico el Centro de Operaciones de Emergencia Nacional (COEN). Este problema se agrava al considerar que las normativas vigentes, tanto en el Perú como a nivel mundial, se basan en criterios de protección frente a un único nivel de amenaza sísmica y emplean parámetros lineales, lo que no refleja de manera precisa la realidad estructural. A partir de esta problemática, la presente se busca mejorar el análisis que se presenta en estructuras a partir de un contexto de desempeño sísmico. El desempeño sísmico es la capacidad de la estructura de soportar sismos con niveles aceptables de daño, funcionalidad y seguridad, considerando su comportamiento no lineal ante distintos escenarios de demanda sísmica [2]. Lo cual permite establecer niveles de desempeño estructural: Operacional , Ocupación Inmediata, Seguridad de Vida, Prevención del Colapso, los cuales clasifican y describen la respuesta de la estructura ante un sismo [3]. En esta investigación se busca solucionar la problemática a partir de un análisis más detallado basado en el desempeño sísmico. Teniendo en cuenta el objetivo de realizar un análisis detallado basado en desempeño, la presente tesis diseñará un edificio multifamiliar de ocho niveles, siguiendo normativa peruana. Sin embargo, se irá más allá de las prácticas convencionales al incorporar un análisis por desempeño sísmico, el cual conlleva a realizar un análisis no lineal, para obtener los resultado y objetivos de desempeño sísmico se realizarán los métodos Push Over y Tiempo-Historia, se debe recalcar que se aplica en un contexto de software. Con todo lo mencionado anteriormente, se logrará un análisis más realista, garantizando una mayor resiliencia de la estructura y seguridad a la persona ante sismos. 1 Justificación de la Investigación: Justificación Metodológica La presente investigación presenta una justificación metodológica, ya que a partir de un ejemplo de un edificio de 8 niveles generara una secuencia de orden de diseño estructural como predimensionamiento, estructuración, modelado estructural, análisis lineal estático y dinámico, análisis sísmico por desempeño, nivel de desempeño de la estructura, evaluación y comparación de resultados, bajo la normativa peruana implementando el desempeño sísmico por normas como FEMA, ATC, ASCE. Justificación Práctica Asimismo, presenta una justificación práctica, ya que los resultados obtenidos del diseño de la estructura podrán ser aplicados por profesionales de la rama en el diseño de edificaciones en el Perú. Al implementar el desempeño sísmico en el proceso de diseño permitiría un diseño más optimo y seguro, ya que la norma peruana su diseño solo es un análisis lineal y tiene como objetivo principal únicamente es salvar vidas humanas durante eventos sísmicos. Justificación Social También presenta una justificación social, ya que el resultado de esta investigación es obtener un edificio multifamiliar sismorresistente ante sismos severos, para así salvaguardar vidas ante estos tipos de eventos. Objetivos de la Investigación Objetivo General: Diseñar un edificio de 8 niveles de concreto armado de acuerdo con el Reglamento Nacional de Edificaciones con un enfoque basado en el análisis por desempeño sísmico. Objetivos Específicos: • Realizar el estudio de mecánica de suelos para el diseño de la cimentación. • Realizar la estructuración, predimensionamiento, modelado, diseño de elementos estructurales y verificación en base a la normativa peruana de un edificio de 8 niveles. • Desarrollar una comparativa del desempeño estructural de elementos estructurales sin considerar y considerando el desempeño sísmico evaluando parámetros como distorsiones máximas, desplazamientos y fuerzas internas. 2 • Realizar un análisis no lineal estático y dinámico, para obtener la respuesta estructural de los elementos estructurales del edificio. • Determinar y clasificar el nivel de desempeño sísmico del edificio mediante el análisis no lineal. • Realizar un análisis económico de la implementación del análisis sísmico por desempeño en comparación con el diseño estructural convencional. Revisión De Literatura Antecedentes En el entorno Internacional Quizanga Martínez et al. [4], en su investigación titulada “Análisis estático no lineal de edificios aporticados de hormigón armado aplicando normativa Ecuatoriana, colombiana y peruana”, tuvieron como objetivo realizar un análisis estático no lineal de edificios aporticados de hormigón armado aplicando normativa ecuatoriana, colombiana y peruana. Ante ello realizaron 18 modelos de edificios de hormigón armado, considerando los diferentes parámetros indicados en las normas (NEC-2015), el Reglamento Colombiano de Construcción (NSR-10) y el Reglamento Nacional de Edificaciones de Perú (E.030) y a partir de este diseño realizaron un análisis estático no lineal para posteriormente mediante el método del espectro de capacidad evaluar la vulnerabilidad de estas estructuras. Para la norma de Ecuador se realizaron 9 modelos de los cuales 4 presentaron tuvieron un nivel de desempeño de “Prevención al Colapso”, en la norma colombiana 5 modelos de los cuales solo 1 presento el nivel de “Prevención al Colapso” y por último en la norma peruana 4 los cuales 2 presentaron “Prevención al colapso”. Se concluye que estructuras diseñadas por la norma colombiana tienen mejor desempeño sísmico. ya que a la norma peruana al presentar un límite máximo de 0.7%, proporciona la realización de estructuras más rígidas comparadas a las colombianas, debido a que el límite máximo de deriva de esta norma es de 1%. Josué Ernesto Ulcuango-Cabascango y Erik Gabriel Villavicencio-Cedeño [5], en su estudio titulado “Comparación estructural del punto de desempeño mediante el método pushover para tres sistemas de estructuras diferentes” en Ecuador. Compararon la estructura al punto de desempeño mediante el método pushover a tres sistemas de estructuras diseñadas para un edificio de hormigón armado de 8 niveles. Los resultados mostraron diferencias claras entre los sistemas evaluados: el edificio aporticado presentó un desplazamiento de 12.48 cm y una fuerza 3 base de 1049.99 tonf; el edificio de muros de corte tuvo un desplazamiento de 9.64 cm y una fuerza base de 915.30 tonf; mientras que el edificio de diafragmas concéntricos mostró un desplazamiento de 8.56 cm y una fuerza base de 1029.54 tonf. Estos resultados revelan diferencias significativas en el desempeño y ductilidad de los sistemas estructurales. Aunque el sistema aporticado registra el mayor desplazamiento, también demuestra una capacidad de resistencia considerable, lo que sugiere que su diseño podría ser más adecuado para resistir sismos. En general, los hallazgos destacan la importancia de seleccionar cuidadosamente el sistema estructural para optimizar la seguridad y funcionalidad de las edificaciones en zonas sísmicamente activas. Lara Cortes [6], en su investigación titulada “Introducción al diseño sísmico de una estructura de concreto reforzado basados en método de desempeño” en Colombia, tuvo como objetivo mostrar el método de diseño basado en desempeño sísmico aplicado a una estructura de concreto reforzado, utilizando el análisis no lineal PUSH-OVER para determinar el coeficiente de capacidad de disipación R y así evaluar el comportamiento real de la edificación frente a la demanda sísmica de la ciudad. Los resultados muestran que, en el eje X, la curva de capacidad estuvo marcada por la plastificación de vigas y columnas, alcanzando un desplazamiento máximo de 0.14 m y un cortante basal de 373.7 ton, mientras que en el eje Y, la plastificación generó un desplazamiento máximo de 0.16 m con un cortante basal de 404 ton. Concluyo que la estructura presenta un nivel de desempeño de daño controlado. En el eje X, el sistema estructural mostró un buen comportamiento, permaneciendo en el nivel IO (ocupación inmediata). No obstante, en el eje Y se detectaron rótulas de colapso en vari as