UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“ANALISIS SISMICO USANDO ETABS PARA EVALUAR LA EFECTIVIDAD DEL COMPORTAMIENTO SISMORESISTENTE DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – DISTRITO DE CHICLAYO – PROVINCIA DE CHICLAYO DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE”

TESIS Para obtener el Título de:

INGENIERO CIVIL Presentada por: VICTOR BENJAMIN SANDOVAL CASTILLO Línea de investigación: DISEÑO SISMICO ESTRUCTURAL Asesor: ING. NOE H. MARIN BARDALES

CHICLAYO – 2017

1

DECLARATORIA DE AUTENTICIDAD

Yo, Víctor Benjamín Sandoval Castillo, estudiante de la Facultad De Ingeniería de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad César Vallejo, identificado con DNI Nº 44335384, con la tesis titulada “ANALISIS SISMICO USANDO ETABS PARA EVALUAR LA EFECTIVIDAD DEL COMPORTAMIENTO SISMORESISTENTE DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – DISTRITO DE CHICLAYO – PROVINCIA DE CHICLAYO - DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE”.

Declaro bajo juramento que:

1) La tesis es de mi autoría.

2) He respetado las normas internacionales de citas y referencias para las fuentes consultadas. Por tanto, la tesis no ha sido plagiada ni total ni parcialmente.

3) La tesis no ha sido auto plagiado; es decir, no ha sido publicada ni presentada anteriormente para obtener algún grado académico previo o título profesional.

4) Los datos presentados en los resultados son reales, no han sido falseados, ni duplicados, ni copiados y por tanto los resultados que se presenten en la tesis se constituirán en aportes a la realidad investigada.

De identificarse la falta de fraude (datos falsos), plagio (información sin citar a autores), auto plagio (presentar como nuevo algún trabajo de investigación propio que ya ha sido publicado), piratería (uso ilegal de información ajena) o falsificación (representar falsamente las ideas de otros), asumo las consecuencias y sanciones que de mi acción se deriven, sometiéndome a la normatividad vigente de la Universidad César Vallejo.

Chiclayo, agosto del 2017

______

Víctor Benjamín Sandoval Castillo

DNI Nº 44335384

2

Dedicatoria

Dedicamos este trabajo principalmente a

Dios, por habernos dado la vida y permitirnos el haber llegado hasta este momento tan Importante de nuestra formación.

A mis padres por su apoyo y comprensión

brindados en todo momento; Raúl

Sandoval coronado, Amalia Castillo

LLontop y Hermanos: Cinthia Sandoval C,

Anderson Sandoval.

3

AGRADECIMIENTOS

A Dios y a nuestros padres, por guiarnos en el buen camino, permitiéndonos culminar con éxito nuestra carrera profesional y así contribuir con el desarrollo de nuestro país.

A nuestro asesor: Ingeniero NOE H. MARIN BARDALES, por su asesoría y orientación durante el desarrollo del presente proyecto de investigación.

4

PRESENTACIÓN

Señores miembros integrantes del jurado calificador, de conformidad con el reglamento de grados y títulos de la universidad cesar vallejo, muestro de mi consideración la tesis denominada: “ANALISIS SISMICO USANDO ETABS PARA EVALUAR LA EFECTIVIDAD DEL COMPORTAMIENTO SISMORRESISTENTE DE LA INFRAESTRUCTURA EDUCATIVA DE LA INSTITUCION EDUCATIVA 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – DISTRITO DE CHICLAYO – PROVINCIA DE CHICLAYO - DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE.

Es una preocupación constante conocer, el grado de seguridad que ofrecen las edificaciones destinadas a la educación de nuestro país, en los casos de eventos sísmicos de severa y moderada intensidad en la seguridad, integridad y salvaguardar la vida de la población.

Recolección de la información para la evaluación del comportamiento sísmico, se tomó los datos del plantel del cual se obtuvo: planos de la estructura, los cuales permitieron ejecutar la configuración para el modelo, de las especificaciones técnicas se definió las secciones y materiales. Las cargas muertas que soporta la estructura fueron calculadas teniendo en cuenta la distribución arquitectónica y los usos de los ambientes.

Para la evaluación del análisis sísmico, los parámetros considerados fueron tomados de la RNE E030, E.020, E0.60.

Los resultados obtenidos no muestran un comportamiento adecuado de la estructura según la norma E030.

5

INDICE

CARATULA

PAGINAS PRELIMINARES

Declaratoria de autenticidad------2 Dedicatoria------3 Agradecimiento------4 Presentación------5 Índice------6 Índice de Tablas y Cuadros------8 RESUMEN------10 ABSTRACT------11

I. INTRODUCCIÓN

1.1. Problemática------13 1.2. Antecedentes------17 1.3. Justificación------20 1.4. Problema------20 1.5. Hipótesis------20 1.6. Objetivos------21 1.7. Variable------21 1.8. Operacionalización de variables------22 1.9. Metodología------25 1.10. Población y muestra de la investigación------26

1.11. Técnicas e instrumentos para recolección de datos------26

1.12. Técnica del análisis de los datos------26

1.13. Fases de la investigación------26

6

II. MARCO METODOLÓGICO

2.1. Fundamentación científica, técnica o humanista------29 2.2. Sismicidad del norte peruano------41 2.3. Norma peruana sismo resistente E-030-2016------46 2.4. Sismo resistencia------53 2.5. Peligro sísmico------57 2.6. Vulnerabilidad sísmica------57 2.7. Riesgo sísmico------58 2.8. Glosario de terminología sísmica------59 2.9. Glosario referente al análisis sísmico------61

III. FUNDAMENTACION DEL ANALISIS SISIMICO------62

IV. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS------75

V. ANALISIS SISMICO EN ETABS------91

VI. RESULTADOS------110

VII. PROPUESTA MEJORADA------113

VIII. RESULTADOS DE LA PROPUESTA MEJORADA------129

IX. CONCLUSIONES------132

X. RECOMENDACIONES------139

XI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS------141 ANEXOS A) Reporte Fotográfico------143 B) Planos de la Estructura Existente ------146 C) Planos de Mejora ------147

7

INDICE DE TABLAS Y CUADROS

Pág.

CUADRO

Cuadro Nº 1 Principales Sismos Ocurridos En La Zona Norte del Perú------45

Cuadro Nº 2 secciones de columnas y vigas de los planos------95

Cuadro Nº 3 distorsiones del módulo------111

Cuadro Nº 4 secciones de columnas y vigas de mayor dimensión------115

Cuadro Nº 5 resultados de momentos y cortantes------122

Cuadro Nº 6 distorsiones del módulo en propuesta mejora------130

TABLA

Tabla Nº 1 variable independiente------23

Tabla Nº 2 variable dependiente------24

Tabla Nº 3 escala de intensidad Mercalli modificada------38

Tabla Nº 4 factor de escala de aceleración espectral------125

FIGURAS

Figuras Nº1 falla de columna------16

Figuras Nº2 relación entre el epicentro y el sitio de influencia------30

Figuras Nº 3 Dirección de propagación de ondas------31

Figuras Nº 4 Dirección de propagación de ondas------31

Figuras Nº 5 y 6 Dirección de propagación de ondas s en su

Comportamiento tridimensional------32

Figuras Nº 7 grafico que muestra cómo trabaja de un sismógrafo------34

8

Figuras Nº 8 Muestra de un espectro de aceleraciones------35

Figuras Nº 9 Tipos de Falla Geológica Según Desplazamiento------40

Figuras Nº 10 Falla por Desgarramiento: Falla de San Andrés------40

Figuras Nº 11 Muestra de la falla de San Andrés------41

Figuras Nº 12 mapa de regionalización sísmica 1970------48

Figuras Nº 13 mapa de zonificación sísmica 1977------49

Figuras Nº 14 mapa de zonificación sísmica 1997------50

Figuras Nº 15 módulos educativos------51

Figuras Nº 16 mapa de zonificación sísmica 2003------51

Figuras Nº 17 mapa de zonificación sísmica 2016------52

Figuras Nº 18 institución educativa------76

Figuras Nº 19 plano de ubicación------77

Figuras Nº 20 y 21 plano distribución------78

Figuras Nº 22 y 23 plano elevación------79

Figuras Nº 24 plano de corte------80

Figuras Nº 25 estadística de calidad educativa------81

Figuras Nº 26 plano de arquitectura------85

Figuras Nº 27 a N° 55 procedimientos del programa etabs------92

Figuras Nº 56 modulo analizado por el programa etabs------109

Figuras Nº 57 a 73 procedimientos del programa etabs propuesta mejorada------114

Figuras Nº 74 a 80 fotografías de planos------134

9

RESUMEN

El presente trabajo se ha realizado dada la inquietud que existe en cuanto a la seguridad que ofrecen las edificaciones que están al servicio de la educación, siendo uno de los centros educativos propuestos, la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – DISTRITO DE CHICLAYO – PROVINCIA DE CHICLAYO - DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE, la cual ha sido diseñada sísmicamente en base a la Norma Sismo resistente del 1997, habiendo sido superada por la NORMA TECNICA E030 del 2016, y la NORMA E060.

La mayoría de códigos reconoce la complejidad del diseño sísmico de las edificaciones y define alcances u objetos generales. En el caso de la Norma Peruana vigente el criterio sismo resistente se expresa señalando que las edificaciones se comportan considerando las posibilidades de daños estructurales leves; resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales importantes con una posibilidad remota de ocurrencia del colapso de la edificación, todo esto con la finalidad de reducir el riesgo de pérdidas de vidas humanas y daños materiales.

Es por ello se hace necesario el estudio del desempeño sísmico de las edificaciones peruanas como prevención ante diferentes niveles de amenaza sísmica.

El presente estudio de análisis sísmico corresponde a 01 módulo escolar de la Institución Educativa I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – DISTRITO DE CHICLAYO – PROVINCIA DE CHICLAYO DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE, que consiste en evaluar el comportamiento sismo resistente según las Normas Sismo resistente vigente E030-2016 mediante el análisis computarizado ETABS.

El Módulo Escolar evaluado sísmicamente es el Módulo I compuesto de 2 niveles, 4 aulas por nivel, galería de circulación.

Obteniendo como resultado del análisis incremental indican que la estructura tiene la resistencia requerida en un sentido (X-X) y no segura ante cualquier

10 eventualidad sísmica (punto en el cual se ha producido un cambio importante en mejorar la rigidez y resistencia lateral del edificio analizado).

ABSTRACT

The present work has been carried out due to the concern that exists regarding the security offered by the buildings that are at the service of education, being one of the proposed educational centers, IE 11023 ABRAHAM VALDELOMAR - CHICLAYO DISTRICT - PROVINCE OF CHICLAYO - LAMBAYEQUE DEPARTMENT, which has been designed seismically based on the Resistant Earthquake Standard of 1997, having been surpassed by the TECHNICAL STANDARD E030 of 2016, and the STANDARD E060.

Most codes recognize the complexity of seismic design of buildings and define general scope or objects. In the case of the current Peruvian norm the resistant quake criterion is expressed by indicating that the buildings behave considering the possibilities of slight structural damages; To withstand moderate earthquakes considering the possibility of significant structural damage with a remote possibility of occurrence of the collapse of the building, all with the purpose of reducing the risk of loss of human life and property damage.

This is why it is necessary to study the seismic performance of Peruvian buildings as prevention against different levels of seismic threat.

The present study of seismic analysis corresponds to 01 school module of the Educational Institution I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR - CHICLAYO DISTRICT - CHICLAYO PROVINCE DEPARTMENT OF LAMBAYEQUE, which consists of evaluating the resistant earthquake behavior according to the current Resistant earthquake E030-2016 by means of the computerized analysis ETABS.

The Seismically Evaluated School Module is Module I composed of 2 levels, 4 classrooms per level, circulation gallery.

Obtaining as a result of the incremental analysis indicate that the structure has the required resistance in one direction (X-X) and not secure in the event of any seismic event (a point in which there has been a significant change in improving the rigidity and lateral resistance of the analyzed building).

11

CAPITULO I

INTRODUCCION

12

1.1 PROBLEMÁTICA.

Con la agudeza de los desastres naturales en las ciudades se ve afectada la cualidad de vida de la población, deteriorando la infraestructura existente, alterando por consiguiente la economía local y regional. Es por ello que se plantean alternativas técnicas para de manera razonada y efectiva proporcionar las previsiones necesarias para reducir el impacto de dichos fenómenos.

El Perú está situado en una de las regiones de más alta actividad sísmica que existe en la tierra, por lo tanto está expuesto a un Peligro Sísmico permanente. Según la historia, los terremotos más devastadores ocurridos en el Perú (1966, 1970, 1974, 1996, 2001 y 2007) han causado un impacto social y económico muy importante en nuestro país.

En las últimas décadas se han obtenido importantes cambios en la infraestructura educativa en el Perú en lo referente a la concepción sismo resistente. Los Centros Educativos son categorizados como “Edificaciones Esenciales” según la Norma Peruana de Diseño Sismo resistente E.030, en la cual nos señala literalmente que: “su función no debe interrumpirse inmediatamente después que ocurra un sismo de severa intensidad”.

Actualmente en nuestro país (según el informe del Ministerio de Educación 2014), se cuenta con aproximadamente 106 Mil instituciones educativas, de las cuales 79 mil son públicos y 27 mil son privados, los mismos que han sido construidos en épocas diferentes, con variada arquitectura y diversidad de materiales.

La mayoría de edificaciones educativas fueron construidas en épocas donde los códigos constructivos no tomaban en cuenta la protección contra sismos, volviéndolas estructuralmente vulnerables a los terremotos. En este contexto los centros educativos quedarían severamente dañados, debiendo el estado peruano invertir numerosos recursos económicos con la finalidad de recuperar la infraestructura afectada. Es así, que realizando con la debida anticipación la evaluación sismo resistente de los edificios educativos, se reducirían considerablemente los gastos post-sismo.

13

En los años 1997 y 2003, la norma peruana de diseño sismo resistente sufrió actualizaciones importantes que trajo como consecuencia un cambio notorio en el sistema estructural de las edificaciones educativas. El aumento de los requerimientos de rigidez de esta norma ocasionó que en los nuevos edificios incrementaran las dimensiones de las columnas y vigas. A partir de 1997 el INFES empezó a construir edificaciones educativas significativamente más robustas, las mismas que denominó como: “Modulo 780 Reforzado”.

En la actualidad por desconocimiento de las normas vigentes, se sigue construyendo edificaciones escolares vulnerables. Se podría estimar que un 80% de las Construcciones Escolares Estatales son Vulnerables, esto significa que no cumplen las Normas Vigentes de Diseño Sismo resistente. En cuanto a la Infraestructura de los Colegios Privados los resultados tampoco son muy alentadores. Se ha comprobado que el “Modulo 780 Reforzado” ha demostrado un buen desempeño tanto en el Sismo del 2001 en Arequipa como en el reciente Sismo del 2007 en Pisco, se considera pertinente mencionar las características de este sistema y resaltar su aceptación en las Instituciones y profesionales involucrados.

En tal sentido todos los proyectos de Ingeniería deben cumplir con los requisitos mínimos de calidad, así como las normas y reglamentos establecidos tanto en su etapa de diseño como en la de construcción, con un riguroso control de calidad que satisfagan su funcionamiento y durabilidad en bien de todos los beneficiarios.

14

1.1.1 A NIVEL INTERNACIONAL.

En Guatemala, según el ing. Kenny Corzo veliz, de la facultad de ingeniería, de la (universidad de san Carlos de Guatemala), en su tesis, diseño de un modelo estructural con el programa ETABS, manifiesta que:

En una revisión del programa ETABS® es una programa de análisis y diseño estructural basado en el método de los elementos finitos con características especiales para el análisis y diseño estructural de edificaciones. Este programa trabaja dentro de un sistema de datos ingresados, todo lo que se necesita es integrar el modelo dentro de un sistema de análisis y diseño con una versátil interface. Los efectos que el programa proporciona son instantáneos.

En Venezuela, según el ing. Alves Gonzales & Lares Fernández, 2011 de la facultad de ingeniería, universidad de nueva Esparta, manifiesta que:

En una revisión de diferentes estructuras irregulares frente a las solicitaciones sísmicas, proponen el método de análisis sísmico por superposición modal, con tres grados de libertad por cada nivel, de acuerdo a lo establecido en la norma COVENIN 1756, 2001. Las edificaciones sismo resistentes de una estructura tipo regular denominada MR, en Venezuela que a partir de la cual, fueron diseñadas para su uso de las cuales determinaron, modificaciones geométricas y funcionales de su configuración estructural y se diseñaron de acuerdo a las normas de edificaciones MI -1 Y MI-2, que posterior mente fueron analizadas del mismo modo, permitieron hacer la comparación de las estructuras para garantizar la seguridad de la población.

1.1.2 A NIVEL NACIONAL.

En el Perú, el ing. Taboada García & de Izcue Uceda, de la universidad católica del Perú, Comentan: Análisis y Diseño 2009, desde el punto de vista del desarrollo de la ingeniería moderna, los movimientos sísmicos cobran una vital importancia, en vista de su efecto sobre las edificaciones y la imposibilidad de predecirlos, dependiendo de los diferentes usos que se le da a cada ambiente.

15

El comportamiento observado en los terremotos de Arequipa hace suponer, que en futuros sismos moderados, las estructuras construidas luego de 1997 no tendrán que ser reparados como se tuvo que hacer los sismos anteriores, lima 1974, Huaraz 1970, etc.

No obstante la mayor parte de los centros educativos han sido construidos antes de 1997, por consiguiente la gran mayoría de ellos son altamente vulnerables.

Sin embargo es de esperar que otro sismo similar al de Arequipa, en cualquier parte del territorio, dañe seriamente los lo cales escolares o instituciones educativas.

Se concluye que es necesario el reforzamiento de las estructuras, con el objeto de reducir daños que ocasionan los sismos moderados que nos sorprenden con cierta frecuencia.

Se debe buscar un sistema sencillo y económico que garantice al menos la reducción de daños en sismos moderados y mejorara también el comportamiento de sismos severos.

Fig. 1 – Falla de columna corta en un pabellón de la I.E. Casimiro Cuadros – Moquegua Fuente: blog.pucp.edu.pe/

16

1.1.3 A NIVEL LOCAL.

El departamento Lambayeque está ubicado dentro de una zona de sismicidad intermedia alta, cuyas características son de sismicidad 7.5 (escala de Richter), de intensidad entre VIII y IX y tomando en consideración la escala de Mercalli, Chiclayo se encuentra afectada por sismos de grado VIII. En el año 2003 Chiclayo fue considerado como centro piloto a nivel nacional, donde se realizaron estudios sobre “EVALUACION DE PELIGROS Y VULNERABILIDAD SISMICA”, Distinguiéndose en dos variantes, geodinámica interna (licuación de arenas, suelos expansivos, intensidad sísmica); geodinámica externa (inundaciones por acción pluvial y por desbordes).

1.2 ANTECEDENTES.

1.2.1 A NIVEL INTERNACIONAL:

En HAITI, Ing. Eric Hernández en estudios realizados: “vulnerabilidad sísmica”, 2010. Cita algunos antecedentes internacionales sobre estudios de vulnerabilidad sísmica de una estructura, un grupo de estructuras o una zona urbana completa, como su predisposición intrínseca a sufrir daños en caso de movimientos sísmicos de una intensidad determinada.

A través de los conocimientos y experiencia el ingeniero realizo estudios, para evaluar los efectos de los sismos y proponer medidas de prevención y mitigación de un desastre sísmico deben considerarse como parte fundamental de un proceso de desarrollo integral a nivel regional y urbano.

En España, ingeniero en geología. Dr. Tupak Ernesto Obando Rivera, 2009; cita: algunos antecedentes internacionales de los estudios realizados en España los más característicos son los de vulnerabilidad de estructuras, edificios, instalaciones etc. Donde propone la Evaluación de posibles pérdidas, propuestas de mitigación y planes de prevención.

Según Los estudios de vulnerabilidad sísmica, aplicados a la planificación urbana y a la protección civil ofrecen conocimientos actualizados sobre las pérdidas derivadas de un terremoto importante, aspectos básicos para la prevención y adopción de medidas de mitigación.

17

Los estudios de vulnerabilidad surgen a partir del siglo XX, como una necesidad de las consecuencias que han ocurrido en distintos lugares del mundo (por ejemplo en Haití, Ecuador, 1949 destrozo en un 90%, Tokio, Japón en 1923) los ingenieros fueron encargados de determinar los efectos de los sismos en las estructuras, edificaciones y viviendas de sugerir medidas que minimizaran en el futuro.

En 1983, La UNESCO público un documento en el cual analiza los principales problemas en la construcción de edificios escolares, resistentes a los desastres naturales, en este estudio se analiza el papel que juega el edificio escolar en caso de desastres, con el objetivo de proponer las acciones que sean requeridas para prevenir y atender una emergencia. Es imprescindible, uso de las principales condiciones de diseño de las escuelas en zonas donde existe amenaza sísmica.

1.2.2 A NIVEL NACIONAL.

A nivel nacional, María Ángela Astorga Mendizábal y Rafael Aguilar Valdez,

En su tesis, para optar el grado de magister en ingeniería civil, (2006) denominada: “evaluación del riesgo sísmico de edificaciones educativas peruanas” propone como identificar, Los sistemas estructurales, de las instituciones educativas peruanas y extender las herramientas para apreciar las pérdidas y calcular su desempeño.

En esta valiosa investigación llega a las siguientes conclusiones:

- Primero se identifican cinco tipos estructurales como las más representativas.

Un tipo corresponde a los edificios de adobe, tres tipos a los edificios de concreto y albañilería construidos antes de 1997 y un tipo a los edificios de concreto y albañilería muy robustos que se empezaron a construir después de 1997 y que representan el 2% del total de edificaciones. Para estimar pérdidas se construyeron funciones de distribución de daño para diferentes escenarios de sismicidad en base a las cuales se obtuvieron curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. En el país no existe información estadística sobre los daños de edificios escolares afectados por terremotos, ni tampoco sobre sus características estructurales. Por este motivo, se recurrió a la opinión de expertos

18

en ingeniería estructural para estimar el comportamiento esperado. Para la presentación del tema y la recolección de información se empleó el método Delphi. Los resultados indican que los edificios de adobe quedarían irreparables (daño mayor a 60%) para eventos con intensidades de VII MM o más.

- Para los edificios de concreto albañilería construidos antes de 1997 y para los de reciente construcción se encontró que el daño irreparable se alcanzaría desde intensidades de IX MM y X MM respectivamente. Se estudió el desempeño de los edificios ubicados en las zonas de mayor sismicidad en sismos frecuentes (50 años de periodo de retorno y 0.2g de aceleración pico del suelo) y en eventos mayores (500 años de periodo de retorno y 0.4g de aceleración pico).

- Los resultados indican que en sismos frecuentes, los edificios de concreto- albañilería construidos después de 1997, según la norma de diseño sismo- resistente tendrían daños menores al 5% y en sismos severos alcanzarían 40% de daño. Para los edificios de concreto-albañilería anteriores a 1997 y para los edificios de adobe los daños serían importantes en sismos frecuentes de un (20% y 45% respectivamente) y en sismos severos ambos tipos de edificios quedarían irreparables (65% y 95% de daño). Para completar el desarrollo de un plan nacional de protección de la infraestructura educativa es necesario que el estado recopile y organice la información necesaria para lograr una representación cuantitativa de la distribución geográfica y de las condiciones locales de la infraestructura educativa. En paralelo al desarrollo de este plan, concluye que es necesario organizar programas de reducción de vulnerabilidad de bajo costo para las edificaciones en mayor riesgo.

1.2.3 A NIVEL LOCAL.

Acerca de proyectos se han formulado estudios sobre evaluación o vulnerabilidad sísmica, a nivel local de edificios construidos en la ciudad de Chiclayo, principalmente en instituciones educativas, considerando un plan de prevención ante desastres, con la finalidad de brindar un tratamiento más integral a la problemática y seguridad física de las ciudades.

19

1.3 JUSTIFICACION.

El presente proyecto se basa en su justificación, en el beneficio imprescindible para diagnosticar el grado de seguridad que brinda la I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR de Chiclayo, de tal modo, el Alumnado como el personal docente administrativo que concurren diariamente a las instalaciones de la institución educativa; en el cual se busca verificar la seguridad del diseño de las estructuras edificadas con la Norma vigente.

Así mismo básicamente se contribuirá a implementar las medidas correctivas de reforzamiento estructural o mejoramiento de acuerdo a los resultados obtenidos del presente análisis.

Los edificios dañados en el Perú, después de un sismo, se refuerzan además de reparar sus daños, mejorar las instalaciones de la infraestructura, además el estado tiene la obligación de invertir en la reparación y reforzamiento de cada edificio que interviene.

Si se tomarán las medidas necesarias con anticipación, ante un post sismo, los gastos de reparación podrían reducirse o eliminarse significativamente.

1.4 FORMULACION DEL PROBLEMA.

¿Cómo evaluar la efectividad del comportamiento sismo resistente de la infraestructura de la institución educativa 11023 Abraham Valdelomar – Distrito de Chiclayo – provincia de Chiclayo – Departamento de Lambayeque?

1.5 HIPOTESIS.

Consiste en proponer el resultado de la evaluación del comportamiento Sismoresistente de la infraestructura de la institución educativa 11023 Abraham Valdelomar – Chiclayo, utilizando el software ETABS, el cual nos indica si la estructura cumple con los requisitos de la norma E-030 2016.

20

1.6 OBJETIVOS.

1.6.1 Objetivo general.

Realizar el análisis sísmico aplicando el software ETABS para analizar la efectividad del comportamiento Sismoresistente en la estructura de la institución educativa 11023 Abraham Valdelomar – Distrito de Chiclayo – provincia de Chiclayo – Departamento de Lambayeque. Teniendo en cuenta la norma técnica E-030 2016 actualizada.

1.6.2 Objetivos específicos.

• Cuantificar el desempeño sísmico del estado actual de la edificación existente ante diferentes niveles de solicitaciones sísmicas, según la Norma E030.

• Determinar los parámetros que definen la fuerza sísmica y/o el espectro de diseño.

• Encontrar las distorsiones y desplazamientos máximos de la estructura y contrastarlos con la norma sismo resistente E-030.

• Lograr resultados del análisis sísmico usando ETABS para la verificación de los requisitos mínimos que establece la norma E – 030 y el reglamento nacional de edificaciones.

• Elaborar una propuesta de mejora o reforzamiento de la estructura según sea el caso.

1.7 VARIABLES.

1.7.1 Variable dependiente.

• Evaluación del comportamiento sísmico de la estructura de la I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – CHICLAYO.

1.7.2 Variable independiente.

• Efectividad del comportamiento Sismorresistente de la edificación de la I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR – CHICLAYO.

21

Indicadores.

• Ubicación geográfica de la edificación o estructura, materia de investigación.

• Levantamiento topográfico, toma de medidas y datos específicos de los elementos estructurales.

• Digitalización de planos mediante el software Auto Cad.

• Metrado de cargas de la estructura.

• Modelar la edificación mediante el software ETABS.

• Análisis de cargas estáticas y dinámicas según norma E-030 2016 actualizada.

• Verificación de resultados.

1.8 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES.

1.8.1 Evaluación del Comportamiento Sísmico de la Edificación.

En el modelo seudo-tridimensional se supone a la estructura como un ensamble de pórticos planos. Las rigideces de cada pórtico en su plano son mucho mayores que aquellas en la dirección transversal, que se consideran despreciables. Igualmente se desprecian las rigideces torsionales de todos los elementos.

Los pórticos se suponen interconectados solamente por las losas de entrepiso, que actúan como diafragmas infinitamente rígidos en su plano.

Como consecuencia, no se consideran deformaciones axiales en las vigas, es decir se supone que en cada pórtico todos los mides de un piso tienen el mismo desplazamiento horizontal.

Es también habitual despreciar las deformaciones de corte en las vigas, en contraste con los elementos verticales (columnas o placas), para los que se consideran deformaciones de flexión, axiales y de corte. Las fuerzas de inercia se consideran concentradas en los niveles que corresponden a las losas de entrepiso. Con estas hipótesis puede plantearse un modelo numérico con tres grados de libertad por piso.

22

1.8.2 Procedimientos y Métodos de Análisis del comportamiento sísmico.

Para encontrar un equilibrio adecuado entre estos diversos requerimientos se necesita un conocimiento lo más preciso posible de los efectos internos que se originarán en las diversas componentes de la estructura como resultado de las acciones externas o fuerzas laterales.

Como resultados se aplicara las normas de Diseño Sismo resistente que conlleven al diseño sísmico, con resultados precisos afín de garantizar la seguridad de la edificación ante cualquier evento sísmico.

1.8.2.1 Variable Independiente.

DEFINICION TECNICAS E VARIABLE CONCEPTUAL DIMENSIO INDICADO INSTRUMENTO N R S Es el estudio detallado de los Ubicación Análisis de datos componentes Tipo de Mediciones Evaluación del estructurales, no estructura Software comportamient estructurales de Estudio Uso de la AutoCAD o sísmico un determinado comparativo edificación Software ETABS. nivel de daño ante un evento sísmico. Según (hamburger,1997 )

Tabla N° 1 - variable independiente Fuente: propia

23

1.8.2.2 Variable Dependiente.

VARIABLE DEFINICION DIMENSION INDICADOR TECNICAS E CONCEPTUAL INSTRUMENTOS

Es la eficie- ncia del diseño de construcción Análisis de de las documentos edificaciones Comportamie Parámetros La efectividad ante un sismo nto sismo establecidos del y cuyos resistente en la norma E- Norma E-030 comportamient parámetros 030 diseño o son sismorresiste sismorresistent establecidos nte e por la norma E-030

Tabla N° 2 - variable dependiente Fuente propia

24

1.9. METODOLOGIA.

1.9.1 Enfoque de estudio.

En este proceso de investigación se realizó el diseño de los métodos y procedimientos que fueron utilizados para evaluar el problema.

El presente estudio desarrollado se efectuó utilizando la evaluación evaluativa y comparativa, sistemáticamente mi investigación está dirigida a reunir información, testimonios y pruebas, para analizar dicha información y traducir a expresiones valorativas, comparadas con los criterios técnicos para sacar conclusiones, con los objetivos propuestos.

El fin fundamental de la aplicación de la investigación evaluativa es determinar la toma de decisiones si la estructura cumple o no con las condiciones de seguridad Sismoresistente.

1.9.2 Diseño de la Investigación.

El diseño de esta investigación es, descriptiva, de campo no experimental y documental.

Descriptiva, porque comprende el registro, análisis e interpretación del fenómeno en estudio y trabaja sobre realidades de hecho.

De Campo, porque no hay manipulación de variables, solo se observa su relación en su contexto natural.

No experimental, porque no se construye una situación específica, solo se observa la que existe en su contexto real.

Documental, porque la investigación se fundamenta en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales o electrónicos y su originalidad se refleja en el enfoque de acuerdo al pensamiento del autor de la investigación.

25

1.10 Población y muestra de la investigación.

Siendo la población el conjunto de todos los elementos de la misma especie que presentan una característica determinada y la muestra un conjunto de esa población. Entonces en mi investigación y de acuerdo a las investigaciones anteriores, concluimos que la población y la muestra coinciden, pues el Módulo uno de la Institución Educativa “11023 Abraham Valdelomar es el único de este tipo en dicha institución.

1.11 Técnicas e instrumentos para recolección de Datos.

En correspondencia con los objetivos del presente estudio, se emplearon como técnicas e instrumentos de recolección de datos: la observación en sus modalidades directa e indirecta, y la entrevista, ésta última orientada a la indagación de información de los módulos existentes referente a su antigüedad y antecedentes constructivos.

1.12 Técnicas del análisis de los Datos.

La forma para procesar la información recopilada fue cuantitativa y cualitativa.

La técnica de análisis cuantitativo, se desarrolló para la obtención de la vulnerabilidad sísmica y la aplicación de los programas de análisis y cálculo estructural y la técnica de análisis cualitativo, para la selección y ordenamiento de datos obtenidos a través de la bibliografía, documentos, exploraciones, etc.

1.13 Fases de la Investigación.

En consideración a los objetivos propuestos el estudio constó de varias etapas las cuales se describen a continuación:

Etapa 1: Esta etapa comprendió ubicación física-geográfica de la edificación y la búsqueda de planos de arquitectura y estructurales del Módulo uno de la Institución Educativa 11023 Abraham Valdelomar Chiclayo.

Etapa 2: Aquí se procede a realizar el trabajo de campo con la toma de medidas y datos específicos de elementos estructurales y elaboración de planos para verificar la distribución del módulo. Y para determinar la resistencia y características del suelo donde se encuentra edificada la estructura.

26

Etapa 3: Digitalización de planos de acuerdo a la información obtenida en campo, según la etapa 2. Se realizó utilizando el software Auto Cad.

Etapa 4: Compilación, observación, exploración y revisión bibliográfica de los documentos especializados como de los instrumentos normativos, con el objeto de reunir todo lo concerniente al contenido de vulnerabilidad sísmica de edificaciones, peligro sísmico, evaluación sismo resistente y alternativas de reforzamiento estructural.

Etapa 5: En esta etapa correspondió al desarrollo de las técnicas y procedimientos escogidos para la evaluación estructural del Módulo uno de la Infraestructura Educativa 11023 Abraham Valdelomar Chiclayo, Metrado de cargas, modelamiento, análisis de cargas estáticas y dinámicas con el software Etabs.

Etapa 6: Obtención y verificación de resultados, por lo consiguiente la elaboración de recomendaciones de reforzamiento si así lo requiera.