áreas, especialmente en las columnas de borde, lo que indica que, ante un sismo de diseño, serían necesarios trabajos de reparación y reforzamiento estructural. Vielma-Quintero, J., Carvallo, J. y Vielma, J. [7], en su trabajo titulado “Comparative Assessment of Performance-Based Design Methodologies Applied to a R.C. Shear-Wall Building”, tuvieron como objetivo evaluar el desempeño de un edificio estructurado en base a muros mediante análisis no-lineal, bajo el procedimiento estipulado en el documento de ACHISINA, la estructura a analizar es de 14 pisos y 2 subterráneos. Para el análisis no lineal Tiempo-Historia, se utilizaron registros sísmicos chilenos. Al realizar este análisis se obtuvo que la dirección Y es más flexible que la dirección X, alcanzando la deformación plástica con un desplazamiento del techo de 6 cm, lo cual indica un reforzamiento en esta dirección. En su investigación concluyen, que, aunque el diseño basado en fuerzas (FBD) cumple con los criterios del estado límite de ocupación inmediata, existen deficiencias en los muros de la 4 dirección Y. En consecuencia, resulta necesario revisar su diseño para asegurar que la capacidad de momento se mantenga adecuadamente a lo largo de la altura de la edificación, evitando la formación de rótulas plásticas fuera de las zonas críticas definidas durante la etapa de diseño. Mario Gutiérrez, Juan C. Vielma-Quintero, Jorge Carvallo y Juan C. Vielma [8], en artículo titulado “Performance-Based Design Assessment of a Chilean Prescriptive R.C. Shear Wall Building Using Nonlinear Static Analysis”. El cual tiene como objetivo evaluar el comportamiento sísmico de un edificio de muros de corte utilizando el marco de diseño sísmico basado en el rendimiento del manual ACHISINA. La estructura analizada es de 8 plantas cada una con un entrepiso de 2.52m. Los resultados mostraron que la estructura respondió de manera adecuada frente a la demanda sísmica, alcanzando los niveles de desempeño IO y CD, con deformaciones máximas de 1.6 % en el acero del muro X1 y 0.15 % en el concreto del muro X2. También se identificó que las rotulas plásticas se formaron principalmente en la base de los muros, lo que confirma un comportamiento esperado y controlado, además de observarse ligeros aumentos en la demanda cortante respecto al diseño inicial. En conclusión, el edificio cuenta con una capacidad adecuada para enfrentar la demanda sísmica, mostrando un comportamiento inelástico ordenado y concentrado en los primeros niveles. Asimismo, afirman que el enfoque basado en el desempeño permite comprender mejor la respuesta real de los muros de corte, y que el análisis pushover, aunque útil, debe complementarse con análisis dinámicos no lineales para lograr una evaluación más completa. En el entorno Nacional: Carlos Pérez Neyra y Rudy Daniel Torres Balbin [9]], en su tesis titulada “Evaluación del desempeño sísmico de un edificio de muros estructurales de mediana altura en base a desplazamientos y costos de reparación probables”, evaluaron el desempeño sísmico de un edificio de muros estructurales de 10 pisos construido en la ciudad de Lima desde las perspectivas de desplazamientos y costos probables de reparación. De los resultados obtenidos mediante el ANLE, en dirección X se obtuvo un desplazamiento de 5.8 cm, cortante basal de 1540 ton y deriva máxima de 0.0035; en dirección Y un desplazamiento de 14.45 cm, cortante basal de 846 ton y deriva de máxima de 0.0063. En el ANLTH se obtuvo una respuesta promedio máxima en dirección X: aceleraciones de 13.8 m/s2, rotaciones en vigas de 6.8/1000 rad y deriva de 0.00428; en dirección Y: aceleraciones de 9.85 m/s2, rotaciones en vigas largas de 8.3/1000 rad, vigas cortas de 16.8/1000 rad y deriva de 0.00635. Se concluyo que la estructura satisface los objetivos básicos de desempeño planteados por SEAOC. Más aún, para el sismo raro o de diseño la estructura analizada supera las aspiraciones de la Norma peruana E.030. 5 Izquierdo Bustamante y Mendoza Carmen [10], en su tesis titulada “Evaluación del desempeño sísmico en una edificación de dos niveles ubicada en el departamento de Lambayeque, aplicando el procedimiento no lineal estático”. La estructura es de sistema estructural de albañilería confinada en la cual realizaron el análisis lineal y no lineal estático, se obtuvieron los resultados del análisis no lineal estático en la dirección X como desplazamiento máximo 8.81 cm, deriva máxima 13.9% y cortante basal de 206 ton; en Y un desplazamiento 2.32 cm, deriva máxima de 4.40% y cortante basal 267.4 ton, En ambas direcciones, el nivel de desempeño es de “Resguardo de Vida” por SEAOC. Se concluyo que la estructura diseñada según la norma E.030 cumple con el nivel de desempeño “Resguardo de Vida”, mantiene resistencia y rigidez suficientes en los entrepisos, soporta las cargas de gravedad y presenta derivas permanentes que no requieren reparaciones inmediatas, conservando un margen de seguridad frente al colapso. Huerta Quispe y Soto Oblea [11], en su investigación titulada “Desempeño sísmico de edificios multifamiliares de muros estructurales aplicando el método de espectro de capacidad”, tuvieron como objetivo aportar conocimiento sobre el efecto del uso de muros estructurales de concreto armado en el desempeño de edificaciones multifamiliares ubicadas en la zona sísmica 4 del Perú. En la investigación se analizó 4 edificios multifamiliares de sistema estructural muros de concreto. Utilizaron el análisis no lineal Push Over para la realización de los niveles de desempeño, lo resultados obtenidos de Momento aporte P-Δ (ton.m) y Momento basal (ton.m) de los 4 edificios fueron: M1, 416.001 ton.m y 98 641.816 ton.m; M2, 356.805 ton.m y 78 025.149 ton.m; M3, 205.766 ton.m y 20 497.050 ton.m; M4, 438.695 ton.m y 78 036.925 ton.m Asimismo, se comprobó que los cuatro edificios multifamiliares con sistema estructural a base de muros de concreto mostraron un buen desempeño en ambas direcciones bajo condiciones de sismo de diseño y sismo máximo. A partir de la investigación se concluyó que edificaciones de sistema estructural de muros de corte basados en la norma NTP E.030, alcanzan un desempeño sísmico satisfactorio frente a solicitaciones severas. Andres Alberto Yaipen Chafloque [12], en su tesis de postgrado titulada “Evaluación del desempeño sísmico mediante análisis dinámico no lineal de la Institución Educativa Miguel Muro Zapata”. Para el desarrollo del análisis dinámico no lineal utilizo las señales sísmicas del Sismo en Lima de 1966 y 1975, de igual manera el Sismo en Huaraz de 1974; las cuales tuvieron magnitudes de 7.5, 7.7 y 7.5 respectivamente. De los cuales se obtuvieron resultados como para un Criterio Requerido de Sismo Máximo, donde se presenta una Máxima Deriva Total (MTD) de 0.0074 y una Máxima Deriva Inelástica (MDI) de 0.0005, estos datos comparando con los 6 Criterios de Aceptabilidad Requeridos (SM) la deriva máxima debe limitarse a 0.015 por ende tiende a cumplir con lo requerido y en lo que respecta a la deriva inelástica esta debe estar a 0.01 por lo que también tiende a cumplir el Criterio de Accesibilidad. Se concluyo que la estructura cumple y tiene un nivel de desempeño de Ocupación Inmediata y la seguridad de vida (IS) del individuo estaría mantenida a salvo dentro de la estructura mencionada. Oscar Guillermo Carmelo Nuñez y Kaqui Vilca Diego Alcides [13], en su artículo titulado “Evaluación del desempeño sísmico de un edificio de concreto armado diseñado con la norma E.030 del 2003 mediante un Análisis No Lineal Estático”. Donde se obtuvieron resultados como ante el sismo de diseño la estructura lograra una ductilidad demandada es de 15.5% en la dirección XX y 36.79% en la dirección YY. Adicionalmente a esto, el desplazamiento máximo producido en la estructura debido al sismo raro de 475 años es de 7.53 cm, con una resistencia de 1198.74 ton en la dirección X y 22.77cm con una resistencia de 425.23ton en