27

CAPITULO II

MARCO METODOLÓGICO

28

2.1 FUNDAMENTACIÓN CIENTÍFICA, TÉCNICA O HUMANISTA (MARCOTEÓRICO)

2.1.1 DEFINICIÓN DE SISMO

Los sismos, terremotos o temblores de tierra, son vibraciones de la corteza terrestre, generada por distintos fenómenos, como la actividad volcánica, la caída de los techos de cavernas subterráneas y hasta por explosiones. Sin embargo los sistemas más severos y los más importantes desde el punto de vista de la ingeniería, son los de origen tectónicos, que se deben a desplazamientos bruscos de las grandes placas en que esta subdividida dicha corteza. Las presiones que se generan en la corteza por los flujos de magma desde el interior de la tierra llegan a vencer la fricción que mantiene en contacto los bordes de las placas y produce caídas de esfuerzo y liberación de enormes cantidades de energía almacenadas en la roca. La energía se libera principalmente en forma de ondas vibratorias que se propagan a grandes distancias a través de la roca.

Es esta vibración de la corteza terrestre la que pone en peligro las edificaciones que sobre ellas se desplazan, al ser esta solicitada por el movimiento de su base. Por los movimientos vibratorios de las masas de los edificios, se generan las fuerzas de inercia que inducen esfuerzos importantes en los elementos de la estructura y que pueden conducir a la falla.

Además de la vibración, hay otros efectos sísmicos que pueden afectar las estructuras, principalmente los relacionados con fallas del terreno, como son los fenómenos de licuación, de deslizamiento de laderas y de aberturas de grietas en el suelo. No se trata esos fenómenos que corresponden a condiciones muy particulares de subsuelo que requieren estudios especializados.

2.1.2 GENERACIÓN DE SISMO

El sismo se genera por el corrimiento de cierta área de contacto entre placas. Se identifica un punto, generalmente subterráneo que se denomina foco o hipocentro donde se considera se inició dicho movimiento; a su proyección sobre la superficie de la tierra se le llama Epicentro.

29

La corteza está afectada por fallas geológicas, se ha observado que la actividad sísmica se encuentra en algunas zonas donde los movimientos a lo largo de estas fallas son particularmente severos y frecuentes. Es en los bordes de las grandes placas tectónicas, la zona donde se libera la mayor parte de energía sísmica en un gran arco, conocido como Cinturón Circum-Pacífico, un tramo del cual está constituido por la zona de subducción entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana

Figura 2 - relación entre el epicentro y el sitio de influencia Fuente: (https://es.wikipedia.org/wiki/Epicentro)

2.1.3 MOVIMIENTOS SÍSMICOS DEL TERRENO

La energía liberada por un sismo se propaga desde la zona de ruptura, mediante diversos tipos de ondas que hacen vibrar la corteza terrestre. Se identifican ondas de cuerpo que viajan a grandes distancias a través de la roca y ondas superficiales que se deben a reflexiones y refracciones de las ondas de cuerpo, cuando estas llegan a la superficie o a una interface entre estratos. Las ondas de cuerpo se dividen en ondas “P” también llamadas principales o de dilatación, y en ondas “S” o secundarias o de cortante. En las ondas “P” las partículas de la corteza experimentan un movimiento paralelo a la dirección de propagación. En las ondas “S” las partículas se mueven transversalmente a la dirección de propagación.

30

Figura 3 - Dirección de propagación de ondas S Fuente: (https://web.ua.es/es/urs/divulgacion/propagacion-de-ondas-sismicas.html)

Figura 4 - Dirección de propagación de ondas P

Las ondas de cuerpo se propagan a grandes distancias y su amplitud se atenúa poco a poco. La velocidad de propagación de las ondas “P” es mayor que las de las ondas “S”, por lo que a medida que nos alejamos del epicentro crece la diferencia de tiempo de llegada de los tipos de trenes de ondas.

Las ondas “S” producen un movimiento del terreno más intenso y de características más dañinas para las edificaciones que las ondas “P”. Por la complejidad de los mecanismos de ruptura y por la irregularidad de las formaciones geológicas por las que viajan las ondas y por las múltiples

31 refracciones y reflexiones que sufren durante su recorrido, el movimiento del terreno en un sitio dado es muy complejo e irregular.

Figura 5 y 6 Dirección de propagación de ondas s en su comportamiento tridimensional Fuente: (https://web.ua.es/es/urs/divulgacion/propagacion-de-ondas-sismicas.html)

2.1.4 MEDICIÓN DE SISMOS

Para medir la intensidad de los sismos se utiliza la magnitud, lo que se pretende cuantificar es la energía liberada por el temblor y su potencial destructivo global, de manera semejante a lo que se hace con las bombas. La escala de magnitud más común es la de Richter, que se basa en la amplitud de un registro en condiciones estándar, sin embargo, debemos tener presente que esta escala fue propuesta para temblores en California, empleando un sismógrafo particular.

32

Para medir eventos en otras zonas sísmicas, que pueden ser más grandes y lejanos, varios autores han propuesto escalas basadas en registros de diversos tipos de ondas. Dichas escalas se limitan, no obstante a temblores de ciertas características y se saturan es decir, dejan de crecer cuando alcanzan valores alrededor de 8 aunque la destructividad del temblor siga aumentando, por esto, los sismólogos han desarrollado una medida más directa de la energía disipada por un sismo denominada momento sísmico, el cual es el producto de la rigidez a cortante de la corteza terrestre por el área de ruptura y por el deslizamiento de la falta que genera el temblor. Se ha relacionado el momento sísmico con las escalas convencionales, estando estos trabajos ganando aceptación como una escala universal, ya que es adecuada para medir eventos muy grandes y sin basarse en ningún tipo de ondas. Sismos de magnitudes menores de 3 son sismos instrumentales que difícilmente perciben las personas. Sismos de magnitud menor que 5 rara vez llegan a producir daño, excepto cuando son muy superficiales y sólo muy cerca del epicentro. Sismos de magnitud de 5 a 7 afectan zonas relativamente pequeñas y caen en la definición genérica de sismos de magnitud intermedia a Medida que aumenta la magnitud crecen la zona afectada y la violencia del movimiento del terreno los grandes sismos son de magnitud superior a 7 y no existe un límite superior teórico de la escala de Richter. Los sismos de mayor magnitud que se han estudiado llegan cerca de 9 en dicha escala.

Del punto de vista de ingeniería no interesa tanto la magnitud del sismo como sus efectos en los sitios donde existen o se van a construir las edificaciones.

Esto se refiere a la severidad de la sacudida sísmica que se experimenta en un sitio dado, a esta característica de los sismos se llama Intensidad, y es claro que un sismo, aunque tiene una sola magnitud, tendrá diferentes intensidades según el sitio donde se registre. En general la intensidad decrece a medida que nos alejamos de la zona epicentral, y para una misma distancia epicentral, son más intensos los sismos de mayor magnitud.

33

Tampoco para la intensidad existe buena escala universalmente aceptada. Las escalas más precisas son las del tipo instrumental, que definen por ejemplo, la intensidad en función de la aceleración máxima del terreno del sitio de interés. Sin embargo, por la imposibilidad de contar con instrumentos colocados precisamente en los diferentes sitios donde interesa conocer la intensidad, se prefiere recurrir a escalas de tipo más cualitativo que se basan en la severidad de los daños producidos, en la violencia con que es sentido por las personas y en cambios producidos en la superficie del terreno. La escala de intensidades más usada es la de Mercalli Modificada, una de cuyas versiones más recientes asignan intensidades entre I y XII. Intensidades de IV o menores no corresponden a daño estructural y una intensidad de X corresponde a una destrucción generalizada. La mayor debilidad de la escala de Mercalli, señalan los textos, es que toma sólo marginalmente la calidad sismo resistente de los edificios que se encuentran en la zona afectada.

Figura 7 - grafico que muestra cómo trabaja de un sismógrafo Fuente: (http://universobservado.blogspot.pe/2012/06/tipos-de-sismografos.html)

34

Figura 8 - Muestra de un espectro de aceleraciones Fuente: (http://ingcivilperu.blogspot.pe/2011/02/registros-sismicos-peru-19511974.html)

2.1.4 REGISTROS SÍSMICOS ACELEROGRAMAS

Entre los aparatos para medir los sismos se encuentran los sismógrafos, que se usan principalmente para determinar los epicentros y mecanismos focales. Para fines de ingeniería los más importantes son los acelerógrafos que proporcionan la variación de las aceleraciones con el tiempo en el lugar que están colocados. El número y la calidad de estos aparatos van aumentando extraordinariamente en los años recientes y ha permitido grandes avances en el conocimiento de las características de la excitación sísmica inducida en las construcciones. Los mismos aparatos colocados en los edificios permiten determinar la respuesta a estos a la acción sísmica.

Los acelerógrafos contienen sensores dispuestos de manera de registrar la aceleración del terreno en tres direcciones ortogonales (dos horizontales y una vertical).

Los parámetros más importantes para definir la intensidad del movimiento y sus efectos en las estructuras son la aceleración máxima, expresada como fracción de la gravedad, la duración se refiere a la rapidez del cambio de dirección del movimiento y es importante en cuanto va a definir el tipo de estructura que será más afectado. Este último punto se refleja en la forma del llamado espectro de respuesta. Por ahora podemos decir que mientras más cercanos sean los periodos dominantes del movimiento del suelo y el periodo fundamental de Vibración de la estructura, más críticos serán los efectos del sismo.

35

2.1.4 PELIGRO SÍSMICO

Los estudios geológicos y la historia de la actividad sísmica permiten identificar las zonas sismo genéticas, ósea aquellas donde existen fallas tectónicas activas cuya ruptura genera sismos. Los movimientos sísmicos del terreno se presentan no sólo en las zonas sismo genéticas sino en todas aquellas que están suficientemente cercanas a las mismas para que lleguen a las ondas sísmicas de amplitud significativa. Por tanto, el peligro sísmico se refiere al grado de exposición que un sitio dado tiene a los movimientos sísmicos, en lo referente a las máximas intensidades que en él pueden presentarse.

En una zona sismo genética se producen sismos de diferentes magnitudes, según el tamaño del tramo de falla que se rompe en cada evento. Ocurre, generalmente, un gran número de eventos de pequeña magnitud y la frecuencia de ocurrencia disminuye en forma exponencial con las magnitudes que suele suponer un modelo.

La mayoría de los centros activos de terremotos actuales se localizan a lo largo de dos fajas situadas en la superficie terrestre, una de ellas se extiende alrededor de las regiones costeras del Océano Pacifico, iniciándose en las Indias Orientales sigue a través de las Filipinas, Japón y las Islas Aleutianas, para descender después por las costas occidentales de América del Norte y América del Sur. La otra corre desde Europa (sierras alpinas) siguiendo el mar Mediterráneo oriental hasta los Himalaya y las Indias Orientales donde se une la primera faja. Se ha estimado que un 80% de toda la actividad sísmica ocurre en la primera faja, denominada “Cinturón Circum - Pacifico“; quedando el 15% para la segunda, conocida como ‘Cinturón Alpino”, y el 5% restante se reparte en el resto del mundo.

El Perú, según su geografía, pertenece al Círculo Circum-Pacifico (0.0S - 18.5S y 68.5W - 83.0W).

36

2.1.5 RELACIÓN ENTRE ESCALA DE INTENSIDAD Y MEDIDA

Para llevar a cabo un análisis realista del comportamiento de estructuras sometidas a temblores, el ingeniero debe conocer suficientes características dinámicas del movimiento del suelo, que son obtenidas con la ayuda de acelerómetros, y la falta de éstos como es el caso de Bolivia, supone la carencia de registros de aceleración, fundamentales para el análisis estructural sísmico. Por esta razón y con el afán de deducir valores útiles para diseño, aún a partir de intensidades referidas a escalas subjetivas, se han desarrollado diversos estudios que correlacionan los valores de intensidad en diversas escalas, con las características dinámicas de los sismos como la velocidad y aceleración del suelo, que tienen la ventaja de ser magnitudes instrumentales.

En la Tabla 1.0 se expone como Medida de Intensidad la Aceleración Máxima del suelo y como Escala de Intensidad la Mercalli Modificada, las cuales han sido correlacionadas. Es necesario señalar que las apreciaciones de las aceleraciones están basadas en la experiencia de quien propuso la correlación, basándose principalmente en observaciones de eventos sísmicos pasados y ensayos de laboratorio que permitieron correlacionar las roturas producidas en diferentes modelos a escala construidos sobre mesas vibrantes con las aceleraciones en ellas aplicadas. De este modo se puede hacer una analogía entre los daños de los modelos construidos a escala con el nivel del daño en las estructuras reales, especificados en grados de intensidad según sea la escala utilizada y relacionarlos con la aceleración correspondiente que los provocó.

37

Tabla 3 - Escala de Intensidad Mercalli Modificada

38

2.1.8 FALLAS GEOLOGICAS

Las fallas son fracturas en las cuales ha tenido lugar el desplazamiento relativo de los dos lados de la ruptura. La longitud de las fallas puede alcanzar desde varios metros hasta cientos de kilómetros y extenderse desde la superficie a varias decenas de kilómetros de profundidad.

La presencia de fallas en la superficie no necesariamente implica que el área tiene actividad sísmica, así como la inexistencia de las mismas no implica que el área sea sísmica, ya que muchas veces las fracturas no alcanzan a aflorar en la superficie.

Si bien la superficie en una falla puede ser irregular, esta puede ser representada aproximadamente como un plano, el cual está descrito por su rumbo y buzamiento. El rumbo es la línea de intersección del plano de falla con un plano horizontal; el azimut del rumbo es utilizado para describir su orientación respecto al Norte y el buzamiento es el ángulo de inclinación desde el plano horizontal hasta el plano de falla.

TIPO DE FALLA

Según su movimiento, existen tres tipos de falla: normal, inversa y de desgarradura. Las fallas normales son propias de las zonas en tracción; se produce un desplazamiento hacia abajo de la porción inferior. Las fallas inversas corresponden a zonas de compresión, se produce un desplazamiento hacia arriba de la porción inferior.

Las fallas por desgarramiento implican grandes desplazamientos laterales entre dos placas en contacto, la falla de San Andrés es un ejemplo ilustrativo de este tipo Figura 2.2 y la Figura 2.3 muestra claramente la naturaleza del desplazamiento en cada caso.

39

Figura 9 - Tipos de Falla Geológica Según Desplazamiento Fuente: (http://emagia1013.blogspot.pe/2012/07/8-junio-de-2012-192919-temblor-con.html)

Figura 10 - Falla por Desgarramiento: Falla de San Andrés Fuente: (https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/ciencias-de-la-tierra/geologia/terremotos- tsunamis-y-fallas-geologicas/)

40

Figura 11 - Muestra de la falla de San Andrés Fuente: (https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/ciencias-de-la-tierra/geologia/terremotos- tsunamis-y-fallas-geologicas/)

2.2 SISMICIDAD DEL NORTE PERUANO

El patrón de sismicidad puede ser dividido en dos partes:

1. A lo largo de la Costa del Pacífico, un pliegue yace paralelo a la línea costera. Esto corresponde al límite donde la placa de Nazca subduce bajo la placa Sudamericana. Este pliegue presenta mayor actividad en su extremo sur, debido a la Subducción de la zona de Fractura Mendaña.

Los mayores terremotos ocurren allí. Algunos de ellos tuvieron una longitud de ruptura aproximada de 100 Km. como los terremotos de 1619 y 1970.

2. Los terremotos cerca la fosa son de tipo de falla superficial opuesto con deslizamiento en dirección del este al noreste, lo cual es cercanamente paralelo a la dirección de movimiento relativo de la placa de Nazca sobre la placa Sudamericana.

3. En la zona sub.-andina, otro pliegue es mostrado sin sobre cabalgamiento de la placa continental. Este, tiene una tendencia paralela a la Cordillera de los Andes. La mayoría de los eventos continentales tienen lugar en esta zona de transición entre la cordillera este y el margen oeste de la zona sub-andina. La mayoría de los terremotos superficiales tienen su mecanismo de origen de tipo de falla opuesta con eje compresivo en la dirección este-oeste. Los 41

planos de falla asociados con estos terremotos se consideran que tienen inclinación al oeste. En esta región, tales fallas opuestas han formado características topográficas.

Desde 1606 a la fecha el departamento de Lambayeque, ha sido afectado por terremotos, en su mayoría con epicentros localizados en el Océano Pacífico, generando intensidades en la Escala Modificada de Mercalli menores de VII grados en Lambayeque, Zaña y Chiclayo.

Un resumen de la sismicidad histórica del Perú, se encuentra en el Silgado, E., “Historia de los sismos más notables ocurridos en el Perú, 1513-1974”, 1978, Instituto de Geología y Mineralogía, L

Los sismos más importantes para el área del departamento de Lambayeque se describen como sigue:

- 1606 marzo 23, a 15 horas, se estremeció violentamente la tierra de Zaña, Lambayeque. - 1619 Febrero 14, a las 11:30 a.m. Terremoto en el Norte del Perú que arruinó los edificios de Trujillo y sus templos extendiéndose la destrucción a las Villas de Zaña y Santa.

Murieron aquel día 350 personas, las cuales quedaron sepultadas en las ruinas. Este movimiento de tierra se sintió fuerte en Lima, aunque no hizo daños, según lo refirió Fray Antonio Vásquez de Espinosa (1628) que se encontraba en el interior de una platería, decía que vio salir a los pobladores huyendo de sus casas a la calle, agregando que dentro de cuatro días se supo el gran daño que había hecho (en Trujillo) para que el Virrey le enviase algún socorro por haber quedado tan destruida del terremoto.

- 1725 enero 6, a 23:25. Un notable movimiento sísmico ocasionó diversos daños en Trujillo. En los nevados de la Cordillera Blanca originó la rotura de una laguna glaciar, desbordándose, arrasó un pueblo cercano a Yungay muriendo 1500 personas. El sismo se sintió en Lima. - 1759 septiembre 2, a 23:15 horas. Un gran terremoto causó cinco víctimas en Trujillo y averió sus construcciones. La Catedral sufrió daños en sus

42

bóvedas, arquerías y torres. Sentido a lo largo de la Costa entre el pueblo de San Pedro, Lambayeque, hasta la villa de Santa. En los pueblos de las sierras de Huamachuco fue intenso. - 1907 Junio 20, a 06:33, sismo localizado por Sieberg (1930) a 7° 5, 81° 0, Grado de Mercalli en Chiclayo, Lambayeque y Etén. Grado IV en Olmos y menor intensidad en Trujillo y Huanca bamba. En Lima y Callao fue breve, con prolongado ruido. - 1907 Julio 24, a 05:10, temblor sentido en la costa, entre Lambayeque y Casma en la región central en Tarma, Cerro de Pazco, Huánuco, y en la Selva entre Masi sea y Puerto Bermúdez. - 1912 julio 24, a 06:50. Terremoto en el Norte, arruinó la ciudad de Piura y poblaciones circunvecinas, ocasionando muertos y heridos. Sieberg (1930) estimaba una intensidad de X-Xl en el área epicentro que nos parece hoy algo exagerada en vista del tipo, edad y calidad de las construcciones que predominaban en esa ciudad de comienzos de siglo.

Dentro de esa área quedaron afectadas las provincias de Piura, Huancabamba, Jaén en el Perú y las poblaciones ecuatorianas limítrofes, que incluían la del Guayas. La ciudad de Piura con más edificaciones fue la más afectada, Quedando en condiciones habitables sólo el uno por ciento. Las estadísticas de la época evaluaron las pérdidas en un millón y medio de soles.

Sobre el terremoto, en el cauce del río Piura, se formaron grietas con emanación de agua, otros daños afectaron el terraplén del ferrocarril.

En el puerto de Paita se produjeron agrietamientos del suelo. Al sur de la ciudad de Trujillo y en el puerto de Salaverry se estimó una intensidad de Grado VI RF. A juzgar de Picón (1926), el epicentro macro sísmico estuvo situado dentro del Departamento de Piura, en una región de la Cordillera Occidental al este de Huanta, EN de Piura y NW de Huancabamba.

- 1917 Mayo 20, a 23:45. Fuerte temblor en Trujillo que agrietó paredes en edificios públicos, Palacio de Arzobispado, local de la Beneficencia, hospitales, iglesias, monasterios y en muchas viviendas. El sismo fue fuerte en Zaña a 150 Km. de Trujillo en Chimbote y en Casma.

43

- 1937 junio 21, a las 10:13 horas. Gran temblor sentido en la costa desde el paralelo 5° hasta 11° de latitud Sur y hacia el interior unos 160 Km. área probable de percepción: 315,000 Km. En la ciudad de Trujillo ocasionó caída de cornisas y rajaduras de paredes. En Lambayeque y en el puerto de Salaverry, derrumbes parciales de las torres de las iglesias. Intensidad VI de la escala MM. Ligeros daños en las ciudades andinas de Cajamarca y Cutervo. Fuerte en Chimbote y Casma.

Sentido en todas las poblaciones del Callejón de Huaylas hasta Chiquián, lo mismo que en Celendín, San Marcos, Poma-bamba, situados en la vertiente del alto Marañón.

- 1935 julio 06 a las 23:50 horas. Movimiento sísmico en el NW de Perú, sentido fuertemente en Piura, Sullana, Chulucanas, lugares en los que causó alarma. Percibido con regular intensidad en Chepén, Lambayeque. - 1951 Mayo 08 a las 15:03 horas. Movimiento Sísmico regional sentido en los paralelos 7° y 12° latitud 5. La ciudad de Chiclayo tuvo el grado V de la escala MM. - 1959 febrero 07 a las 4:38 horas. La región costera del NW entre Tumbes y Chiclayo, fue sacudida por otro fuerte sismo que ocasionó ligeros deterioros en algunas viviendas de cemento de la ciudad de Talara. Intensidad grado VI MM. El ruido y estremecimiento causaron alarma en las poblaciones de Tumbes, Palta, Piura, Talara, Sullana, Chulucanas y Chiclayo, en donde algunas familias abandonaron apresuradamente sus hogares pese a la hora. - 1962 noviembre 15 a las 18:25. Originado en las costas de Trujillo. Daños leves a las construcciones pobres. Sentido en Chiclayo, Trujillo y Chimbote. - 1963 Agosto 30, a las 10:30 horas. Intenso temblor en el NW. Rotura de objetos decorativos y menaje en Piura. Grado V MM. Alarma en Chiclayo y Trujillo - 1969 febrero 04, a las 23:11 horas. Las ciudades del norte de país, especialmente Trujillo y Chiclayo fueron sacudidas por un violento sismo. En Chiclayo causó gran alarma.

44

- 1969 noviembre 22, a las 17:02 horas. Movimiento sísmico en el NW. En Piura ocasiona dos muertos, varios heridos y mucho daño a las construcciones, horas después, un pequeño tsunami golpeaba las costas del Departamento de Lambayeque. La primera ola tenía nueve metros de altura, causó daños en los puertos de Etén y Pimentel y en las caletas de Santa Rosa y San José, así como la muerte de tres personas; la Isla de Lobos de Afuera situada a 10 millas frente al puerto de Pimentel, fue barrida completamente. Siguieron otras dos olas de menor magnitud. - 1971 julio 10, a 20:33 horas, un fuerte sismo en NW del país produjo en Sullana la caída de dos viviendas antiguas ya dañadas por el terremoto de diciembre de 1969 y ligeros desperfectos en otras viviendas. Hubo alarma en Piura y Tumbes. Con menor intensidad se sintió en Chiclayo y Trujillo. Se anota que antes del sismo se sintieron en Piura y Tumbes dos ligeros movimientos, uno a las 4:30 y otro a las 15:10 horas.

A continuación se hace un resumen de los principales sismos ocurridos en la

Zona norte del país:

FECHA PROFUNDID INTENSIDAD/LOCALIZACIÓN AD (KM.)

1606/03/23 80 VI Zaña y Lambayeque

1619/02/14 50 IX Trujillo, Zaña

1759/09/02 60 V Trujillo y V Lambayeque

1857/08/20 40 IX Piura

1902/01/02 40 VI Cascas y Chimbote VI Chiclayo

1912/07/24 30 X Piura

Cuadro Nº 1 - Principales Sismos Ocurridos En La Zona Norte del Perú Fuente: instituto geofísico del Perú 2016

45

2.3 NORMA PERUANA SISMO RESISTENTE E-030-2016

Norma modificada mediante Decreto Supremo N° 003-2016-VIVIENDA, de fecha 24 de enero 2016, de cuyo contenido resaltaremos los aspectos más importantes:

Capítulo 1 – Generalidades

1.2 Alcances

Se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, al reforzamiento de las existentes y a la reparación de las que resultaran dañadas por la acción de los sismos.

Adicionalmente al diseño y construcción de estructuras sismo resistentes, se deberá tomar medidas de prevención contra los desastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento sísmico; fuego, fuga de materiales peligrosos, deslizamientos masivos de tierra.

1.3 Filosofía y Principios del diseño sismo resistente: a) Evitar pérdidas de vidas. b) Asegurar la continuidad de los servicios básicos. c) Minimizar los daños a la propiedad.

En concordancia con tal filosofía, esta norma considera los siguientes principios: a) La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las personas, aunque podría presentar daños importantes, debido a movimientos sísmicos calificados como severos para el lugar del proyecto. b) La estructura debería soportar movimientos del suelo calificados como moderados para el lugar del proyecto, pudiendo experimentar daños reparables dentro de límites aceptables. c) Para las edificaciones esenciales, se tendrán consideraciones especiales orientadas a lograr que permanezcan en condiciones operativas luego de un sismo severo.

46

1.4 Concepción Estructural Sismo resistente

Debe tomarse en cuenta la importancia de los siguientes aspectos:

- Simetría, tanto en la distribución de masas como de rigideces. - Peso mínimo, especialmente en los pisos altos. - Selección y uso adecuado de los materiales de construcción. - Resistencia adecuada frente a las cargas laterales. - Continuidad estructural, tanto en planta como en elevación. - Ductilidad, entendida como la capacidad de deformación de la estructura más allá del rango elástico. - Deformación lateral, limitada. - Inclusión, de líneas sucesivas de resistencia (redundancia estructural). - Consideración de las condiciones locales. - Buena práctica constructiva y supervisión estructural rigurosa.

2.3.1 Antecedentes Evolutivos de la Norma Sismo resistente

AÑO 1963

- En 1963 ACI introduce el diseño a la Rotura.

- En esos años ya era común el uso del ACI, para hacer los diseños de los diferentes elementos de las edificaciones. El código de 1963 fue muy divulgado en nuestro medio.

- Se hacen construcciones importantes con nuevos sistemas constructivos, como las losas en dos direcciones, con casetones o waffles, con losas sin vigas, con viguetas pretensadas prefabricadas, con volados grandes, con vigas chatas de luces importantes, etc. La ingeniería peruana estaba al día con los sistemas constructivos en concreto armado, pre o pos tensado e incluso prefabricado.

AÑO 1964

Primer proyecto de Norma Peruana, basada en la de SEAOC (Structural Engineers Association of California) quien establece 4 niveles de severidad.

47

Asimismo propone cinco niveles de desempeño, que se encuentran en función al comportamiento de la estructura, instalaciones y elementos no estructurales en general.

Según el SEAOC el comportamiento que se espera de la edificación depende de la importancia que tenga para la sociedad, hay tres categorías, las comunes, las esenciales y las de seguridad crítica. Según ello se puede tener el comportamiento deseado para cada categoría según el sismo,

AÑO 1970

Primera Norma Peruana: para la determinación de la Fuerza Sísmica Lateral se utilizaba la siguiente expresión:

H = U K C P

Ecuación Nro 1

Donde:

H = Fuerza sísmica lateral,

U = Coeficiente sísmico según

La regionalización y uso de la Edificación.

K = Tipo de estructura (sistema estructural)

P = Peso de la edificación.

Fig. 12: mapa de regionalización sísmica 1970 Fuente: http:// image.slidesharecdn.com/

C = Factor del % de carga permanente más carga viva (función del periodo de la estructura)

No existía factor de amplificación de la fuerza y se indicaba que el profesional autor del proyecto determinaría el aumento de los coeficientes sísmicos que se pudiera requerir según la naturaleza del terreno.

48

AÑO 1977

Segunda Norma Peruana, se incorpora la Norma Básica de Diseño al Reglamento Nacional de Construcciones, la que reemplaza a la Norma anterior.

El problema de fondo era que esta Norma sísmica, subestimaba los desplazamientos laterales. Las juntas de una o dos pulgadas resultaron insuficientes para separar realmente los parapetos y la estructura.

Se utilizaba la siguiente expresión:

H = ZUSC*P

Rd Ecuación Nro. 2

Donde:

H = Fuerza cortante sísmica basal

Z = Factor debido a la zona

U = Factor debido al uso de la edificación

S = Factor debido al tipo de suelo

Fig. 13: mapa de zonificación sísmica 1977 Fuente: http://image.slidesharecdn.com/ C = Coeficiente sísmico

P = Peso de la edificación. AÑO 1997

Tercera Norma Peruana, constituye la primera Norma oficialmente publicada por el Ministerio de Vivienda y Construcción.

Debido al sismo de 1996, ocurrido en Nazca, se observaron serios daños presentados en los colegios INFES. En ese sismo se comprobó que las deformaciones laterales de las edificaciones eran mayores que los resultados que se obtenían con los coeficientes de la Norma Sísmica de 1977, por lo que se decide cambiar la Norma.

49

El nivel de fuerzas no debería cambiarse, si no el cálculo de los desplazamientos laterales de entrepiso (estructuras más rígidas). Se hace una nueva Norma, manteniendo el nivel de fuerzas, pero obteniéndose desplazamientos 2.5 veces mayores que los obtenidos con la antigua norma. Para esto se cambian los coeficientes de la expresión general (H = ZUSC / R), cambiando los valores de R, ahora multiplicados por 2.5.

V = ZUSC*P

Rd

Ecuación Nro 3

C/ R > 0.1

Ecuación Nro 4

1.25 C = 2.5 Tp T

Ecuación Nro 5

Fig. 14: mapa de zonificación sísmica 1997 Fuente: http:// image.slidesharecdn.com/

50

Fig. 15 – Módulos Educativos 780 Reforzados con Estructuras Rígidas – Exigencia de Regularidad=Sin Daños después del Sismo Fuente: http:// image.slidesharecdn.com

AÑO 2003

Actualización de la Tercera Norma Peruana de Diseño Sismo resistente.

Debido al sismo del 2001 ocurrido en Moquegua, Arequipa y Tacna, se decide hacer algunos ajustes a la Norma Sísmica de 1997. En esta oportunidad se amplifican las fuerzas sísmicas por 1.25 de tal manera de tener un sismo amplificado a Cargas Últimas, lo que implicaba modificar los Factores de Reducción Sísmica “R”. V = ZUSC*P R

Ecuación Nro 6

C = 2.5 Tp ; C < 2.5 T

Ecuación Nro 7 C/ R > 0.125

Ecuación Nro 8

Fig. 16: Mapa de Zonificación Sísmica 2003 Fuente: http:// image.slidesharecdn.com/

51

Dentro de los cambios que podemos resaltar, están los coeficientes de amplificación de cargas, para el diseño por resistencia, que han quedado definidos en: 1.4 para carga muerta y 1.7 para carga viva (en lugar de 1.5 y 1.8)

El último ACI disminuye estos factores a 1.2 y 1.6, pero por otro lado cambia los factores Ö, de reducción de resistencia.

AÑO 2016

En el caso de la Norma Peruana E.030 actualizada recientemente con fecha 24 de Enero 2016, mediante Decreto Supremo Nro. 003-2016 – Vivienda, el Criterio Sismo-Resistente expresa cinco cambios sustanciales:

a) Se definen cuatro zonas sísmicas. b) Se definen cinco tipos de suelos.

1) S0= Roca Dura

2) S1= Roca ó Suelos muy Rígidos

3) S2= Suelos intermedios

4) S3= Suelos Blandos

5) S4= Condiciones Excepcionales

c) Se incorpora irregularidad tanto en planta como en elevación.

Ia = Factor de Irregularidad de Altura

Ip=Factor de Irregularidad en Planta

Fig. 17.- Mapa de Zonificación Sísmica 2016 Fuente: http:// image.slidesharecdn.com/

Se define un nuevo espectro de diseño (ahora con 3 intervalos).

a) Se modifica ligeramente la ecuación de distribución de las fuerzas laterales por sismo.

T < TP C = 2,5 Ecuación Nro 9

TP < T < TL Ecuación Nro 10

52

C = 2,5 ·(TP /T ) Ecuación Nro 11

2 T > TL C = 2,5 · ( TP* TL)/ T Ecuación Nro 12

2.4 SISMO RESISTENCIA

La Sismo Resistencia es una propiedad o atributo con la que se dota a una edificación, mediante la aplicación de técnicas de diseño de su configuración geométrica y la incorporación en su constitución física, de componentes estructurales especiales que la capacitan para resistir las fuerzas que se presentan durante un movimiento sísmico, lo que se traduce en protección de la vida de los ocupantes y de la integridad del edificio mismo (jota 06, 20.2009).

Fratelli (1999), señala que cuando ocurren sismos, estos se presentan como movimientos aleatorios horizontales y verticales en la superficie de la tierra, pero con mayor énfasis en el movimiento horizontal. Generalmente las estructuras son mucho más rígidas y resistentes para la respuesta ante cargas verticales en comparación con su respuesta ante cargas horizontales. A medida que el terreno se mueve, la inercia tiende a mantener la estructura en su sitio original, lo cual conlleva a la imposición de desplazamientos y de fuerzas inerciales que pueden tener resultados catastróficos. Las fuerzas sísmicas que actúan sobre la estructura tienen origen inercial.