la dirección Y. El desempeño de la estructura ante el sismo de diseño es en dirección X fue ocupación inmediata y en la dirección Y de seguridad de vida. Concluyeron a que la dirección Y, al estar diseñada por muros de concreto presenta una mayor resistencia, pero menos ductilidad. De igual manera la estructura si pudiera resistir el sismo de diseño en ambas direcciones. En el entorno Local: Pérez Tineo [14], en su investigación titulada “Evaluación del desempeño sísmico de dos sistemas estructurales aplicados a una edificación de la ciudad de Lima”, se propuso evaluar el desempeño sísmico de dos sistemas estructurales, uno de concreto armado y el otro de acero estructural, para identificar cuál presenta menor daño ante eventos sísmicos. De los resultados se obtuvo, mediante el análisis Push-Over, que el edificio de concreto armado alcanzó derivas de 0.005 en XX y 0.0064 en YY, clasificando su desempeño en “Ocupación inmediata” según el ATC-40 y “Funcional” de acuerdo con el SEAOC VISION 2000. Al comparar ambos sistemas, se verificó que el edificio de acero estructural presentó menor daño y mayor eficiencia frente a cargas sísmicas. A partir de la investigación se concluyó que el sistema de acero estructural ofrece un comportamiento más favorable que el de concreto armado en términos de desempeño sísmico. Curo Paredes [15], en su tesis titulada “Evaluación del desempeño sísmico de un edificio de sala multiusos de una universidad de Lambayeque aplicando el análisis estático y dinámico no Lineal”, evaluó el desempeño sísmico de un edificio de sala multiusos de la Universidad 7 Pedro Ruiz Gallo aplicando el análisis estático y dinámico no lineal. De los resultados obtenidos se observó que el análisis estático no lineal proporcionó dos curvas de capacidad con cortantes últimas de 1245.696 Tonf y 1101.905 Tonf para los ejes X y Y, con desplazamientos de 10 cm y 8 cm, logrando niveles de desempeño “Funcional” y “Seguridad de vida”, respectivamente. Por su parte, el análisis dinámico no lineal, usando registros sísmicos de Loreto (2019) y Amazonas (2021 y 2022), arrojó derivas máximas de 0.0068 y 0.0093 en los ejes X y Y, que según la metodología HAZUS corresponden a un nivel de desempeño extenso en el eje Y. A partir de dicha investigación se concluyó que el análisis dinámico no lineal reflejó con mayor precisión la vulnerabilidad de la estructura y permitió proponer un reforzamiento mediante encamisado en la dirección más desfavorable, incrementando así la capacidad de la edificación para responder ante eventos sísmicos y asegurando un nivel de seguridad estructural más alto para sus ocupantes. Fuentes Alarcón Marikryss [16], en su estudio titulado “Evaluación del desempeño sísmico según el análisis no lineal y posible reforzamiento estructural del conjunto habitacional Las Casuarinas”, orientado a evaluar el desempeño sísmico del Conjunto Habitacional “Las Causarinas” de Chiclayo aplicando el análisis no lineal estático y dinámico. Se analizo primero la estructura en base a la normativa peruana vigente, los resultados obtenidos son derivas máximas de 0.0072 y 0.0085 en los ejes X y Y respectivamente, superando los límites de deriva permisibles para edificaciones de uso residencial establecidos en la Norma Técnica E.030 . Después se realizó el análisis no lineal estático y dinámico, donde en el análisis estático “Push Over”, los resultados obtenidos de la curva de capacidad en los 3 módulos “FLAT”, en el eje X, FLAT1, la curva desciende a 41,75Tnf a 0,19m de desplazamiento; FLAT2, desciende a 37,99Tnf a 0,24m de desplazamiento; FLAT 1+DÚPLEX, desciende a 33,71Tnf a 0.37m de desplazamiento; en el eje Y, FLAT1, desciende a 54,06Tnf a 0,22m de desplazamiento; FLAT2, desciende a 39,44Tnf a 0,44m de desplazamiento; FLAT 1+DÚPLEX, desciende a 43,26Tnf a 0,50m de desplazamiento. Luego de obtener los resultados, se realizó la curva de capacidad y la curva bilineal, donde se sectorizo el punto de desempeño que se encuentra en el nivel de “Colapso” según los niveles de desempeño establecidos por el SEAOC. En conclusión, la configuración actual de su sistema estructural no garantiza un comportamiento adecuado bajo cargas sísmicas intensas. Se recomienda la implementación de medidas de reforzamiento estructural como el incremento de la rigidez lateral mediante elementos adicionales, la redistribución de masas y la mejora de conexiones estructurales, con el fin de optimizar su 8 respuesta sísmica y salvaguardar la seguridad de los ocupantes y la funcionalidad de la edificación después de un sismo. Cristhofer Yampier Díaz Vera y Aldair Humberto Tantacure Cabrejos [17], en su investigación titulada “Evaluación del Desempeño Sismorresistente de la I.E. Nicanor de la Fuente Sifuentes Aplicando el Análisis Estático y Dinámico No Lineal Chiclayo”, tuvieron como objetivo evaluar mediante la infraestructura de la institución. Realizaron las verificaciones por las normas peruanas donde se registraron distorsiones máximas de 0.0120 en X y 0.00076 en Y, cumpliendo únicamente con los límites de albañilería confinada. Por su parte, el Análisis Estático No Lineal Push Over arrojó distorsiones máximas de 0.1427 en X y 0.0072 en Y, superando los límites normativos peruanos, lo que evidencia vulnerabilidad frente a sismos intensos. En el Análisis No Lineal Dinámico Tiempo-Historia, utilizando los registros sísmicos de Condorcanqui – Amazonas (28/11/2021, Mw = 7.5), Lomas – Arequipa (14/01/2018, Mw = 6.8) y Condorcanqui – Amazonas (03/02/2022, Mw = 6.8), se obtuvieron cortantes basales promedio de 117.601 toneladas y desplazamientos promedio de 6.480 cm. Se concluyo que la estructura evaluada se encuentra en un nivel de desempeño “Colapso” en el eje X y “Funcional” en el eje Y. Esto indica que, ante un sismo fuerte, la edificación sufriría daños graves en elementos estructurales y no estructurales, perdería rigidez y resistencia, y la segur idad de las personas estaría comprometida. Portal Mideros Cesar [18], en su tesis titulada “Análisis no lineal estático y dinámico de una edificación de 5 pisos en el distrito de José Leonardo Ortiz, provincia de Chiclayo”, se propuso realizar el análisis no lineal estático y dinámico de una edificación de concreto armado de cinco pisos ubicada en el distrito de José Leonardo Ortiz, con la finalidad de evaluar su comportamiento estructural y proponer mejoras en su diseño. En el análisis Push Over, se obtuvo un desplazamiento total de 16.91 cm, con una deriva total de 0.0113 y una deriva inelástica de 0.0083, valores que cumplen con el nivel de desempeño de ocupación inmediata según los criterios de la FEMA 356. Además, se observó que ante los desplazamientos correspondientes a sismos de servicio y de diseño, las rótulas plásticas no superaron los límites de “seguridad de vida”, presentándose únicamente una rótula que sobrepasó el umbral de “prevención del colapso” bajo un sismo máximo. En el análisis Tiempo-Historia, considerando el registro sísmico de Palpa I (2018), se obtuvo un desplazamiento máximo de 6.15 cm y una cortante basal de 508.18 ton, verificándose que todas las rótulas se mantuvieron dentro del rango B–C (IO–LS), indicando un adecuado desempeño estructural frente a solicitaciones sísmicas severas. Finalmente, se concluyó que la Norma Técnica E.030 del Reglamento 9 Nacional de Edificaciones, al establecer límites de deriva exigentes, permite que las edificaciones cumplan globalmente con niveles aceptables de desempeño estructural. De igual manera en la investigación, se recomienda prestar atención a las deformaciones locales y a la concentración de esfuerzos en elementos críticos, como los bordes de confinamiento, para garantizar un comportamiento más seguro y resiliente frente a eventos sísmicos. Bases Teóricas Marco Normativo Normas para diseño Nacionales: ➢ NTP E.020. Cargas La Norma E.020 establece los requisitos mínimos para las cargas que deben soportar las edificaciones y