En zonas sísmicas, los terremotos de gran intensidad tienen menor probabilidad de ocurrencia durante la vida útil de la estructura, por lo cual, dentro de los fundamentos del diseño se considera que ante movimientos sísmicos menores, solo se aceptan daños no estructurales despreciables, que no afecten el funcionamiento de la estructura. Ante movimientos sísmicos moderados las estructuras podrán sufrir daños en sus componentes no estructurales y muy pocos daños en los componentes estructurales, mientras que para los movimientos sísmicos de diseño establecidos en la norma, debe existir muy baja probabilidad de alcanzar el estado de agotamiento resistente y los daños estructurales y no estructurales sean en su mayoría reparables. Para

53 movimientos sísmicos excepcionalmente severos, que superan a los especificados en la norma, se debe reducir la probabilidad de colapso estructural aunque la reparación de la edificación pueda llegar a ser inviable económicamente (COVENIN 1756, 2001).

Es importante destacar que la sismo-resistencia no solo comprende el diseño de nuevas estructuras, también incluye la verificación de edificios construidos con normas antiguas que no cumplen los criterios de diseño actuales, permitiendo así determinar su posible vulnerabilidad. La evaluación de edificaciones existentes, probablemente constituye la rama más compleja de la ingeniería sismo resistente, ya que en la mayoría de los casos se desconoce si fueron implementados estrictamente los parámetros normativos de diseño de la época, además de las incertidumbres asociadas a la calidad de la construcción, entre otros aspectos, las cuales afectan directamente la resistencia y el comportamiento de las estructuras.

En esta parte serán definidos los conceptos a ser empleados en el presente trabajo de investigación. Se definirán los conceptos más importantes relacionados con la sismo resistencia, riesgo y vulnerabilidad.

2.4.1 Principios de la Sismo resistencia

a. Forma Regular

La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación, las formas complejas y regulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo; una geometría irregular favorece que la estructura sufra torsión o que intente girar en forma desordenada. La falta de uniformidad facilita que en algunas esquinas se presente intensas concentraciones de fuerzas que pueden ser difíciles de resistir. Se debe tratar de evitar la irregularidad en planta tanto geométrica como de rigidez (Asociación Colombiana de Ingeniería Civil - AIS, 2001).

54

a. Bajo Peso

Entre más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un sismo, cuando la cubierta de una edificación es muy pesada esta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos y tensiones muy severas en los elementos sobre las cuales esta soportada (AIS, 2001).

b. Mayor Rigidez

Es importante que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo, una estructura flexible o poco sólida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no estructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que no soportan mayores distorsiones (AIS, 2001).

c. Buena Estabilidad

Las edificaciones deben ser firmes y conservar el equilibrio cuando son sometidas a las vibraciones de un sismo; estructuras poco sólidas e inestables se pueden volcar o deslizar en caso de una cimentación deficiente, la falta de estabilidad y rigidez favorece que edificaciones vecinas se golpeen en forma perjudicial si no existe una suficiente separación entre ellas (AISI, 2001).

d. Suelo Firme y Buena Cimentación

La cimentación debe ser competente para transmitir con seguridad el peso de la edificación al suelo, La localización de la Edificación, debe ser en lugares donde el suelo sea estable, que no exista la posibilidad de deslizamiento o caídas de rocas en casos de sismos. Evitando por sobre todo ubicarse en el cauce de los ríos, también se requiere que el material del suelo sea duro y resistente, los suelos blandos amplifican las ondas sísmicas y facilitan asentamientos en la cimentación que pueden afectar la estructura y facilitar el daño en caso de sismo y debe procurarse en gran medida evitar que los niveles de fondo de la cimentación se debe llegar por corte y nunca por relleno (AIS, 2001).

55

e. Estructura Apropiada

Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, su rigidez, falta de continuidad, configuración estructural desordenada facilitan la concentración de torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación (AIS, 2001).

f. Materiales Competentes

Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude; materiales frágiles, como paredes de tierra, adobe de ladrillo o bloque sin refuerzos, poco resistentes se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto (AIS, 2001).

g. Calidad en la Construcción

Se deben cumplir los requisitos de calidad y resistencia de los materiales y acatar las especificaciones de diseño y construcción, la falta de control de calidad en la construcción y la ausencia de supervisión técnica ha sido la causa de daños y colapsos de edificaciones que aparentemente cumplen con otras características o principios de la sismo resistencia. Los sismos descubren el descuido y errores que se hayan cometido al construir (AIS, 2001).

h. Capacidad de Disipar Energía

Una estructura debe ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura no es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica al degradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y puede colapsar (AIS, 2001).

56

i. Fijación de Acabados e Instalaciones

Los componentes no estructurales como divisiones, acabados arquitectónico, fachadas ventanas e instalaciones deben estar bien conectados y no deben interaccionar con la estructura. Si no están bien conectados se desprenderán fácilmente en caso de un sismo (AIS, 2001).

2.5 PELIGRO SÍSMICO

El peligro sísmico representa la probabilidad de ocurrencia dentro de un período específico de tiempo y dentro de un área dada, un movimiento sísmico con una intensidad determinada. Los estudios de peligro sísmico tienen como objetivo estimar el movimiento del terreno en un lugar determinado, o proporcionar una evaluación del tamaño del sismo en la zona en estudio.

El peligro sísmico describe los efectos provocados por movimientos sísmicos en el suelo de dicha zona, tales como la aceleración, velocidad, desplazamiento del terreno o intensidad macro sísmica de la zona. Para evaluar éstos efectos es necesario analizar los fenómenos que ocurren a partir de la emisión de las ondas sísmicas ocurridas en el foco mismo hasta que estas ondas sísmicas llegan a la zona de estudio. (BOZZO ROTONDO, LUIS. "Técnicas Avanzadas de Diseño Sismo resistente". Lima, 1995).

2.6 VULNERABILIDAD SÍSMICA

Se denomina vulnerabilidad al grado de daño que sufre una estructura debido a un evento sísmico de determinadas características. Estas estructuras se pueden calificar en: “más vulnerables” o “menos vulnerables” ante un evento sísmico. (BOZZO ROTONDO, LUIS. "Técnicas Avanzadas de Diseño Sismo resistente". Lima, 1995)

Se debe de tener en cuenta que la vulnerabilidad sísmica de una estructura es una propiedad intrínseca de cada estructura, y, además, es independiente de la peligrosidad del emplazamiento. En otras palabras una estructura puede ser vulnerable, pero no estar en riesgo si no se encuentra en un lugar con un determinado peligro sísmico.

57

Se debe recalcar que no existen metodologías estándares para estimar la vulnerabilidad de las estructuras. El resultado de los estudios de vulnerabilidad es un índice de daño que caracteriza la degradación que sufriría una estructura de una tipología estructural dada, sometida a la acción de un sismo de determinadas características. (KUROIWA HIGA, JULIO. "Prevención y Mitigación de Desastres en el Perú". Seminarios CISMID. Lima, 1990).

2.7 RIESGO SÍSMICO

El riesgo se incrementa con el factor de vulnerabilidad, considerando que el peligro es un fenómeno natural que no puede ser eliminado o reducido. Debido a que predecir un sismo es muy difícil, se puede establecer la ocurrencia de un evento sísmico en un período de años pero no se puede en una fecha determinada. (SALAZAR ALVARADO. "Vulnerabilidad y Análisis del Riesgo Sísmico de Huaraz". Tesis #3711. Universidad Nacional de Ingeniería.).

Se denomina peligro a la probabilidad de que se produzca un fenómeno natural potencialmente destructivo en un determinado lugar y tiempo.

Se denomina vulnerabilidad a los probables daños a ocasionarse, en la que influyen las características físicas socioeconómicas de la zona.

En conclusión el riesgo es la consecuencia de la combinación del peligro y la vulnerabilidad.

[Riesgo Sísmico] = [Amenaza Sísmica] x [Vulnerabilidad] x [Elementos en Riesgo]

58

2.8 GLOSARIO DE TERMINOLOGÍA SÍSMICA

Las siguientes definiciones corresponden a los términos más utilizados en la sismología.

Sismo, temblor o terremoto: Vibraciones de la corteza terrestre inducidas por el paso de las ondas sísmicas provenientes de un lugar o zona donde han ocurrido movimientos súbitos de la corteza terrestre (disparo sísmico o liberación de energía).

Sismología: Es la ciencia y estudio de los sismos, sus causas, efectos y fenómenos asociados.

Sismicidad: Es la frecuencia de ocurrencia de sismos por unidad de área en una región dada. A menudo esta definición es empleada inadecuadamente, por lo que se define en forma más general como “la actividad sísmica de una región dada”, esta última definición implica que la sismicidad se refiere a la cantidad de energía liberada en un área en particular.

Amenaza Sísmica: Es el valor esperado de futuras acciones sísmicas en el sitio de interés y se cuantifica en términos de una aceleración horizontal del terreno esperada, que tiene una probabilidad de excedencia dada en un lapso de tiempo predeterminado.

Microzonificación sísmica: División de una región o de un área urbana en zonas más pequeñas, que presentan un cierto grado de similitud en la forma como se ven afectadas por los movimientos sísmicos, dadas las características de los estratos de suelo subyacente.

Fallas geológicas: Ruptura, o zona de ruptura, en la roca de la corteza terrestre cuyos lados han tenido movimientos paralelos al plano de ruptura.

Ondas sísmicas: Son vibraciones que se propagan a través de la corteza terrestre causadas por la repentina liberación de energía en el foco.

Acelerograma: Descripción en el tiempo de las aceleraciones a que estuvo sometido el terreno durante la ocurrencia de un sismo real.

59

Sismograma: Es un registro del movimiento sísmico y mide la magnitud de los sismos.

Aceleración pico del suelo: Es la aceleración máxima de un punto en la superficie alcanzada durante un sismo, expresada como fracción de la gravedad (g).Características de los sismos 2.

Licuación: Respuesta de los suelos sometidos a vibraciones, en la cual estos se comportan como un fluido denso y no como una masa de suelo húmeda.

Epicentro: Punto que se encuentra en la superficie de la tierra inmediatamente por encima del foco.

Hipocentro: Foco sísmico o fuente, es el punto o grupo de puntos subterráneos desde donde se origina el sismo.

Distancia epicentral (D): Es la distancia horizontal desde un punto en la superficie al epicentro.

Distancia focal (R): Es la distancia desde un punto en la superficie al foco, hipocentro o fuente.

Profundidad focal (H): Es la distancia entre el foco y el epicentro.

Sismo de diseño: Es la caracterización de los movimientos sísmicos en un sitio dado que deben utilizarse en la realización del diseño sismo resistente.

60

2.9 GLOSARIO REFERENTE AL ANALISIS SISMICO

Grados de Libertad: El grado de libertad es definido como el número de desplazamientos independientes requerido para definir las posiciones desplazadas de todas las masas relativas a sus posiciones originales.

Amortiguamiento: El amortiguamiento es el proceso por el cual la vibración libre disminuye en amplitud; en este proceso la energía del sistema en vibración es disipada por varios mecanismos los cuales pueden estar presentes simultáneamente.

Rigidez: Los desplazamientos laterales, de traslación y de rotación, dependen de la suma de rigideces de los elementos resistentes y de la rigidez torsional de la planta, que es función de la ubicación de los elementos resistentes verticales. Los desplazamientos deben limitarse tanto por razones estructurales, por protección de los elementos no estructurales, así como por el confort de los ocupantes. El incremento de rigidez en una edificación se logra de manera muy eficiente con la incorporación de muros estructurales.

Centro de Masa: Centro de masas de un sistema discreto o continuo es el punto geométrico que dinámicamente se comporta como si en él estuviera aplicada la resultante de las fuerzas externas al sistema. De manera análoga, se puede decir que el sistema formado por toda la masa concentrada en el centro de masas es un sistema equivalente al original. Normalmente se abrevia como C.M.

Centro de Rigidez: Punto central de los elementos verticales de un sistema que resiste a las fuerzas laterales. También llamado centro de resistencia.

Ductilidad: En la generalidad de estructuras de edificios compuestos por estructuras aporticadas, con la inclusión o no de muros de corte, cuya característica estructural común es la hiperestaticidad y la redundancia, la economía en el diseño se logra al permitir que algunos elementos incursionen en el rango inelástico, es decir, que sean capaces de disipar la energía del sismo por medio de la fricción interna y la deformación plástica.

61

CAPITULO III

FUNDAMENTACION DEL ANALISIS SISMICO

62

3.1 ANALISIS SÍSMICO

El análisis sísmico de estructuras es una disciplina que se enmarca dentro del campo del Análisis Estructural y tiene como objetivo efectuar una apreciación de la respuesta de una estructura a la ocurrencia de un evento sísmico.

Para asegurar un comportamiento inelástico en los elementos estructurales se diseña considerando una serie de requisitos que buscan proporcionar ductilidad.

El diseño así enfocado ya no resulta ser un cálculo matemático exacto sino un arte, en el cual los números sirven en forma relativa, interesando más los conceptos de comportamiento y los tipos de falla que los cálculos “exactos”.

Dada la condición del Perú como país sísmico, no será factible realizar ningún análisis o diseño sin considerar fuerzas de sismo. Las fuerzas de sismo no deben ser consideradas como una solicitación cuya verificación debe hacerse adicionalmente, sino con la misma importancia que se concede a las cargas de gravedad.

En regiones sísmicas es de gran importancia que la forma estructural esté orientada hacia un buen comportamiento sísmico; en este objetivo tanto arquitectos como ingenieros deben actuar en forma coordinada ya que, un ingeniero estructural no podrá hacer que una forma estructural pobre se comporte satisfactoriamente durante un sismo.

El problema del diseño sismo-resistente es único en muchos aspectos, un gran sismo produce fuerzas de inercia que son muy superiores a la carga más severa que ha de soportar la estructura durante su vida útil, sin embargo sólo existe una pequeña probabilidad de que esta carga ocurra y más aún en el caso que ocurra, la duración de esta carga es pequeña. Esta combinación de condiciones hace que el diseño esté orientado a evitar el colapso frágil de una estructura, aún para el caso del sismo más fuerte, pero aceptando la posibilidad de daños estructurales sobre la base de que es más económico reparar o reemplazar las estructuras dañadas por un gran sismo que construir todas las estructuras suficientemente fuertes para evitar daños. Este concepto de diseño presenta un reto al ingeniero estructural: como diseñar una estructura económica, que sea

63 susceptible de dañarse en un gran terremoto, pero cuyo colapso esté controlado de manera de evitar pérdidas de vidas humanas.

El cuidado tanto en el diseño y detallado con en la construcción, son fundamentales para obtener una estructura sismo resistente.

a) Fallas más comunes debidas a Sismos.

La observación de las fallas producidas en los sismos en las estructuras dañadas permite llegar a la conclusión general que, en su mayoría provienen de sectores en que se produce cambios bruscos de las propiedades resistentes y principalmente de las rigideces (columnas cortas, vigas muy peraltadas) o de problemas de estructuras, diseño o construcción.

Las fallas más frecuentes han sido:

1.a) Daños en tabiquería de ladrillo, vidrios, cornisas parapetos, debido a tener estructuras muy flexibles, con poca rigidez lateral y sin un detallado especial para ellos.

2.a) Edificios que han colapsado debido a tener elementos con poca capacidad resistente en una dirección, como vigas chatas y columnas con poco peralte en la denominada dirección secundaria.

3.a) Columnas colapsadas al tenerse edificios aporticados con vigas mucho más fuertes (resistentes) que las columnas; teniendo vigas muy peraltadas se consigue obtener mayor rigidez lateral, pero si las columnas son más débiles que las vigas, se forman rótulas plásticas en sus extremos antes que en los extremos que las vigas, formándose mecanismos con gran deformación lateral que ocasionan fallas prácticamente irreparables.

4.a) Edificios con asimetría en planta, producida por elementos estructurales dispuestos asimétricamente o por elementos de tabiquería también asimétricos que cambian el comportamiento de la estructura, aparentemente simétrica cuando no se considera la influencia de los tabiques.

64

5.a) Columnas falladas por efecto de tabiques de ladrillo con ventanas altas y que forman las denominadas columnas cortas.

6.a) Edificios con aberturas muy importantes en las losas de los pisos y que ocasiona un comportamiento no unitario de la estructura; caso de edificios con puentes que unen dos zonas de su planta o con las losas que no permiten aportar rigidez como para considerar la existencia de un diafragma rígido.

7.a) Edificios con formas rectangulares muy alargadas, donde la hipótesis de diafragma rígido para las losas pierde validez y donde los efectos de torsión accidental son importantes.

8.a) Edificios con forma de “L” donde la simetría en planta ocasiona esfuerzos importantes debido al giro o torsión.

9.a) Edificios con reducciones en planta importantes y asimétricas, con elementos estructurales que no continúan en pisos superiores ocasionando discontinuidades y cambios bruscos de rigidez.

10.a) Edificios con muros o placas que se eliminan en el primer piso, concentrando demandas de ductilidad excesivas para las columnas del primer piso, dado el comportamiento de sólido rígido de las placas superiores.

11.a) Vigas muy cortas ubicadas entre dos muros o placas, formando un sistema estructural denominado de muros acoplados, donde se generan fallas por cortante en las vigas, que por su pequeña longitud suelen ser muy rígidas.