sus componentes en Perú. Su objetivo es asegurar que las estructuras sean capaces de resistir las fuerzas a las que serán sometidas durante su vida útil, garantizando la seguridad. Además, la norma aborda la distribución y combinación de estas cargas para el diseño estructural, la estabilidad de las edificaciones (contra volteo y deslizamiento), y criterios de rigidez como desplazamientos laterales y flechas máximas para los elementos estructurales [19] ➢ NTP E.030. Diseño sismorresistente La Norma E.030 establece las condiciones mínimas obligatorias a nivel nacional para el diseño de edificaciones nuevas, el reforzamiento de las existentes y la reparación de estructuras dañadas por sismos en Perú. Su objetivo principal es evitar la pérdida de vidas humanas, asegurar la continuidad de servicios básicos y minimizar daños a la propiedad [20] ➢ NTP E.050. Suelos y Cimentaciones La Norma E.050 tiene como objetivo principal establecer los requisitos mínimos para la elaboración de Estudios de Mecánica de Suelos (EMS) con fines de cimentación de edificaciones y otras obras. Busca asegurar la estabilidad y permanencia de las construcciones, minimizar daños y promover un uso racional de los recursos [21] ➢ NTP E.060. Concreto armado 10 La Norma E.060 es un reglamento técnico que establece los requisitos y las exigencias mínimas para el análisis, diseño, materiales, construcción, control de calidad y supervisión de estructuras de concreto armado, preesforzado y simple en Perú [22] Normas para diseño internacionales: ➢ FEMA 356: Es un reglamento técnico fundamental que establece las directrices y requisitos para mejorar el desempeño de las estructuras existentes ante los sismos. El enfoque central de la norma es una metodología de diseño por desempeño, que permite a los usuarios seleccionar un nivel de desempeño específico para un nivel de amenaza sísmica definido. Este método busca aproximar el riesgo para la seguridad de la vida que tradicionalmente se ha considerado aceptable. La rehabilitación bajo esta norma establece la expectativa de que los edificios sufran daños, pero que no colapsen, protegiendo así la vida de los ocupantes [3] ➢ ASCE 41-23: Es un estándar técnico de referencia que proporciona directrices detalladas para la evaluación sísmica y el refuerzo de estructuras existentes, usando un enfoque basado en desempeño. Esta normativa define niveles de desempeño estructural (por ejemplo, Immediate Occupancy, Life Safety, Collapse Prevention) y exige que los ingenieros realicen modelos no lineales (pushover, análisis dinámico no lineal) para estimar la demanda y capacidad estructural bajo distintos escenarios sísmicos. También permite elegir el nivel de desempeño deseado para una amenaza sísmica dada, y establece criterios de aceptación basados en desplazamientos, curvaturas plásticas y daño estructural. Además, su filosofía admite que es aceptable que las estructuras sufran daños durante un sismo, siempre que se garantice la seguridad de vida y se evite el colapso, armonizando el rigor técnico con un enfoque realista de rehabilitación estructura [2] ➢ ATC-40: Esta norma propone la metodología del análisis estático no lineal (Pushover) como herramienta para obtener la curva de capacidad de la estructura y compararla con la demanda sísmica mediante el Método del Espectro de Capacidad (MEC). Asimismo, define niveles de desempeño estructural: Ocupación Inmediata (IO), Seguridad de Vida (LS) y Prevención del Colapso (CP) que permiten evaluar el estado de daño esperado 11 ante distintos niveles de sismo. El ATC-40 sentó las bases para normativas posteriores como la FEMA-273, FEMA-356 y ASCE 41, consolidando el uso del análisis no lineal como herramienta fundamental para estimar la respuesta inelástica y la capacidad de deformación de estructuras de concreto armado, promoviendo diseños más seguros y acordes con el comportamiento real durante eventos sísmicos severos [23] Marco Teórico • Análisis lineal estático o de Fuerzas Equivalentes: Según este método, las acciones sísmicas que actúan sobre una estructura pueden representarse de manera simplificada mediante un conjunto de fuerzas horizontales aplicadas en los centros de masa de cada nivel. Estas fuerzas buscan reproducir el efecto del movimiento sísmico sobre el edificio y se complementan con momentos torsores que reflejan la posible rotación de los pisos alrededor de su centro. En conjunto, esta representación permite analizar de forma práctica y aproximada la respuesta global de la estructura frente a un sismo [24]. • Análisis lineal dinámico modal espectral: ➢ Modos de vibración La Norma E.030 indica que, para realizar un análisis dinámico adecuado, es necesario considerar un modelo estructural que refleje correctamente la distribución de rigidez y masa del edificio. En este proceso, deben incluirse al menos los tres primeros modos de vibración más significativos o, en su defecto, tantos modos como sean necesarios hasta que la suma de sus masas efectivas represente al menos el 90 % de la masa total de la estructura. Esto garantiza que la respuesta sísmica obtenida sea representativa del comportamiento real del edificio frente a un movimiento sísmico [20], [24]. Ilustración 1 Modos de Vibración de un edificio con diafragmas rígidos [24] ➢ Aceleración espectral 12 Se calcula a partir de un espectro de pseudo-aceleraciones, 𝑍𝑈𝐶𝑆 𝑅 multiplicado por la gravedad. [20]. ➢ Fuerza Cortante Mínima La Norma E.030 señala que la fuerza cortante en el primer entrepiso de un edificio, obtenida mediante el análisis modal espectral, debe alcanzar al menos el 80 % del valor calculado con el método estático equivalente en el caso de estructuras regulares, y el 90 % cuando se trate de estructuras irregulares. Para satisfacer esta condición, basta con escalar las fuerzas internas obtenidas del análisis dinámico. Es importante precisar que los desplazamientos no deben ser modificados, ya que este criterio busca garantizar una resistencia lateral mínima, no un ajuste en la rigidez de la estructura [20], [24]. • Cortante basal: Según la Norma E.030, el cortante basal (también denominado fuerza cortante en la base) es la fuerza sísmica total horizontal que actúa en la base de una estructura como resultado del movimiento sísmico. Esta fuerza representa la suma de todas las fuerzas laterales que se distribuyen a lo largo de la altura del edificio y que provienen del análisis sísmico, ya sea mediante el método estático equivalente o el análisis dinámico modal espectral. En términos simples, el cortante basal mide el esfuerzo total que el sismo ejerce sobre la estructura en su base [20]. • Distorsiones máximas: Las distorsiones máximas o relaciones de deriva representan el grado de deformación lateral que puede experimentar una estructura durante un sismo. En términos simples, indican cuánto se desplaza un piso respecto al que está debajo, en proporción a la altura que los separa. Este parámetro es fundamental porque traduce el efecto real del movimiento sísmico sobre el edificio. La Norma E.030 establece límites para estas distorsiones con el fin de asegurar que las edificaciones mantengan su estabilidad y funcionalidad después de un sismo, los límites permitidos por la norma se presentan en la siguiente tabla: Tabla 1 Límites para la distorsión del entrepiso [20] 13 • Cuantía máxima de acero: La cuantía máxima es el límite superior de acero de refuerzo que puede colocarse en los elementos de concreto armado, como vigas, columnas o losas. En términos sencillos, representa la cantidad máxima de acero que puede tener una sección sin que esto afecte negativamente su comportamiento estructural. La Norma E.060 “Concreto Armado” establece este límite para asegurar que el acero y el concreto trabajen de manera equilibrada. Si se coloca demasiado acero, la sección se vuelve muy rígida y pierde su capacidad de deformarse ant es de fallar, lo que puede provocar rupturas frágiles y reducir la ductilidad de la estructura frente a un sismo. Por eso, la norma fija valores orientativos según el tipo de elemento estructural [22]. • Diseño sísmico por desempeño: Es un enfoque que busca entender y comprender cómo se comportará una edificación ante distintos niveles de sismo. No solo pretende evitar el colapso, sino también evaluar el daño que puede sufrir y su capacidad para seguir funcionando después del evento. A diferencia del diseño tradicional, que usa parámetros lineales y un único nivel de amenaza, este enfoque emplea análisis no lineales estáticos y dinámicos, para representar de forma más realista la respuesta estructural. Así, permite valorar la seguridad, funcionalidad y posibles pérdidas del edificio con mayor precisión. Según la FEMA 356 y la ASCE/SEI este enfoque define niveles de desempeño estructural que permiten relacionar la intensidad del sismo con el estado final de la edificación, estableciendo criterios de aceptación y control del daño que garantizan la seguridad de los ocupantes y la continuidad funcional del edificio [2], [3]. • Análisis no lineal estático “PushOver”: Este análisis no lineal estático consiste en someter a la estructura a cargas laterales crecientes en la misma dirección, hasta que la estructura llegue al colapso, lo cual nos permite identificar las zonas donde se concentran los daños y estimar la capacidad máxima de resistencia y desplazamiento del edificio antes del colapso [25]. 1. Curva de Capacidad Al realizar el análisis no lineal Estático, se obtiene la Curva de Capacidad estructural. Esta curva relaciona la fuerza cortante en la base (V) con el desplazamiento lateral máximo en el punto más alto del edificio (x), lo que permite visualizar como la estructura transiciona de un comportamiento elástico a inelástico, donde empieza a dañarse y aparecen rótulas plásticas en zonas críticas [26]. 14 Ilustración 2 Curva de Capacidad [26] 2. Espectro de capacidad: Es la relación desplazamiento espectral (Sd) con la aceleración espectral (Sa), Donde “Sd”, consiste en el desplazamiento estructural; y “Sa”, al resultado de la fuerza restitutiva entre la masa de la edificación, la fuerza restitutiva es la fuerza que desarrolla la edificación ante las acciones laterales, esta es la principal fuerza que recibe la masa de la edificación [26]. Ilustración 3 Curva y espectro de capacidad [26] 3. Modelo Bilineal y Fluencia efectiva: Para lograr encontrar el nivel de desempeño de la estructura, se debe definir el Punto de Fluencia Efectiva (FE) para así construir modelos bilineales; el punto de fluencia efectiva básicamente es el ingreso al comportamiento inelástico de la estructura. Los criterios que tomaran en cuenta esta investigación para construir los modelos bilineales son: 3.1. Criterio de las Rigideces Tangentes: Consiste en trazar 2 tangentes a la curva de capacidad, una en el rango elástico y otra desde el punto de cortante máximo, la intersección de ambas es Punto de Fluencia Efectiva [25]. 15 Ilustración 4 Criterio de la Rigideces Tangentes [27] 3.2.Criterio de las Áreas iguales: Este es un criterio iterativo el cual consiste en determinar el punto de fluencia efectiva hasta que las áreas exterior e interior sean iguales o similares [25]. Ilustración 5 Criterio de las Áreas Iguales [27] • Niveles de desempeño: La propuesta de la FEMA plantea una forma clara de relacionar los niveles de peligro sísmico con los niveles de desempeño estructural, estableciendo una jerarquía entre ambos para evaluar cómo responde una edificación ante diferentes intensidades de sismo [3]. En este enfoque, descrito en la FEMA 356, se definen cuatro niveles de desempeño principales: ➢ O (Operacional): el edificio mantiene su funcionalidad después del sismo, con daños mínimos [3]. ➢ OI (Ocupación Inmediata): la estructura puede seguir siendo utilizada, aunque presente daños leves no estructurales [3]. ➢ LS (Seguridad de Vida): la estructura sufre daños moderados, pero evita el colapso y protege la vida de los ocupantes [3]. 16 ➢ CP (Prevención del Colapso): la edificación llega a un estado límite, con daños severos, pero logra mantenerse en pie [3]. Tabla 2 Niveles de desempeño [3] • Análisis no lineal dinámico “Tiempo-Historia”: El análisis Tiempo-Historia simula de forma más realista el comportamiento estructural durante un sismo, aplicando registros reales o generados de aceleraciones que varían con el tiempo. Este método permite observar cómo evolucionan los daños y deformaciones en cada instante del movimiento, ofreciendo una visión detallada del desempeño de la edificación. De acuerdo con la ASCE 41-17 y FEMA, es el método más completo para estudiar la respuesta dinámica real de estructuras complejas o de importancia especial [2], [3]. Este método consiste en exponer a la estructura ante registros sísmicos escalados para obtener su respuesta frente al sismo, incluyendo derivas, desplazamientos, fuerzas cortantes y aceleraciones a lo largo del tiempo. De acuerdo con el artículo 30 de la NTP E.030, el escalamiento se realiza en un rango de 0.2 𝑇 a 1.5 𝑇, donde 𝑇 es el periodo fundamental de la estructura [20] Ilustración 6 Acelerograma de Pisco 2007 [28] 17 Materiales y Métodos Aspectos generales Ubicación del proyecto: Pomalca Av. Juan Manuel Iturregui - Av. Francisco Dávila Vega Ilustración 7 Av. Juan Manuel Iturregui - Av. Francisco Dávila Vega en Pomalca Descripción de arquitectura: ➢ Diseño de una edificación de 8 pisos destinado para uso multifamiliar. ➢ El área total en planta de 29.00 m por 28.15 m. ➢ El primer nivel está diseñado por la parte izquierda para área de recepción, sitio del guardián, sala de juegos, y terraza, y por la parte derecha un departamento. ➢ Del 2do al 8vo piso está diseñado para departamentos. ➢ Dispone de un sótano destinado al estacionamiento y depósito. ➢ De igual manera cuenta con una rampa por la parte derecha de 13.7 m de largo y 5 m de ancho cuya pendiente es de 10%. ➢ Área techada por piso = 478 m2. ➢ Área libre = 278.785m2. ➢ A continuación, se muestra los planos en planta: Ilustración 8 Plano del Sótano 18 Ilustración 9 Plano del 1er Piso. Fuente: Propia Ilustración 10 Plano de 2do a 8vo piso Fuente: Propia Tipo de Investigación • Según el periodo: Prospectiva La investigación es prospectiva, porque la obtención de los datos en base del diseño, como lo son las características del suelo, se obtendrá controlando los puntos de extracción de muestra. • Según la evolución del fenómeno: Transversal 19 El estudio es transversal, ya que la recopilación y el análisis de la información (incluyendo el estudio de suelos y el modelamiento estructural) se realizarán en un único momento del tiempo, evaluando y comparando simultáneamente las condiciones estructurales y del terreno sin necesidad de un seguimiento prolongado. • Según la interferencia del investigador: Observacional La investigación es de tipo observacional, porque no se manipulará físicamente la estructura ni el suelo, sino que se recopilarán datos del edificio y del terreno (mediante el estudio de suelos) para modelar, analizar y comparar escenarios bajo la normativa peruana, FEMA, ATC-40 y ASCE 41-23. El investigador no interviene directamente en la estructura real, sino que observa y simula sus condiciones en software para analizar su desempeño, lo cual constituye el rasgo central de los estudios observacionales. Diseño de Investigación El presente trabajo de investigación presenta un diseño de investigación cuasiexperimental, ya que se configura los parámetros de desempeño a utilizar, el tratamiento a utilizar es Pre Test y Post test con grupo de control equivalente, el cual se tendrá como grupos al Comportamiento estructural con metodología de Análisis Convencional y Comportamiento Estructural bajo el enfoque de Desempeño Sísmico, la metodología del diseño de investigación es la aplicación del desempeño sísmico y las observaciones son Capacidad Estructural y cuantías máximas de acero de elementos estructurales. Lo mencionado anteriormente, se representó en el siguiente esquema: G1: O1 → O2 G2: O3 → X → O4 G1: Comportamiento estructural con metodología de Análisis Convencional G2: Comportamiento estructural bajo el enfoque de Desempeño Sísmico X: Aplicación del Desempeño sísmico O1, O2, O3: Observaciones (Capacidad Estructural y cuantías máximas de acero de elementos estructurales ) O4: Observaciones después de aplicar el Desempeño sísmico Formulación de Problema ¿Cuál es el proceso de diseño con un enfoque basado en desempeño a emplear en un edificio de 8 niveles de concreto armado según el Reglamento Nacional de Edificaciones? 