12.a) Edificios con tanques de agua superiores apoyados teniendo columnas muy débiles en relación a la viga que las une y que forma el tanque propiamente dicho. En muchos casos, adicional a este problema, se tiene el ocasionado por la existencia de columnas que nacen en vigas de la azotea, las cuales no fueron diseñadas considerando los efectos del sismo vertical.

65

3.2 EL DISEÑO EN CONCRETO ARMADO

Las consideraciones más importantes para el diseño sismo resistente son: a) En el diseño por flexión buscar la falla por tracción evitando la falla por compresión, limitando la cuantía de acero a valores que proporcionen ductilidad adecuada. b) En un elemento sometido a flexión y cortante, dar más capacidad por cortante buscando evitar la falla por cortante. Esta es frágil mientras la falla por flexión es dúctil. c) En un elemento comprimido o en zonas donde existen compresiones importantes (máximos elementos) confinar al concreto con refuerzo de acero transversal; el elemento en la etapa última al tender a deformarse transversalmente puede estallar, lo cual hace trabajar en tracción al refuerzo transversal (espiral o estribos), ejerciendo éste por reacción, una presión de confinamiento, la cual evita el desprendimiento del núcleo aumentando la capacidad de deformación en la etapa plástica (ductilidad) si el refuerzo y su confinamiento son adecuados. d) Diseñar los elementos continuos con cuantías de fierro en tracción y en compresión que permitan la redistribución de momentos y una adecuada ductilidad. e) Diseñar las columnas con mayor capacidad de resistir momentos en relación a las vigas, de tal manera que las rótulas plásticas se formen en los extremos de vigas y no en las columnas. f) En un elemento sometido a flexo compresión y cortante (columnas y muros) dar más capacidad por cortante que por flexión.

66

3.3 PROCEDIMIENTOS DE ANALISIS SISMICO DE ESTRUCTURAS

Según Villacorta, A. (2008), señala que los procedimientos principales de análisis sísmicos son los siguientes: a. Análisis Estáticos Lineales ( AEL ) b. Análisis Dinámicos Lineales ( ADL ) c. Análisis Estáticos No Lineales ( AENL ) d. Análisis Dinámicos No Lineales (ADNL)

3.3.1 ANALISIS ESTÁTICO LINEAL (AEL)

Según la Norma E-30, indica que el Análisis Estático Lineal es conocido como estático equivalente, es un método que representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en el centro de masa de cada nivel de la edificación.

Podrán analizarse mediante este procedimiento todas las estructuras regulares o irregulares ubicadas en la zona sísmica 1, las estructuras clasificadas como regulares no más de 45 m de altura y las estructuras de muros portantes de concreto armado y albañilería armada o confinada de no más de 15 m de altura, aun cuando sean irregulares.

3.3.1.1 Período Fundamental de Vibración

El período fundamental de vibración para cada dirección se estimará, con la siguiente expresión:

T = hn/ CT Ecuación Nro 13

Donde:

CT = 35 Para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección considerada sean únicamente: a. Pórticos de concreto armado sin muros de corte. b. Pórticos dúctiles de acero con uniones resistentes a momentos, sin arriostramiento.

67

CT = 45 Para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección considerada sean: a. Pórticos de concreto armado con muros en las cajas de ascensores y escaleras. b. Pórticos de acero arriostrados.

CT = 60 Para edificios de albañilería y para todos los edificios de concreto armado duales, de muros estructurales, y muros de ductilidad limitada.

3.3.1.2 Fuerza Cortante en la Base

La fuerza cortante total en la base de la estructura, correspondiente a la dirección considerada, se determinará por la siguiente expresión:

V = Z ∙ U ∙ C ∙ S ∙ P Ecuación Nro 14

R

El valor de C/R no deberá considerarse menor que: C/ R >= 0,125

3.3.1.3 Distribución de la Fuerza Sísmica en Altura

Las fuerzas sísmicas horizontales en cualquier nivel i, correspondientes a la dirección considerada, se calcularán mediante:

Fi = αi • V Ecuación N°15

α= Pi (h)k Ecuación N°16

Ʃ Pj (h)j

Donde n es el número de pisos del edificio, k es un exponente relacionado con el período fundamental de vibración de la estructura (T), en la dirección considerada, que se calcula de acuerdo a: a) Para T menor o igual a 0,5 segundos: k = 1,0. b) Para T mayor que 0,5 segundos: k = (0,75 + 0,5 T) ≤ 2,0.

68

3.3.1.4 Efectos de Torsión

Se supondrá que la fuerza en cada nivel (Fi) actúa en el centro de masas del nivel respectivo y debe considerarse además el efecto de excentricidades accidentales como se indica a continuación.

Para cada dirección de análisis, la excentricidad accidental en cada nivel (ei), se considerará como 0,05 veces la dimensión del edificio en la dirección perpendicular a la de la acción de las fuerzas.

En cada nivel además de la fuerza actuante, se aplicará el momento accidental denominado Mti que se calcula como:

Mti = ± Fi ei Ecuación Nro 17

Se puede suponer que las condiciones más desfavorables se obtienen considerando las excentricidades accidentales con el mismo signo en todos los niveles. Se considerarán únicamente los incrementos de las fuerzas horizontales no así las disminuciones.

3.3.1.5 Fuerzas Sísmicas Verticales

La fuerza sísmica vertical se considerará como una fracción del peso. Para las zonas 3 y 2 esta fracción será de 2/3Z. Para la Zona 1 no será necesario considerar este efecto.

3.3.2 ANÁLISIS DINÁMICO LINEAL (ADL)

Salina, R. (2001) indica que el enfoque de estos apuntes está orientado al caso de edificaciones ante acciones laterales, sean fuerzas externas o movimientos en la base. Ya que las estructuras cuando están sujetas a cargas o desplazamientos en la base, en realidad actúan dinámicamente es decir desarrollan acciones opuestas al movimiento impuesto por tales cargas o desplazamientos.

La Norma E-30 señala que el análisis dinámico de las edificaciones podrá realizarse mediante procedimientos de combinaciones espectral que son espectros de respuestas es decir que se trabajan con los espectros obtenidos de

69 los registros de aceleración, combinando los aportes de cada modo a fin de obtener un valor representativo de la respuesta, ya que la falta de simultaneidad de las máximas respuestas en cada modo de vibración implican la necesidad de combinarlas adecuadamente, o por medio del análisis tiempo-historia, que se usan registros de aceleración y las respuestas estructurales se conocen a lo largo de toda la duración del evento sísmico.

Para edificaciones convencionales podrá usarse el procedimiento de combinación espectral, y para edificaciones especiales en el que eventualmente puede considerarse comportamientos no lineales deberá usarse un análisis tiempo-historia. Los análisis dinámicos se dividen usualmente en tres grandes grupos:

a. Análisis Modal Espectral, de uso ingenieril más común b. Análisis Tiempo Historia c. Análisis en el Dominio de Frecuencias

Los programas de análisis estructurales más comunes no realizan análisis incluyendo efectos de segundo orden (denominado también no linealidad geométrica), es decir la consideración de esfuerzos adicionales debido a la modificación de los ejes causada por las deformaciones

3.3.2.1 Análisis Modal Espectral

Estevan, R. (2012) indica que el análisis modal espectral (o método de la respuesta espectral) es un método ventajoso para estimar los desplazamientos y fuerzas en los elementos de un sistema estructural. El método implica el cálculo solamente de los valores máximos de los desplazamientos - y las aceleraciones en cada modo usando un espectro de diseño, el mismo que representa el promedio o la envolvente de espectros de respuesta para diversos sismos, con algunas consideraciones adicionales expuestas en los códigos de diseño.

Luego se combinan estos valores máximos, por ejemplo mediante un promedio ponderado entre la media y la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de tales valores máximos; otro método es el de la combinación cuadrática completa (método CQC), que considera además una correlación entre los valores modales

70 máximos. De este modo, se obtienen los valores más probables de desplazamientos y fuerzas.

Según la Norma E-30 considera los siguientes elementos:

a. Modos de Vibración

Los periodos naturales y modos de vibración podrán determinarse por un procedimiento de análisis que considere apropiadamente las características de rigidez y la distribución de las masas de la estructura.

b. Aceleración Espectral

Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo-aceleraciones definido por:

Para el análisis en la dirección vertical podrá usarse un espectro con valores iguales a los 2/3 del espectro empleado para las direcciones horizontales.

c. Criterios de Combinación

Mediante los criterios de combinación que se indican, se podrá obtener la respuesta máxima esperada (r) tanto para las fuerzas internas en los elementos componentes de la estructura, como para los parámetros globales del edificio como fuerza cortante en la base, cortantes de entrepiso, momentos de volteo, desplazamientos totales y relativos de entrepiso.

La respuesta máxima elástica esperada (r) correspondiente al efecto conjunto de los diferentes modos de vibración empleados (ri) podrá determinarse usando la siguiente expresión.

Ecuación N° 19

Alternativamente, la respuesta máxima podrá estimarse mediante la combinación cuadrática completa de los valores calculados para cada modo.

71

En cada dirección se considerarán aquellos modos de vibración cuya suma de masas efectivas sea por lo menos el 90% de la masa de la estructura, pero deberá tomarse en cuenta por lo menos los tres primeros modos predominantes en la dirección de análisis.

d. Fuerza Cortante Mínima en la Base

Para cada una de las direcciones consideradas en el análisis, la fuerza cortante en la base del edificio no podrá ser menor que el 80 % del valor calculado para estructuras regulares, ni menor que el 90 % para estructuras irregulares.

Si fuera necesario incrementar el cortante para cumplir los mínimos señalados, se deberán escalar proporcionalmente todos los otros resultados obtenidos, excepto los desplazamientos.

e. Efectos de Torsión

La incertidumbre en la localización de los centros de masa en cada nivel, se considerará mediante una excentricidad accidental perpendicular a la dirección del sismo igual a 0,05 veces la dimensión del edificio en la dirección perpendicular a la dirección de análisis. En cada caso deberá considerarse el signo más desfavorable.

3.3.2.2 Análisis Tiempo Historia

El análisis tiempo historia se podrá realizar suponiendo comportamiento lineal y elástico y deberán utilizarse no menos de cinco registros de aceleraciones horizontales, correspondientes a sismos reales o artificiales. Estos registros deberán normalizarse de manera que la aceleración máxima corresponda al valor máximo esperado en el sitio.

Para edificaciones especiales importantes el análisis dinámico tiempo-historia se efectuará considerando el comportamiento inelástico de los elementos de la estructura.

72

3.3.2.3 Análisis en el Dominio de Frecuencias

Estevan, R. (2012) señala que este procedimiento es empleado para resolver las ecuaciones de movimiento en el dominio de frecuencias. Para ello, las fuerzas externas F (t) son expresadas en una expansión de términos de series de Fourier o integrales de Fourier. La solución está dada en números complejos, cubriendo el espacio de -¥ a ¥. Este procedimiento es muy efectivo para cargas periódicas como en vibración de maquinarias, problemas de acústica, efectos de las olas de mar y de viento. Sin embargo, el uso de este método para resolver problemas de ingeniería sísmica tiene las siguientes desventajas:

a. Por lo general, el entendimiento de las matemáticas involucradas en el método puede ser difícil de entender para los ingenieros. La verificación de las soluciones también podría ser difícil.

b. Las acciones sísmicas no son periódicas. Sin embargo, los registros sísmicos del terreno –el movimiento de la base - pueden ser transformados al dominio de frecuencias con algoritmos especiales y, luego de realizar los análisis y las operaciones involucradas, volver a ser transformados para obtener la respuesta del sistema en el tiempo.

c. Para acciones sísmicas, el método no es numéricamente eficiente.

d. El método es aplicable a sistemas estructurales lineales.

3.3.3 ANALISIS ESTATICO NO LINEAL (AENL)

Portillo, Y., Rodríguez, J. y Martínez, J. (2011) indican que el análisis estático no lineal es más conocido como Push-Over por su nombre en inglés cuya principal característica es la de usar sistemas equivalentes de un grado de libertad, para modelar una estructura de múltiples grados de libertad y que únicamente nos permiten apreciar respuestas globales de la estructura.

3.3.4 ANALISIS DINAMICO NO LINEAL (ADNL)

Villacorta, A. (2008), dice que cuando conocemos las propiedades de los materiales constitutivos de nuestra estructura y de los elementos de los sistemas estructurales, hacemos uso de registros de aceleración, en un cierto número de

73 ellos, para predecir las respuestas de nuestro sistema, generalmente las basadas en desplazamientos. Las herramientas más conocidas, son:

a. Elementos finitos, sumamente poderoso, pero consumidor de ingentes recursos de hardware, que lo hace prohibitivo en su uso en la mayoría de los casos, de tal modo que ciertas instituciones tienen los equipos y software capaces de manejar en forma aceptable los requerimientos que implica el modelar una estructura. Permite predecir respuestas de resistencia y desplazamiento al detalle.

b. Macro elementos, que usando las curvas esfuerzo-deformación y el método de las fibras por un lado e incorporando modelos histéricos, para diversos elementos (vigas, columnas, muros, rotulas, cables, etc.) por otro, permiten predecir de una forma no tan onerosa, la respuesta de nuestro sistema estructural. Ideal para respuestas de desplazamiento (rotaciones, curvaturas, deformaciones de entrepiso) etc.

74

CAPITULO IV

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

75

EVALUACION SISMICA- IE 11023 ABRAHAN VALDELOMAR

Fig. 18 – Frontis Institución Educativa “11023 Abraham Valdelomar - Chiclayo” Fuente; Propia

En este capítulo nos identificaremos con la infraestructura de la Institución Educativa 11023 Abrahám Valdelomar de Chiclayo, Departamento de Lambayeque.

Sistema Estructural : Pórticos en el sentido transversal y albañilería Confinada en el sentido longitudinal. Material Predominante: Concreto Armado en el sentido longitudinal y Albañilería confinada (unidades de ladrillos de Arcilla) Niveles: 2 niveles por Modulo, 4 aulas por nivel. Área de Terreno de la I.E. : 4,007.879 m2 Uso: Centro Educativo Categoría: Edificación Esencial – A Ubicación: Chiclayo

76

Características Arquitectónicas: Las ventanas y puertas se ubican en las fachadas longitudinales, la comunicación se da por un corredor longitudinal y el acceso al segundo nivel es por una caja de escaleras separada estructuralmente del edificio mediante juntas sísmicas. Los alfeizares de las ventanas son tabiques separados de las columnas mediante juntas de aproximadamente 2.5 cm. El techo del edificio actual en la costa es casi horizontal con una ligera pendiente y en zonas lluviosas son construidos a dos aguas.

A continuación presentamos el plano de Ubicación, planos estructurales que son parte de la presente investigación, los planos completos se pueden ver en el Anexo A.

Fig. 19: Plano de Ubicación Fuente: Propia

77

Fig. 20: Plano de Distribución del 1er Nivel Fuente Propia

Fig.21: Plano de Distribución 2do Nivel Fuente: Propia

78

Fig. 22: Elevación Posterior Fuente: propia

Fig. 23: Elevación Lateral Fuente: propia

79

Fig. 24: Corte A-A Fuente: propia

80

ESCALE

Estadística de la calidad educativa

Escuela 11023 ABRAHAM VALDELOMAR - Chiclayo

Primaria 11023 ABRAHAM VALDELOMAR Pública - Sector Educación Nombre IE: 11023 ABRAHAM VALDELOMAR Nivel: Primaria Dirección: AVENIDA SALAVERRY 241 Centro Poblado: Chiclayo Distrito: Chiclayo Provincia: Chiclayo Región: Lambayeque Ubigeo: 140101 Área: Urbana Teléfono: 22528 Categoría: Escolarizado Profesores: Polidocente completo Género: Mixto Turno: Continuo mañana y tarde Tipo: Pública de gestión directa Promotor: Pública - Sector Educación Ugel: UGEL Chiclayo Lengua Madre: Estado: Activo Número Aproximado de Alumnos: 452 Número Aproximado de Docentes: 28 Número Aproximado de Secciones: 22

Fig.: 25 estadística de calidad educativa Fuente: www.de Peru.com/ educación

81

4.1 ANALISIS ESTATICO NO LINEAL.

4.1.1 GENERALIDADES

Este método considera que las fuerzas interiores y los desplazamientos se determinarán analizando las estructuras que están inmersas en la acción de cargas estáticas que se aplican en los centros de masa de cada entrepiso. Tanto la magnitud como el sentido de estas cargas se calcularán de una forma simple utilizando fórmulas que incluyen algunas propiedades dinámicas de la estructura. Debido a esto es que este método estático se limita a estructuras que cumplan con ciertos requisitos de regularidad.

La norma específica que este método representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en el centro de masa de cada nivel de la edificación. El análisis se realiza independientemente en cada dirección y para el total de la fuerza sísmica.

Dicho método debe aplicarse a edificios sin irregularidades y de baja altura.