20 Hipótesis Sera posible realizar un análisis por desempeño sísmico de un edificio de 8 niveles de concreto armado de acuerdo con el Reglamento Nacional de Edificaciones. Nivel de investigación La presente investigación se ubica en el nivel explicativo, dado que busca analizar cómo el desempeño sísmico condiciona tanto el diseño estructural como el comportamiento sísmico de un edificio de concreto armado de 8 niveles diseñado bajo la normativa peruana considerando el análisis sísmico por desempeño. El estudio permite comprender cómo las exigencias de desempeño influyen en las decisiones de diseño y en la respuesta estructural frente a eventos sísmicos. Según Hernández Sampieri et al. [29], la investigación explicativa se orienta a responder al “por qué” de los fenómenos y a establecer las relaciones de causa y efecto entre variables. En este contexto, el desempeño sísmico se analiza como el factor determinante que define las características del diseño estructural y comportamiento sísmico de la edificación. Población La población está conformada por edificaciones de concreto armado en la ciudad de Chiclayo. Muestra La muestra en este estudio está conformada por un modelo estructural de un edificio de concreto armado de 8 pisos considerando el análisis por desempeño sísmico. Muestreo La muestra se definió siguiendo un muestreo por criterio del investigador, el cual pertenece al tipo no probabilístico. Variables de estudio y Operacionalización Variable independiente Variable dependiente Desempeño sísmico Diseño estructural, Comportamiento sísmico de la edificación 21 Operacionalización de variables Tabla 3 Descripción de la variable independiente y sus indicadores. VARIABLE DE ESTUDIO (INDEPENDIENTE) Desempeño sísmico DIMENSION Comportamiento sísmico de la estructura INDICADOR UND. DE MEDIDA INSTRUMENTOS DE MEDICION Aceleración (m/s2) Curva de Aceleración vs Desplazamiento Desplazamiento (m) Nivel de Desempeño estructural Punto de desempeño sísmico Fuente: Elaboración Propia. 22 Operacionalización de variables Tabla 4 Descripción de la variable dependiente y sus indicadores. VARIABLE DE ESTUDIO (DEPENDIENTE) Diseño estructural DIMENSION INDICADOR UND. DE MEDIDA INSTRUMENTOS DE MEDICION Verificaciones geométricas Rigidez kN/m Relación entre fuerza y desplazamiento Cuantía máxima de viga máx Cuantía máxima de columna máx Cuantía máxima de muros de corte máx Distorsiones máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Cortante basal kN Respuesta del modelo estructural en software. Curva de Capacidad kN vs. m Relación entre la fuerza cortante total en la base y el desplazamiento lateral máximo Distorsiones Máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Δ vs t Relación entre desplazamiento y tiempo V vs t Relación entre cortante basal y tiempo Acero en elementos estructural Análisis lineal estático y dinámico Comportamiento sísmico de la edificación Análisis no lineal estático y dinámico Tiempo-Historia m/s vs t m/s2 vs t Fuente: Elaboración Propia. 23 Cuantía de acero estructural Relación entre velocidad estructural y tiempo Relación entre aceleración estructural y tiempo Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Técnicas ➢ Observación: Para recopilar datos sobre las características y condiciones del área de estudio. ➢ Análisis de documento: Se llevo un análisis de la normativa actual peruana y normas internacionales que presentan en sus lineamientos el análisis sísmico por desempeño, también se realizó una revisión de bibliográfica relacionada con diseño estructural considerando el análisis sísmico por desempeño. ➢ Normas técnicas peruanas e internacionales: NTP E.020. Cargas NTP E.030. Diseño sismorresistente NTP E.050. Suelos y Cimentaciones NTP E.060. Concreto armado FEMA 356 ASCE 41-23 ATC-40 Instrumentos ➢ Ensayos de laboratorio de Mecánica de Suelos Análisis granulométrico (Ver Anexo 6) Limite Líquido, Plástico e Índice de Plasticidad (Ver Anexo 7) Peso Volumétrico (Ver Anexo 8) Peso Específico (Ver Anexo 9) Contenido de humedad (Ver Anexo 10) Ensayo de SPT (Ver Anexo 11) Contenido de sales solubles en suelos y aguas subterránea. (Ver Anexo 12) ➢ Análisis estructurales realizados por software Análisis lineal estático Análisis lineal dinámico modal espectral Análisis no lineal estático “PushOver” Análisis no lineal dinámico “Tiempo-Historia” ➢ Software y programas WORD, EXCEL, SAFE, ETABS, AUTOCAD, REVIT, S10, SEISMOMATCH, SEISMOSIGNAL 24 Procedimientos Etapa I: Recolección de datos 1. Recolección de fuentes bibliográficas y revisión de antecedentes relacionados con el proyecto. 2. Revisar las normativas, tanto nacionales como internacionales. 3. Adquisición de conocimientos sobre el análisis y diseño de los componentes estructurales que se utilizarán en este proyecto de investigación. Etapa II: Procesamiento de la información del diseño estructural convencional 4. Llevar a cabo los estudios pertinentes de mecánica de suelos. 5. Evaluar y desarrollar una estructuración y predimensionamiento de los componentes estructurales del diseño estructural convencional. 6. Modelado de la estructura, obtención de resultados y verificación según normativa peruana. 7. Diseño de elementos estructurales considerando las normas peruanas. Etapa III: Procesamiento de la información del diseño estructural considerando el análisis sísmico por desempeño 8. Realizar el análisis no lineal estático y dinámico de la estructura, basándose en las normas internacionales. 9. Hallar los niveles de desempeño en base al análisis no lineal dinámico, establecidos por las normas internacionales. 10. Reevaluación de los elementos estructurales para el cumplimiento de los lineamientos de desempeño de las normas internacionales. Etapa IV: Presentación y comparación de resultados 11. Elaborar metrado y presupuesto de ambas estructuras. 12. Elaborar planos de ambas estructuras. 13. Comparación de resultados del comportamiento estructural y económico obtenidos de ambas metodologías de diseño estructural. 14. Presentación del proyecto final. 25 Cronograma Tabla 5 Cronograma de las fases a seguir para culminar el documento. CRONOGRAMA ACTIVIDADES 1 MES 2°Q 2 MES 1°Q 3 MES 2°Q 1°Q 4 MES 2°Q 1°Q 2°Q 5 MES 6 MES 1°Q 2°Q Proyecto de tesis Realidad Bibliográfica Elección y delimitación del tema Planteamiento del problema Justificación de la investigación Objetivos de la investigación Antecedentes Bases teóricas Materiales y métodos Elaboración del cronograma Presupuesto del proyecto de investigación Presentación del proyecto al asesor Corregir observaciones Designación de jurado Sustentación de proyecto de tesis Seminario de Tesis I Ensayos para estudio de suelos Estructuración y predimensionamiento Modelado de diseño estructural convencional Obtención de resultados Modelado de diseño estructural considerando el desempeño sísmico por Push-Over Obtención de resultados Modelado de diseño estructural considerando el desempeño sísmico por Tiempo-Historia Obtención de resultados Determinar punto de desempeño y clasificar del edificio según las normativas internacionales Realizar un a analisis económico comparativo entre ambos diseños Verificar hipótesis Avance de tesis al 70% Seminario de Tesis II Levantar observaciones Avanzar con el informe de tesis Realizar conclusiones y recomendaciones Revisión de avance por parte del asesor Verificar Reporte de similitud de tesis Sustentación de tesis(100%) Fuente: Elaboración Propia. *Quincenal (Q) 26 7 MES 1°Q 8 MES 2°Q 1°Q 9 MES 2°Q 1°Q 2°Q 10 MES 11 MES 1°Q 2°Q 12 MES 1°Q 2°Q 13 MES 1°Q 2°Q 14 MES 1°Q 2°Q 15 MES 1°Q Presupuesto Tabla 6 Presupuesto de recursos propios para realizar el proyecto. PRESUPUESTO Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño DESCRIPCIÓN Estudio de suelo Ensayo penetración estandar (SPT) Ensayo de contenido de humedad Ensayo de Limite Liquido y Plastico Ensayo de Granulometría Ensayo de Sales Solubles Ensayo de Peso Volumétrico Ensayo de Peso Específico Servicios Internet Energía eléctrica Pasajes UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO PARCIAL TOTAL S/ 3,500.00 1 1 1 1 1 1 1 S/ 3,500.00 S/ 3,500.00 S/ 0.00 S/ 0.00 S/ 0.00 S/ 0.00 S/ 0.00 S/ 0.00 S/ 1,000.00 mes mes mes 12 12 4 S/ 50.00 S/ 30.00 S/ 10.00 S/ 600.00 S/ 360.00 S/ 40.00 S/ 4,500.00 Fuente: Elaboración Propia. 27 Colaboradores El presente proyecto tendrá como ayuda la casa de estudios “Universidad Santo Toribio de Mogrovejo” para la realización de los ensayos de mecánica de suelos como Contenido de Humedad, Limite Liquido, Limite Plástico, Granulometría, Sales Solubles, Peso Volumétrico y Especifico. 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Sera posible realizar un análisis por desempeño sísmico de un edificio de 8 niveles de concreto armado de acuerdo con el Reglamento Nacional de Edificaciones. PROBLEMA ESPECÍFICO OBJETIVO ESPECÍFICO HIPOTESIS ESPECÍFICA HIPOTESIS GENERAL 1. ¿Qué parámetros se 1. El estudio de mecánica de obtendrán a partir del 1. Realizar el estudio de suelos brindara propiedades estudio de mecánica de mecánica de suelos para el características del suelo que suelos posibles a diseño de la cimentación. se utilizara en el diseño de utilizar en el diseño de la cimentación. la cimentación? VARIABLES Variable Independiente Desempeño sísmico DIMENSIO NES Comportami ento sísmico de la estructura INDICADOR ES Punto de desempeño sísmico UNIDAD DE MEDIDA INSTRUMENTOS DE MEDICION Aceleración (m/seg2) Curva de Aceleración vs Desplazamiento Desplazamiento (m) Nivel de Desempeño estructural NORMAS METODOLOGÍA Diseño de Investigación Cuasiexperimental FEMA, ATC-40, ASCE 41 Tipo de Investigación De acuerdo con el periodo: Prospectivo De acuerdo con la evolución del fenómeno: Transversal De acuerdo con la interferencia del investigador en el fenómeno que se analiza: Observacional Variable Dependiente: Diseño estructural Nivel de investigación Verificacion es geométricas Rigidez kN/m Relación entre fuerza y desplazamiento NTP E.030. Este estudio es de carácter explicativo. Población La población está conformada por edificaciones de concreto armado en la ciudad de Chiclayo. 31 2. ¿Cuál es el proceso para seguir para realizar la estructuración, predimensionamiento, modelado, diseño de elementos estructurales y verificación en base a la normativa peruana de un edificio de 8 niveles? 3. ¿Qué diferencias existen entre la respuesta estructural obtenida mediante el análisis lineal y el análisis no lineal basado en desempeño en el edificio de 8 niveles? 2. Realizar la estructuración, predimensionamiento, modelado, diseño de elementos estructurales y verificación en base a la normativa peruana de un edificio de 8 niveles. Cuantía máxima de viga 2. El proceso adecuado de estructuración, predimensionamiento y modelado del edificio de 8 niveles permitirá un diseño estructural coherente y eficiente, garantizando la estabilidad, resistencia y rigidez necesarias para cumplir con los requisitos de seguridad establecidos en las normativas sísmicas vigentes. Acero en elementos estructural máx Cuantía de acero estructural NTP E.060. La muestra en este estudio está conformada un modelo estructural de un edificio de concreto armado de 8 pisos considerando el análisis por desempeño sísmico. Muestreo Muestreo no probabilístico-por criterio del investigador Distorsiones máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Análisis lineal estático y dinámico kN Respuesta del modelo estructural en software. Curva de Capacidad kN vs. m Relación entre la fuerza cortante total en la base y el desplazamiento lateral máximo Distorsiones Máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Cortante basal Comportamien to sísmico de la edificación 4. El análisis no lineal permitirá identificar la secuencia de formación de rótulas plásticas, derivas y mecanismos de falla en los elementos estructurales del edificio. Cuantía máxima de columna Cuantía máxima de muros de corte 3. Desarrollar una 3. El diseño basado en comparativa del desempeño permitirá desempeño estructural de obtener un análisis más elementos estructurales realista de la estructura ante sin considerar y eventos sísmicos, lo cual considerando el conlleva a que la estructura desempeño sísmico presente menos niveles de evaluando parámetros daño y mejor como distorsiones comportamiento ante sismos máximas, desplazamientos severos en comparación de y fuerzas internas. un análisis convencional 4. ¿Qué comportamiento 4. Realizar un análisis no presentan los elementos lineal estático y dinámico, estructurales del para obtener la respuesta edificio cuando se estructural de los aplican análisis no elementos estructurales lineales estático y del edificio. dinámico? Muestra Análisis no lineal estático y dinámico TiempoHistoria 32 Δ vs t Relación entre desplazamiento y tiempo V vs t Relación entre cortante basal y tiempo m/s vs t Relación entre velocidad estructural y tiempo NTP E.030. NTP E.060. FEMA, ATC-40, ASCE 41 5. ¿Cuál es el nivel de desempeño sísmico del edificio? 5. Determinar y clasificar el nivel de desempeño sísmico del edificio mediante el análisis no lineal. 5. El edificio alcanzará el nivel de desempeño Ocupación Inmediata (IO) bajo demandas sísmicas intensas cuando sea evaluado mediante el análisis no lineal TiempoHistoria. m/s2 vs t 6. ¿Cuál es el impacto económico de la implementación del análisis sísmico por desempeño en comparación con el diseño estructural convencional? 6. Realizar un análisis económico de la implementación del análisis sísmico por desempeño en comparación con el diseño estructural convencional. 6. La implementación del análisis sísmico por desempeño requerirá una inversión inicial más elevada, pero a largo plazo permitirá ahorrar costos al reducir los daños estructurales y la necesidad de reparaciones después de un sismo. Fuente: Elaboración Propia. 33 Relación entre aceleración estructural y tiempo ANEXO N°2. Operacionalización de variable independiente VARIABLE DE ESTUDIO (INDEPENDIENTE) Desempeño sísmico DIMENSION Comportamiento sísmico de la estructura INDICADOR UND. DE MEDIDA INSTRUMENTOS DE MEDICION Aceleración (m/s2) Curva de Aceleración vs Desplazamiento Desplazamiento (m) Nivel de Desempeño estructural Punto de desempeño sísmico Fuente: Elaboración Propia. 34 ANEXO N°3. Operacionalización de variables dependientes VARIABLE DE ESTUDIO (DEPENDIENTE) Diseño estructural DIMENSION INDICADOR UND. DE MEDIDA INSTRUMENTOS DE MEDICION Verificaciones geométricas Rigidez kN/m Relación entre fuerza y desplazamiento Cuantía máxima de viga máx Cuantía máxima de columna máx Cuantía máxima de muros de corte máx Distorsiones máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Cortante basal kN Respuesta del modelo estructural en software. Curva de Capacidad kN vs. m Relación entre la fuerza cortante total en la base y el desplazamiento lateral máximo Distorsiones Máximas m/m Relación entre desplazamiento y altura. Δ vs t Relación entre desplazamiento y tiempo V vs t Relación entre cortante basal y tiempo Acero en elementos estructural Análisis lineal estático y dinámico Comportamiento sísmico de la edificación Análisis no lineal estático y dinámico Tiempo-Historia m/s vs t m/s2 vs t Fuente: Elaboración Propia. 