4.1.2 Metrado de Cargas

También llamado peso de la edificación (Wt), se calcula considerando el peso del piso más el peso del medio entrepiso superior adyacente y el peso del medio entrepiso inferior inmediato. Esto es el peso de vigas, columnas, muros, tabiquería, parapetos, aligerados, etc., adicionando a éste el porcentaje de la carga viva o sobrecarga según la categoría de la estructura. En este caso el Metrado de cargas los realiza el programa ETABS en forma automática, al mismo tiempo realiza el cálculo del peso de la edificación para el análisis sísmico.

4.2 DATOS ESTRUCTURALES

4.2.1 Consideraciones Generales para el Análisis.

Se determinarán todos los parámetros que serán utilizados para el análisis y diseño SÍSMICO, tomando como referencia la normatividad vigente correspondiente al REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES:

- Capítulo E 0.20 - 2016 - Cargas - Capítulo E 0.30-2016 - Diseño Sismo resistente - Capítulo E 060 - 2016 - Concreto Armado

82

- Capitulo E 0.70 – 2016 - Norma de Albañilería. Asimismo, para efectos de cálculo representativo, se detalla a continuación la siguiente información de la infraestructura:

4.2.2 Características Geométricas Generales.

- Estructura de Diseño : Pabellón (08 Aulas) - Número de Pisos : 02 - Ejes paralelos a X : A, B, C, D - Ejes paralelos a Y : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 - Altura de Edificio : 6.90 m - Dimensión Menor : 6.28 m - Dimensión Mayor : 34.25 m - Relación Lado>/Lado< : 4.25 - Forma Geométrica planta : Regular. - Categoría de la Edificación : Esencial "A" Categoría A - Edificaciones Esenciales:

4.2.3 Características Mecánicas de los Materiales.

- Resistencia mecánica del concreto f’c = 210 Kg/cm2 - Módulo de Elasticidad del concreto E = - Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 Kg/cm2 - Resistencia a la compresión de albañilería, f'm = 65kg/cm2 - Módulo de Elasticidad de la albañilería Ea = 325000Tn/m2 4.3 CARGAS A CONSIDERAR

4.3.1 Cargas muertas

Son cargas provenientes del peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques, y otros elementos que forman parte de la edificación y/o se consideran permanentes.

Cargas Muertas:

- Peso propio elementos de concreto armado = 2400 Kg/m3 - Peso propio de muros confinados = 1800 Kg/m3

83

- Peso propio de losa aligerada (Según cuadro ) = 300 kg/m2 - Peso propio piso terminado y tarrajeo = 200 Kg/m2 - Peso propio de losa aligerada (Según cuadro) PESO DE ALIGERADO POR METRO CUADRADO

(NO INCLUYE ACABADO - kg/m2)

0.17 m 0.20 m 0.25 m 0.30 m

280 300 350 420

Dado que no se ha considerado una magnitud para el concepto de cargas de tabiquería equivalente, se procederá a cargar los elementos lineales horizontales (Vigas en el modelo estructural) con cargas uniformemente distribuidas productos del peso propio de los muros de soga proyectados directamente sobre las vigas (según plano arquitectónico), para lo cual presentamos el siguiente Metrado de cargas:

4.3.2. Cargas vivas

Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, que incluyen a los ocupantes, materiales, equipos muebles y otros elementos móviles estimados en la estructura.

Ambientes : 250.00kg/m2 Pasadizos : 400.00 kg/m2 Escaleras : 500.00 kg/m2 Azoteas : 150.00 kg/m2

4.3.3. Cargas de sismo

Análisis de cargas estáticas o dinámicas que representan un evento sísmico y están reglamentadas por la norma E.030 - 2016 de diseño sismo resistente.

84

Según Norma Peruana de Estructuras el cortante basal está dado por:

V = (ZUCCS/R)* PESO

METRADO DE CARGAS

Fig. 26: plano de arquitectura FUENTE: PROPIA

85

PRIMER NIVEL PESO PROPIO METRADO CARGAS DE COLUMNAS

PESO PESO NOMECLATURA BASE ALTURA LONGITUD CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL C1 0.25 0.6 4.3 8 2.4 12.384 C2 0.25 0.5 4.3 10 2.4 12.9 C3 0.25 0.4 4.3 5 2.4 5.16 PESO TOTAL 30.444 METRADO CARGAS DE VIGAS

PESO PESO NOMECLATURA BASE ALTURA LONGITUD CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL V1.1 0.3 0.3 5.75 5 2.4 6.21 0.3 0.5 1.75 5 2.4 3.15 V2.1 0.3 0.5 5.75 1 2.4 2.07 0.3 0.5 1.75 1 2.4 0.63 VA 0.25 0.2 31.76 2 2.4 7.6224 VS 0.25 0.2 31.76 1 2.4 3.8112 PESO TOTAL 23.4936 METRADO CARGAS DE LOSA ALIGERADA

PESO PESO NOMECLATURA LARGO ANCHO AREA VOLUMEN ESPECIFICO PARCIAL ENTRE EJE 1-2 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 2-3 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 3-4 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 4-5 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 5-6 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 6-7 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 7-8 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 8-9 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 PESO TOTAL 51.4512

86

CARGA MUERTA

METRADO CARGAS DE LOSA ALIGERADA

PESO PESO NOMECLATURA LARGO ANCHO AREA CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL ENTRE EJE 1-2 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 2-3 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 3-4 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 4-5 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 5-6 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 6-7 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 7-8 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 8-9 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 PESO TOTAL 23.82 CARGA VIVA

METRADO CARGAS DE LOSA ALIGERADA

PESO PESO NOMECLATURA LARGO ANCHO AREA CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL ENTRE EJE 1-2 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 2-3 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 3-4 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 4-5 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 5-6 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 6-7 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 7-8 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 ENTRE EJE 8-9 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.3 8.9325 PESO TOTAL 71.46

87

PESO CM CV PESO PROPIO TOTAL PESO TOTAL PRIMER PISO 105.3888 23.82 71.46 164.9388

SEGUNDO NIVEL PESO PROPIO METRADO CARGAS DE COLUMNAS

PESO PESO NOMECLATURA BASE ALTURA LONGITUD CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL C1 0.25 0.6 3.2 8 2.4 9.216 C2 0.25 0.5 3.2 10 2.4 9.6 C3 0.25 0.4 3.2 5 2.4 3.84 PESO TOTAL 22.656 METRADO CARGAS DE VIGAS

PESO PESO NOMECLATURA BASE ALTURA LONGITUD CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL V2.2 0.3 0.3 5.75 5 2.4 6.21 0.3 0.5 1.75 5 2.4 3.15 V2.2 0.3 0.5 5.75 1 2.4 2.07 0.3 0.5 1.75 1 2.4 0.63 VA 0.25 0.2 31.76 2 2.4 7.6224 VS 0.25 0.2 31.76 1 2.4 3.8112 PESO TOTAL 23.4936

METRADO CARGAS DE LOSA ALIGERADA

PESO PESO NOMECLATURA LARGO ANCHO AREA VOLUMEN ESPECIFICO PARCIAL ENTRE EJE 1-2 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 2-3 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 3-4 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 4-5 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 5-6 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 6-7 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 ENTRE EJE 7-8 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314

88

ENTRE EJE 8-9 Y C- A 7.5 3.97 29.775 0.09 2.4 6.4314 PESO TOTAL 51.4512 CARGA MUERTA

METRADO CARGAS DE LOSA ALIGERADA

PESO PESO NOMECLATURA LARGO ANCHO AREA CANTIDAD ESPECIFICO PARCIAL ENTRE EJE 1-2 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 2-3 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 3-4 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 4-5 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 5-6 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 6-7 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 7-8 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 ENTRE EJE 8-9 Y C- A 7.5 3.97 29.775 1 0.1 2.9775 PESO TOTAL 23.82

PESO CM CV PESO PROPIO TOTAL PESO TOTAL SEGUNDO PISO 97.6008 23.82 23.82 133.3308

PESO TOTAL PRIMER PISO 164.94 PESO TOTAL SEGUNDO PISO 133.33 PESO TOTAL 298.27

89

DETERMINACION DE FUERZA SISMICA

Z 0.45 U 1.5 C 2.5 S 1.05 R 3 PESO 298.27

NIVEL ALTURA PESO PXH hi V Fi 1 4.30 164.94 709.24 0.41 176.17 73.10 2 7.50 133.33 999.98 0.59 176.17 103.07 298.27 1709.22 1.00 352.33

DETERMINACION DE MOMENTOS TORSORES EJE X-X

FUERZA LONGITUD MOMENTO NIVEL 5% DE LOG SISMICA DE LADO TORSOR 1 73.10 34.25 1.7125 125.18 2 103.07 34.25 1.7125 176.50

DETERMINACION DE MOMENTOS TORSORES EJE Y-Y

FUERZA LONGITUD MOMENTO NIVEL 5% DE LOG SISMICA DE LADO TORSOR 1 73.10 8.55 0.4275 31.25 2 103.07 8.55 0.4275 44.06

90

CAPITULO V

ANALISIS SISMICO EN ETABS

91

5.1. Modelación de la estructura en el software ETABS.

Iniciamos el modelamiento ingresando al ETABS 20016, mediante el comando “File -> New Model” para crear un nuevo modelamiento. Aquí el programa nos permite iniciar un nuevo modelo o abrir un modelo existente.

Detallamos los pasos seguidos para la modelación de la estructura:

A) Editamos los números de pisos (STORY) y dimensiones en el eje X, Y, definimos las grillas:

Fig. 27- Definición de Pisos y Grillas Fuente: Propia

92

B) Definimos materiales a utilizar

Fig. 28 – Menú “Define Materials” para defenir materiales Fuente: Propia

C) Definimos las propiedades del concreto de f´c = 210 kg/cm2.

Fig. 29 - Definición de Material Concreto Fuente: propia

93

D) Definimos las Propiedades de Material Albañilería

Fig. 30 – Definición del Material Albañilería Fuente: Propia

D) Definimos las secciones de los planos.

Fig. 31 – Definición de Secciones Estructurales (Define Frame -Properties) Fuente: Propia

94

- Cuadro de columnas y vigas de los planos de la I.E 11023 Abraham valdelomar

Cuadro 2 – secciones de Columnas y vigas de los planos Fuente: Propia

F1) Sección de Columna Rectangular

Fig. 32 - Definición de Columna Rectangular (C1 .30x.40) Fuente: Propia

95

F2) sección de columna cuadrada

Fig. 33 – Definición de Columna (C2 .25x.25) Fuente: Propia

G1) Secciones de Vigas de los planos

Sección de viga principal de .50x.30

Fig. 34 - Definición de Viga .50x.30 Fuente: Propia

96

G2) sección de viga de .30x.30

Fig. 35 - Definición de Viga Principal de 30*30 Fuente: Propia G2) sección de viga de .20x.25

Fig. 36 - Definición de Viga de .20*.25 Fuente: Propia

97

Dibujamos las vigas en la malla según el plano de estructuras

Fig. 37 – malla de vigas y columnas

H) Definimos la Losa Aligerada de Techo

Fig. 38 - Definición de Losa Aligerada de Techo Fuente: Propia

98

Y colocamos la sección de losa según planos de estructuras

Fig. 39 – losa aligerada en modulo

I) Definimos muros de albañilería

Seleccionando la opción Define --> Section Properties --> Deck Sections

Fig. 40 – ingresamos los datos de muros de albañilería

99

Y luego colocamos los muros de albañilería de 0.25 metros según planos de arquitectura

Fig. 41 – modulo con muros de albañilería

DEFINIR CARGAS

Se tomarán las siguientes cargas:

CARGA MUERTA

PRIMER PISO

DESCRIPCIÓN PESO Peso de piso + cielo raso 100 kg/m2 CM 100 kg/m2 0.100 Tn/m2

SEGUNDO PISO

DESCRIPCIÓN PESO Peso de cielo raso 50 kg/m2 CM 50 kg/m2 0.050 Tn/m2 Parapetos DESCRIPCIÓN PESO ESPESOR ALTURA PARCIAL Parte frontal 1.8 Tn/m3 0.15 m 2.4 m 0.6480 Tn/m Parte posterior 1.8 Tn/m3 0.15 m 1.6 m 0.4320 Tn/m Voladizo 1.8 Tn/m3 0.15 m 1.1 m 0.2970 Tn/m Parapeto en techo 1.8 Tn/m3 0.15 m 0.4 m 0.1080 Tn/m

Se considerará que para las losas del 1er y 2do piso se les asignará cargas debido al peso tanto del piso como del cielo raso.

El peso propio de la estructura lo proporciona y calcula el mismo programa, por ende no se le asignará ninguna carga.

100

CARGA VIVA

PRIMER PISO

OCUPACIÓN S/C

Centros de educación Aulas 250 kg/m2 0.250 Tn/m2 Corredores y escaleras 400 kg/m2 0.400 Tn/m2

SEGUNDO PISO

OCUPACIÓN S/C Carga viva de techo con inclinación hasta 3° con respecto a 100 kg/m2 0.100 Tn/m2 la horizontal

Para las cargas vivas está dado por los componentes móviles en el edificio, tales como, escritorios, mesas y sillas, estantes, mostradores, personas, etc., (según NORMA TÉCNICA E.020 CARGAS).

J) ASIGNAR APOYOS

En la capa Z = 0, seleccionamos todos los punto de apoyo

Fig. 42 – apoyos en el modulo

Seleccionamos la opción: Assign --> Joint --> Restraints.

En Joint Restrants Seleccionamos la primera opción de apoyos fijos.

101

K) VISTAS DE ELEVACIONES

Fig. 43 – ELEVACIONES

Fig. 44 – ELEVACION EJE 1-1

102

Fig. 45 – ELEVACION EJE A-A

L) Asignar Diafragma

Definido ya el centro de gravedad, seleccionado todos los elementos que formar parte de la losa aligerada, incluyendo el centro de gravedad para poder definir el diafragma.

Seleccionamos la Opción: Assign –> Joint --> Diaphragms

Fig. 46 – diagrama losa aligerada 1er nivel

Definiremos la Losa Aligerada entre el Primer Nivel como D1.

103

Fig. 47 – diagrama losa aligerada 2do nivel

Definiremos la Losa Aligerada entre el Segundo Nivel como D2.

M) Definición y asignación de Patrones de Carga

Crearemos los tipos de carga que actuarán en el edificio que se definen mediante patrones de carga según se detallan a continuación:

- Peso Propio: Esta carga es calculada y proporcionada por el mismo programa y será de tipo “Dead”; en este caso no se asignará carga.

- Carga Muerta: Conformada por tabiquería, muros de sub-división, acabados de cielo raso, pisos, luminarias, etc., Se denominará como “CM”.

- Carga Viva de Entrepiso: Lo conforman los implementos móviles tales como, mesas y sillas, escritorios, armarios, estantes, los habitantes, etc. Se denominará como “CV”.

- Carga Viva de Techo: Se considera al personal que se encargará de la colocación de luminarias, acabados y coberturas. Su nombre será “CVT”.

- Carga Sísmica Estática X y Y: Es la Fuerza horizontal Inercial producida por el peso del edificio.

104

Fig. 48 – tipos de carga

En el caso del Patrón de carga sísmica, X & Y, se debe indicar la dirección de aplicación de la fuerza sísmica inercial o fuerza sísmica estática.

Adicionalmente, debemos tener en cuenta el Coeficiente de Cortante Basal y el factor exponencial de distribución k el cual es igual a:

Para ambas direcciones de análisis, X & Y, el periodo fundamental, T, es menor que 0.5s (según detalla la tabla), por tanto:

Kx = ky = 1.0

Z= 0.45 U= 1.50 S= 1.05 Tp= 0.60 seg

TL= 2.00 seg

CT= 60 T= 0.125 seg C= 2.50 Rx= 8.00 Ry= 3.00 Cbx= SUCZ/Rx = 0.2214 Cby= SUCZ/Ry = 0.5906 k= 1.00

105

Seleccionamos la opción: Define --> Load Patterns --> Seleccionamos cada patrón de carga sísmica --> Modify Lateral Load

O1) Sismo Estático en Eje X

Fig. 49 - Sismo Estático en Eje X Fuente: propia

O2) Sismo Estático en Eje Y

Fig. 50 - Sismo Estático en Eje Y Fuente: propia

106

P) Asignamos la Carga Viva (CV), Carga Muerta (CM) y la Carga Viva de Techo (CVT), según la norma E-030

Seleccionamos las losas por cada nivel luego aplicamos: Asign --> Shell Loads --> Uniform.

Carga Muerta (CM)

Fig. 51 – Carga Muerta tanto en el 1er y 2do nivel (CM)

Carga Viva en 1er Nivel (CV)

Fig. 52 – Carga Viva en 1er Nivel (CV)

107

Carga Viva en Techo en 2do Nivel (CV TECHO)

Fig. 53 – Carga Viva en Techo en 2do Nivel (CV TECHO)

Y finalmente procedemos a correr el programa

Fig. 54 – corriendo el programa

108

Al seleccionar Show Table obtendremos los resultados en tablas y estos resultados de las distorsiones las exportamos al Excel

Fig. 55 – tabla de resultados de las distorsiones

Fig. 56 – modulo después de correr el programa etabs

109

CAPITULO VI

RESULTADOS

110

RESULTADOS

6.1. Resultados Del Análisis Y Determinación De Distorsiones

Resultados eje X y Y

Con los Datos Obtenidos elaboramos la tabla para verificar si cumple con la Norma E – 030, Tabla Nº 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO

Se hace anticlick y se exporta al Excel como vemos en la siguiente figura.

Cuadro 3 – distorsiones en X y Y.

Los resultados son las distorsiones que es el desplazamiento lateral de cada piso dividido entre la altura de cada piso.

111

Con lo que resolvemos que NO cumple con la distorsión máxima en el eje X con 0.010513, y que cumple en el eje Y con 0.000199.

Análisis en el Software ETABS 2016 DEL I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

Teniendo en cuenta la Tabla Nº 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO de NORMA E030- 2016.

Tabla Nº 8

LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO

Estos límites no son aplicables a naves industriales

Material predominante (Di/hei)

Concreto Armado 0.007

Acero 0.010

Albañilería 0.005

Madera 0.010

En la estructura de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR, Albañilería en el eje Y y aporticado en el eje X.

Donde:

Dx 0.010513 < 0.007 NO CUMPLE Concreto Armado Dy 0.000199 < 0.005 ok Albañilería Con lo que resolvemos que NO cumple con la distorsión máxima en el eje X con 0.010513 Por lo tanto la edificación no está en condiciones óptimas su diseño estructural.

112

CAPITULO VII

PROPUESTA MEJORADA

113

En este capítulo se desarrolla un diseño por el cual se propondrá una propuesta de mejora tomando las mismas consideraciones sísmicas, tipos de material y dimensiones arquitectónicas tomadas en el proyecto original. De igual manera se modificarán los elementos estructurales (Columnas y Vigas) y adicionalmente se incluirán nuevo modelado de cargas con el fin de que el nuevo diseño cumpla con los requisitos sísmicos establecidos Norma E.030.

5.1. Modelación en el software ETABS 2016.

Se repiten los mismos pasos mencionados anteriormente considerando lo siguiente:

5.1.1. Definir Secciones de columnas y vigas de mayor dimensión

Se tomó en consideración las siguientes:

Fig. 57 – secciones de vigas y columnas

114

- Colocaremos el cuadro de columnas y vigas de mayor dimensión que las especificadas en los planos de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR.

Cuadro 4 – secciones de columnas y vigas de mayor dimensión

5.1.1.1. Definimos las secciones – Columnas

C1 (.25x.25)

Fig. 58 – secciones de columnas .25x.25

115

C2 (.25x.50)

Fig. 59 – secciones de columnas .25x.50

Columna “T” (.50x.80x.25)

Fig. 60 – ingresando secciones de columnas tipo “T” .50x.80x.25

116

Fig. 61 – sección de columnas T en el programa .50x.80x.25

5.1.1.2. Definimos las secciones – Vigas

De acuerdo al plano de losa aligerada. Colocamos las secciones de vigas en el programa en: Define - Frame properties

VP-1 (.25x.40)

Fig. 62 – sección de vigas VP-1 .25x.40

117

VP-2 (.25X.60)

Fig. 63 – sección de vigas VP-2 .25x.60

VS (.25X40)

Fig. 64 – sección de vigas VS .25x.40

118

VB (.15X.20)

Fig. 65 – sección de viga VB .15x.20

5.1.1.3. Cargas (CM y CV), cargas sísmica estática en X y Y, Los diagramas (1er y 2do nivel),

Se realizara el mismo procedimiento que el modelado anterior en los diagramas y cargas ya que están establecidos en la norma E030.

Fig. 66 – modulo con cargas y diafragmas

119

5.1.2. Cálculo del peso sísmico efectivo

El Peso Sísmico Efectivo del edificio se determina de acuerdo con lo indicado en el Artículo 4.3 de la NTE E0.30 que se muestra a continuación:

Como en el edificio tendrá uso de centro educativo, entonces, de acuerdo a la tabla Nº5 de la NTE E0.30 de Diseño Sismoresistente, la categoría de edificación que le corresponde es de Tipo A.

A manera de fórmula, el Peso Sísmico efectivo del Edificio, P, se determinará como:

En ETABS, esta expresión se ingresa mediante la definición de la masa, “Mass Source”.

Seleccionamos la opción: Define --> Mass Source --> Add New Mass Source.

120

Fig. 67 – definición de masas

5.1.3. Cálculo automático del Cortante Estático en la Base

El Cortante estático en la Base, V, del edifico, es calculado mediante la aplicación de la expresión en el Artículo 4.5.2 de la Norma E0.30 que mostramos a continuación:

V = ZUCS*P/R

121

Seleccionamos: Display --> Show Tables --> Analysis --> Results --> Structure Results --> Story Forces.

Fig. 68 – tabla de resultados de cortantes

De la tabla mostrada debajo de la ventana lo exportamos a Excel: Anticlic sobre la tabla --> Export to Excel (Escogemos Load Cases Combo por cada dirección, Valores de base “Bottom”).

Obtenemos:

Cuadro 5 – resultados de los momentos, cortantes exportados a Excel

Aquí podemos ver los calculados en el primer nivel para cada dirección X & Y. pesos sísmicos efectivos, los momentos torsores y las cortantes Basal.

122

5.1.4. Cálculo del Cortante Dinámico

El cortante dinámico es determinado mediante la incorporación de un espectro de diseño que combinando todos los efectos producidos por las formas modales mediante métodos conocidos de combinación modal se logra obtener un valor para el cortante en la base.

Para determinar este valor, primero se debe establecer casos de carga que incorporan el espectro de diseño considerando lo siguiente:

Espectro Pórtico en dirección X: ZUSC/Rx Espectro Albañilería en dirección Y: ZUSC/Ry

C = Factor de amplificación sísmica en función del periodo del suelo y de la estructura, con un valor máximo de 2.5

Aceleración de la gravedad = 9.81

El cálculo de los espectros fueron realizados con los valores obtenidos de la Norma E.030 2016, tanto para la dirección X, cuyo sistema funciona netamente con el sistema aporticado, y en la dirección Y cuyo sistema es de albañilería estructural.

ESPECTRO DE SISMO NORMA E. 030 RNE

Sa = ZUCS*g/R (Aceleración Espectral)

C = 2.5*Tp/T; C ≤ 2.5 (Factor de amplificación Sismica) T (s) Sc 0 2.75 0.01 2.75 0.02 2.75 3 0.03 2.75 Espectro de 0.04 2.75 2.5 Diseño 0.05 2.75 0.06 2.75 2 0.07 2.75

Sc 1.5 0.08 2.75

0.09 2.75 1 0.10 2.75 0.20 2.75 0.5 0.30 2.75 0.40 2.75 0 0.50 2.75 0 2 4 6 8 10 12 0.60 2.75 Periodo T(s) 0.70 2.75 0.80 2.75 0.90 2.75 1.00 2.75 123 2.00 1.375

3.00 0.91666667 4.00 0.6875 5.00 0.55 6.00 0.45833333 7.00 0.39285714 8.00 0.34375 9.00 0.30555556 10.00 0.275

De este modo el espectro desarrollado es subido al programa ETABS como base de datos espectral.

Seleccionamos la opción: Define --> Functions --> Response Espectrum --> Shoose Function Type to add / From File --> Add New Function.

Fig. 69 – espectro del módulo en el programa etabs

124

Luego seleccionamos la opción: Define --> Load Cases --> Add New Case

Añadimos los casos de carga por sismo dinámico tanto en X como en Y.

Para las aceleraciones espectrales en las direcciones horizontal y vertical se tomaron las siguientes:

FACTOR DE ESCALA DE ACELERACION ESPECTRAL DIRECCION HORIZONTAL ZUg/Rx= 0.8277187500 ZUg/Ry= 2.2072500000 DIRECCION VERTICAL 2/3*ZUg/Rx= 0.5518125000 2/3*ZUg/Ry= 1.4715000000

Tabla 4 – factor de escala de aceleración espectral

Fig. 70 – Carga de Sismo Dinámico en X – SDX

125

Fig. 71 – Carga de Sismo Dinámico en Y – SDY

Una vez cargado los esfuerzos de carga sísmica espectral a la base de datos, añadiremos las combinaciones de carga para el cálculo del desplazamiento de centro de masa.

Los desplazamientos de los centros de masa de cada nivel obtenidos en el análisis dinámico cumplen en ambas direcciones los límites permisibles por la Norma E-030. Para cada dirección se presentan los cuadros que muestran los desplazamientos así como las distorsiones máximas de cada piso obtenidos en el análisis dinámico mayorados por el factor 0.75xR (según norma E030 vigente). Seleccionamos la opción: Define --> Load Combinations --> Add new Combo.

126

Fig. 72 – combinaciones de carga

A continuación:

Seleccionamos: Display --> Show Tables --> Analysis --> Displacements --> Story Drifts.

Fig. 73 – tabla de resultados de las distorsiones

127

De la tabla mostrada debajo de la ventana lo exportamos a Excel: Anticlic sobre la tabla --> Export to Excel.

Obtenemos:

De esta manera se concluye con el modelamiento del edificio en ETABS 2016.

128

CAPITULO VIII

RESULTADOS DEL NUEVO DISEÑO

129

RESULTADOS

6.1. Resultados Del Análisis Y Determinación De Distorsiones

Resultados eje X y Y

Con los Datos Obtenidos elaboramos la tabla para verificar si cumple con la Norma E – 030, Tabla Nº 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO

Se hace anticlick y se exporta al Excel como vemos en la siguiente figura.

Cuadro 6 – distorsiones en X y Y

Los resultados son las distorsiones que es, el desplazamiento lateral de cada piso dividido entre la altura de cada piso.

130

Con lo que resolvemos que cumple con la distorsión máxima en el eje X con 0.002075 y en el eje Y con 0.000131.

Análisis en el Software ETABS 2016 DEL I.E. 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

Teniendo en cuenta la Tabla Nº 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO de NORMA E030- 2016.

Tabla Nº 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO Estos límites no son aplicables a naves industriales

Material predominante (Di/hei) Concreto Armado 0.007 Acero 0.010 Albañilería 0.005 Madera 0.010

En la estructura de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR, Albañilería en el eje Y y aporticado en el eje X.

Donde:

Dx 0.002075 < 0.007 ok Concreto Armado Dy 0.000131 < 0.005 ok Albañilería Con lo que resolvemos que cumple con la distorsión máxima en el eje X con 0.002075 y en el eje Y con 0.000131. Por lo tanto la edificación cumple la distorsión máxima en ambas direcciones. Está en condiciones óptimas para su diseño estructural.

131

CAPITULO IX

CONCLUSIONES

132

CONCLUSIONES

• El desempeño sísmico de la estructura analizada mediante la norma E.030 vigente se puede decir que siendo un tipo de edificación de nivel A su desempeño sísmico es malo a pesar de tener una configuración regular en planta y en altura, y el material predominante es albañilería, lo que se puede considerar como un insumo que se deteriora rápidamente lo que hace pensar que el desempeño sísmico seria mucho menor del mostrado en la presente evaluación.

• Los parámetros que definen la fuerza sísmica en el modelo expuesto en el presente trabajo son z: 0.45, U: 1.5 C: 2.5, S: 1.05, R 3 y 8, estos parámetros son los estipulados por la norma E.030 2016.

• Las distorsiones analizadas en este modelo son en Y con 0.000199 pero en el eje X tiene una distorsión máxima de 0.010513 lo cual hace no cumplir el modelo en el eje X porque en la distorsión admisible máxima en el eje Y es de 0.005 y la distorsión máxima en el eje X es de 0.007, y la distorsión en el eje X es mayor en 0.010513 con respecto a la permitida haciendo la edificación vulnerable en ese sentido de sismo.

• La propuesta mejorada con columnas y vigas de mayor dimensión, la distorsión máxima en el eje X es 0.002075 y la distorsión en el eje Y es 0.000131.

• Los planos tienen una serie de deficiencias técnicas por no presentar acotamientos distancias y medidas y parte de las estructuras están dañadas como se detalla en lo siguiente.

133

1.- Estas son algunas conclusiones de los planos entregados por la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR.

Fig. 74 – plano de elevaciones I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En los planos de las elevaciones principales y posteriores del módulo I de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se ve reflejado la falta de acotación en diversas elevaciones al igual que niveles de piso, además no tiene ninguna clase de detalles en ambas elevaciones.

134

Fig. 75 – plano de corte A-A de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En el plano de corte de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se ve reflejado la falta de niveles en la elevación (N.P.T) además no tiene altura de parapeto y ninguna clase de detalles.

Fig. 76 – plano arquitectura de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En los planos de arquitectura de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se ve reflejado la falta los niveles (N.P.T) y ninguna clase de detalles.

135

Fig. 77 – plano de aligerado del 1er nivel de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En los planos de aligerado del primer nivel de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se ve reflejado la falta de acotamiento.

Fig. 78 – plano de aligerado 2do nivel de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En los planos de aligerado del primer nivel de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se ve reflejado la falta de acotamiento en la parte superior como en la parte lateral.

136

2.- Estas son algunas deficiencias en la estructura que no se tuvieron en cuenta cuando se realizó.

Fig. 79 – Parapetos I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En la imagen de los parapetos de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

No se cubrió la junta de 1” c/espuma plástica y jebe microporoso además el contrazócalo que lleva en la parte inferior del parapeto y la bruña que no se encuentra los detalles en los planos.

137

Fig. 80 – muros dañados I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

- En la imagen de una de las paredes de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR se aprecia el nivel de eflorescencia (salitre) que presenta y algunas fisuras en la parte del muro y la bruña lo que demuestra el deterioro del muro portante.

138

CAPITULO X

RECOMENDACIONES

139

RECOMEDACIONES

- Este modelo se verifico que su comportamiento sísmico es muy malo lo que se recomienda es que se proponga una reconfiguración estructural si aún fuera posible su funcionamiento ya que en el presente análisis no se tomó en cuenta la antigüedad de la edificación para su funcionamiento óptimo o en todo caso su demolición

- Los parámetros usados para la reconfiguración se pueda cambiar el R=3 a un R= 8, para que los elementos nuevos de concreto sean los que lleven la carga estructural de la edificación.

- Las distorsiones demuestran el comportamiento estructural de la edificación se recomienda que en la nueva configuración se tome en cuenta la distorsión máxima de 0.007 que es la recomendable para elementos de concreto.

- Se recomienda tomar mucho en cuenta para la reconfiguración estructural la distancia entre el centro de masas y el centro de rigideces que es muy importante para el comportamiento sísmico de la edificación.

- El comportamiento de masas en el análisis modal deberá presentarse con masas y torsiones en diferentes ejes porque una configuración de masas y torsiones en el mismo eje demostraría un deficiente modelo estructural

- La cortante máxima deberá recalcularse por ser otros los parámetros sísmicos en la edificación.

140

CAPITULO XI

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

141

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

- Ing. Segundo A. Paico Gasco “Método Matricial en Análisis Estructural”, (PAICO GASCO, 2013) - “Análisis Sísmico De Edificios” Quito – Ecuador (AGUIAR FALCONI, 2008) - Instituto Geofísico Del Perú. - ICG.(2003). Construcción.org.pe obtenido de http://www.construccion.org.pe - Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Epicentro. - Propagación de ondas sísmicas------(https://web.ua.es/es/urs/divulgacion/propagacion-de-ondas-sismicas.html) - Estadística de la Calidad Educativa, Ministerio de Educación. - “Evaluación del Desempeño Sismoresistente Usando Análisis No Lineal en el Tiempo”, Facultad de Ciencias e Ingeniería, PUCP. Lima.-2011, (galves chunas, 2011) 65 pág. - Biblioteca de investigaciones:------(https://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/ciencias-de-la- tierra/geologia/terremotos-tsunamis-y-fallas-geologicas/) - Nociones de sismología – guía de estudio - ingcivilperu (http://ingcivilperu.blogspot.pe/2011/02/registros-sismicos-peru- 19511974.html). - Reglamento Nacional de edificaciones, Norma E020 cargas, E060 concreto armado. - Natalia Elizabeth Solano Camacho “Evaluación Del Comportamiento Sísmico Del Sector E Del Hospital Regional De Cajamarca, Cajamarca – Perú 2013. - Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma Técnica Sismoresistente E030, 2016. - Herraiz Sarachaga, M. (1997) conceptos básicos de sismología para ingenieros. Lima: 1ra edición. - Análisis Sísmico de Edificios, Lima-Perú, (PIQUE DEL POZO & SCALETTI FARINA, 1991).

142

ANEXO “A”

REPORTE FOTOGRAFICO

143

REPORTE FOTOGRAFICO – CENTRO EDUCATIVO EVALUADO

VISTA N° 01; Vista Frontal de la I.E 11023 ABRAHAM VALDELOMAR

VISTA N° 02; Vista Frontal del módulo I

144

VISTA N° 03; Vista segundo nivel del módulo I

145

ANEXO “B”

PLANOS DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE

146

ANEXO “C”

PLANO DE MEJORA

147