35 Cuantía de acero estructural Relación entre velocidad estructural y tiempo Relación entre aceleración estructural y tiempo ANEXO N°4. Memoria descriptiva de arquitectura 36 37 38 39 40 41 42 43 ANEXO N°5. Planos Arquitectónicos 44 45 46 ANEXO N°6. Ficha técnica: Ensayo para el análisis granulométrico Solicitante TESISTA : INGENIERIA CIVIL : Vásquez Alvines Julio Manuel TESIS : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles Ubicación : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque considerando el análisis sísmico por desempeño" : ENSAYO SUELO. Método de ensayo para el análisis granulométrico : NORMA DE REFERENCIA Calicata: SPT-01 Muestra: M-1 TAMICES (Pul) N.T.P. 399.128 : 1999 (mm) PESO % RETENIDO % RETENIDO % QUE RETENIDO PARCIAL ACUMULADO PASA DESCRIPCION DE LA MUESTRA PESO TOTAL PESO LAVADO PESO FINO LIMITE LIQUIDO : : : : g. g. g. % LIMITE PLASTICO : INDICE PLASTICIDAD : CLASF. AASHTO : CLASF. SUCS : DESCRIPCIÓN DEL SUELO : Arcilla de baja plasticidad Ensayo Malla Nº200 P.S.Seco P.S.Lav 0 0 % HUMEDAD P.S.H P.S.S. MODULO DE FINEZA Coef. Uniformidad Coef. Curvatura 400 0.000 1.1 1.1 0 CURVA GRANULOMETRICA Arena Grava Fina Gruesa Gruesa 3" 2"11/2" 1" 3/4" 1/2"3/8" 1/4"Nº4 Nº10 Media Nº30 Fina Nº100 Nº200 0.600 0.150 0.075 Arcilla y Limos 100 90 % Que pasa acumulado 80 70 60 50 40 30 20 10 0 75.0 50.0 37.5 25.0 19.0 12.5 9.5 6.30 4.75 2.00 Abertura de malla (mm) Fuente: Elaboración Propia. 47 % % (%) 200 #¡DIV/0! (%) Hum. #¡DIV/0! ANEXO N°7. Ficha técnica: Ensayo para determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad del suelo Solicitante TESISTA TESIS INGENIERIA CIVIL : Vásquez Alvines Julio Manuel : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque Ubicación ENSAYO : SUELO. Método de ensayo para determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad del suelo NORMA DE REFERENCIA : N.T.P. 399.131 Calicata: SPT-01 Muestra: M-1 Profundidad: 0.50m. - 1.50 m. 0 Datos de ensayo. Límite líquido Límite Plástico N° de tarro N° de golpes 0 Tarro + suelo húmedo 0 Tarro + suelo seco 0 Agua 0 Peso del tarro 0 Peso del suelo seco 0 Porcentaje de humedad 0 0 0 NP CONSISITENCIA FISICA DE LA MUESTRA Límite Líquido 12.53 N.P. Límite Plástico N.P. #¡DIV/0! Índice de Plasticidad N.P. -4.49 35.47 49.92 #¡DIV/0! CURVA DE FLUIDEZ y = -2.633ln(x) + 52.649 50.00 49.00 48.00 (%) HUMEDAD 47.00 46.00 45.00 44.00 43.00 42.00 41.00 40.00 10 25 Fuente: Elaboración Propia. 48 Nº DE GOLPES 100 ANEXO N°8. Ficha técnica: Ensayo Peso Volumétrico Tesista: : Vásquez Alvines Julio Manuel Escuela: Proyecto/Tesis : Ingeniería Civil Ubicación : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque :"Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" Fecha de emisión ENSAYO : Peso Volumétrico REFERENCIA : NTP 339.139 / BS-1377 SPT : SPT-01 Muestra : M-1 Peso volumétrico húmedo g/cm3 Peso volumétrico seco g/cm3 SPT : SPT-02 Muestra : M-1 Peso volumétrico húmedo g/cm3 Peso volumétrico seco g/cm3 SPT : SPT-03 Profundidad : 0.15 - 2.20m Peso volumétrico húmedo g/cm3 Peso volumétrico seco g/cm3 Fuente: Elaboración Propia. ANEXO N°9. Ficha técnica: Ensayo Peso Relativo de sálidos Tesista Escuela Tesis : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" Lugar Fecha de emisión : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque : ENSAYO : Peso específico relativo de sólidos REFERENCIA : NTP 339.131 ASTM D - 854 SPT-01 SPT-02 SPT-03 F-1 1. Nº de fiola 2. Peso de la fiola g. 3. Peso de la muestra de suelo - seco 4. Peso de la muestra de suelo seco + peso de la fiola g. (2+3) 5. Peso de la muestra + Fiola + agua g. 6. Peso de la fiola + peso de agua 7. Peso específico relativo de sólidos (Gs) g. g. (3)/((3+6)-5) g/cm Fuente: Elaboración Propia. 49 3 F-2 F-3 C-04 C-05 C-10 F-3 63.745 25.0 88.7 177.7 163.5 2.308 F-3 89.83 50.0 139.8 366.7 338.1 2.332 F-4 116 50.0 166.0 395.0 366.0 2.381 ANEXO N°10. Ficha técnica: Métodos de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo. Tesista : Vasquez Alvines Julio Manuel Escuela : Ingeniería Civil Tesis : : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque "Diseño y comparación entre un edificio de 8 pisos con sistema de acero convencional y acero con aisladores sísmicos en Chiclayo" Lugar Fecha de emisión : ENSAYO : SUELOS. Métodos de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo. NORMA DE REFERENCIA : : : N.T.P. 399.128 : 1999 : N.T.P. 399.131 : N.T.P. 339.127: 1998 Calicata: SPT-01 Analisis Granulométrico por tamizado Abertura (mm) 3" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" Nª 4 Nª 10 Nª 20 N° 50 Nª 100 Nº 200 75.000 50.000 37.500 25.000 19.000 12.500 9.500 6.300 4.750 2.000 0.850 0.300 0.150 0.075 y = -2.633ln(x) + 52.649 % Acumulados Retenido Que pasa CURVA DE FLUIDEZ 50.00 49.00 48.00 47.00 46.00 45.00 44.00 43.00 42.00 41.00 40.00 (%) HUMEDAD N° Tamiz 10 Ensayo de Límite de Atterberg Distribución granulométrico Limite liquido (LL) Limite Plastico (LP) Indice Plastico (IP) % Grava G.G. % G. F % A.G % % Arena A.M % A.F % % Arcilla y Limo Arena pobremente graduada Clasificación (AASHTO) Descripción Contenido de Humedad BUENO CURVA GRANULOMETRICA Grava 3" Arena Fina Grueso 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2"3/8" 1/4"Nº4 Media Nº10 N°20 Arcilla y Limos Fina Nº40N°50 Nº100 Nº200 100.0 % Que pasa Acumulado 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 100.000 NP NP NP Clasificación (S.U.C.S.) Descripción del suelo Total Gruesa 100 25Nº DE GOLPES 10.000 1.000 0.100 Abertura de malla (mm) Fuente: Elaboración Propia. 50 0.010 (%) (%) (%) ANEXO N°11. Ficha técnica: Ensayo SPT Tesista SPT SPT-01 ɸ SPT-01 0 N.T.N DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL NUMERO DE GOLPES N Kg/cm2 GRÁFICO q adm SIMBOLO PROF. (m) CLASIFICACIÓN CONT. HUMEDAD (%) Tesis Lugar : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque Escuela 20 40 60 Material descontrolado de desmonte 80 0 M-01 Límite líquido Índice plástico 1 Humedad natural M-02 Límite líquido Índice plástico 2 Humedad natural 3 M-03 Límite líquido Índice plástico 4 Humedad natural 5 M-04 Límite líquido 6 7 Fuente: Elaboración Propia. 51 Índice plástico Humedad natural Tesista Escuela Tesis Lugar : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque SPT : 1 PROFUNDIDAD Nf Gs (Ton/m3) P (Kg/cm2) Er Cn n1 n2 n3 n4 n5 N60 Fuente: Elaboración Propia. Tesista Escuela Tesis Lugar : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque SPT : 1 PROFUNDIDAD Nf N60 qa qa qa qa qa qa qa qa qa qa qa qa qa 1 3 13 2 4 5 6 FORMULAS Datos requeridos: B= Cw: N.F= z: Df= S= Cd=Fd= Fp= Cw= m ft m ft m ft m ft …Meyerhof Bowles …Meyerhof Fuente: Elaboración Propia. 52 7 8 9 10 11 12 q adm Kg/cm2 Tesista Escuela Tesis Lugar : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque SPT : 1 PROFUNDIDAD Nf N60 ɸ1 ɸ2 ɸ3 ɸ4 ɸ5 ɸ6 ɸ7 ɸ8 ɸ9 ɸ10 ɸ11 ɸ prom FORMULAS Fuente: Elaboración Propia. Tesista Escuela Tesis Lugar : Vásquez Alvines Julio Manuel : Ingeniería Civil : "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque SPT : 1 PROFUNDIDAD Datos requeridos: B= N.F= Df= Nf N60 m m m Fuente: Elaboración Propia. 53 q adm Kg/cm2 ft ft ft S S 1 2 S pulg ANEXO N°12. Ficha técnica: Método de ensayo normalizado para la determinación del contenido de sales solubles en suelos y aguas subterránea. Tesista : : Vásquez Alvines Julio Manuel Escula Tesis : Ingeniería Civil Lugar Fecha de ensayo : Distrito de Chiclayo, Chiclayo, Lambayeque "Diseño estructural de un edificio de concreto armado de 8 niveles considerando el análisis sísmico por desempeño" : ENSAYO : SUELOS. Método de ensayo normalizado para la determinación del contenido de sales solubles en suelos y aguas subterránea. REFERENCIA : NTP 339.152 / USBR E - 8 Calicata Muestra SPT-01 M-01 SPT-02 M-01 SPT-03 M-01 Constituyentes de sales solubles totales ppm 0 0 0 Constituyentes de sales solubles totales % 0.00 0.00 0.00 Fuente: Elaboración Propia. ANEXO N°13. Turnitin 54
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