Análisis de la eficacia del reforzamiento de viviendas de albañilería confinada usando malla de acero y mortero en Lima Metropolitana

Abstract

Esta tesis se origina como resultado de los estudios de campo que viene realizando el CISMID - FIC - UNI, donde en el año 2019 determinan que el 83 % de las viviendas de Lima Metropolitana están construidos con albañilería. Siendo un gran porcentaje viviendas no ingenieriles que no fueron supervisados por un ingeniero durante su construcción, ni supervisadas en la calidad de materiales empleados, resultando viviendas muy vulnerables ante eventos sísmicos. Se estudió la vulnerabilidad sísmica, la pérdida y la viabilidad de reforzamiento de catorce tipologías de viviendas de albañilería no ingenieriles de Lima Metropolitana con cinco diferentes densidades de muros. La tesis inicia con la búsqueda de investigaciones relacionadas al problema de estudio, la revisión del marco teórico y conceptual sobre el comportamiento no lineal de muros de albañilería confinada sin reforzamiento y con reforzamiento. Seguidamente, se realiza el escalamiento de registros sísmicos sobre suelo tipo S1 y S2. Cada registro fue escalado para seis demandas sísmicas de acuerdo con la tabla C2-1 del ASCE-41-13 y la norma E.030 Diseño Sismorresistente. Luego, se construyeron las curvas de capacidad de las viviendas de albañilería confinada sin reforzamiento y con reforzamiento por ambas caras de los muros de las tipologías en estudio, con formulaciones propuestas por Diaz et al (Diaz et al., 2019),(CISMID, 2020b),(Diaz et al., 2020). Observándose que la máxima resistencia cortante de muros construidos con ladrillos pandereta industrial se alcanza a menores deformaciones laterales respecto a los muros construidos con ladrillos sólido artesanal. Sin embargo, la diferencia de resistencias entre ellos no es significativa. Mientras que, los muros de las viviendas con el reforzamiento propuesto incrementan su resistencia cortante y capacidad de deformación lateral, tanto para las construidas con ladrillos sólido artesanal y pandereta industrial, pero en mayor medida los construidos con ladrillos sólido artesanal. Seguidamente, se define los índices de daño que es una normalización de la distorsión que transforma esta respuesta en números entre 0 y 5, permitiendo identificar rápidamente el piso más dañado en viviendas con diferente comportamiento no lineal en sus entrepisos. Luego, se realizan las simulaciones numéricas tiempo historia no lineal, sumando un total de 5880 simulaciones. Además, se propone una metodología para la estimación de la pérdida y costo de reforzamiento de viviendas de albañilería, mediante análisis de costos unitarios, metrados, ecuaciones calibradas y los resultados de las simulaciones numéricas. Así mismo, con los índices de daño obtenidos de las simulaciones numéricas y relaciones Q/W (capacidad - peso) de las tipologías sin reforzamiento y con reforzamiento analizadas, se obtienen curvas de daño que permiten determinar nivel de daño de viviendas ante diferentes demandas sísmicas. Entre los principales resultados obtenidos se observan que las tipologías de viviendas de albañilería no ingenieriles sin reforzamiento analizadas no tienen la capacidad suficiente para soportar una demanda sísmica severo, mucho menos una demanda sísmica muy raro como el que se espera en Lima producto del silencio sísmico. Sin embargo, las viviendas con el reforzamiento propuesto disminuyen considerablemente su nivel de daño, evitando pérdidas materiales y humanas. Además, los resultados de costo de reforzamiento de las tipologías en estudio varían entre un 13.78 % y 27.93 % del valor de la vivienda. Resultando una propuesta de reforzamiento estructural rápida y económicamente viable para viviendas de albañilería confinada. Por último, se propone una metodología para estimar la vulnerabilidad sísmica de viviendas de albañilería confinada de forma rápida y masiva, mediante el uso de curvas de daño calibradas, conociendo solamente la geometría y propiedades de los materiales de la vivienda.

This thesis appears due to field studies conducted by CISMID - FIC - UNI, which in 2019 determined that 83 % of dwellings in the Metropolitan Lima area are built with masonry. Being a significant percentage of non-engineered dwellings that were not supervised by an engineer during their construction and were not supervised in terms of the quality of materials used, resulting in dwellings that are very vulnerable to seismic events. The seismic vulnerability, loss, and retrofitting feasibility of fourteen types of non- engineered masonry dwellings in the Metropolitan Lima area with five different wall densities were studied. The thesis begins with the search for investigations related to the study problem and the review of the theoretical and conceptual framework on the non-linear behavior of confined masonry walls without retrofitting and with retrofitting. Then, the amplifications of seismic records on soil types S1 and S2 are conducted. Each record was amplified for six seismic demands according to table C2-1 of ASCE-41-13 and the E.030 National Earthquake Resistant Standards. Then, the capacity curves of masonry confined dwellings without retrofitting and with retrofitting on both faces of the walls of the typologies under study were calculated, with formulations proposed by Diaz (Diaz et al., 2019), (CISMID, 2020b),(Diaz et al., 2020). Observing that the maximum shear resistance of walls built with industrial tubular bricks is reached at lower lateral deformations respect to walls built with handmade solid bricks. However, the resistance difference between then is not significant. While the walls of the dwellings with retrofitting increase their shear resistance and lateral deformation capacity, both for those built with handmade solid bricks and industrial tubular bricks, but greater in those built with handmade bricks. Then, the damage indices are defined, which is a normalization of the drift that transforms this response into numbers between 0 and 5, allowing one to quickly identify the most damaged floor in dwellings with different non-linear behaviors in their stories. Then, the numerical simulations of nonlinear history time are performed, conducting a total of 5880 simulations. Then, a methodology is proposed for the estimation of the loss and retrofitting cost of masonry dwellings through the analysis of unit costs, quantities, calibrated equations, and the results of numerical simulations. In addition, with the damage indices obtained from the numerical simulations and Q/W (capacity-weight) relationships of the studied typologies without retrofitting and with retrofitting, damage curves were obtained that allow determining the level of damage of dwellings under different seismic demands. Among the main results obtained, it is observed that the non-engineering typologies of masonry dwellings studied do not have sufficient apacity to resist a severe seismic demand, much less a very rare seismic demand such as the one expected in Lima due to seismic silence. However, the level of damage of dwellings with the proposed retrofitting is reduced, preventing material and human losses. In addition, the results of the retrofitting cost of the typologies under study vary between 13.78 % and 27.93 % of the dwelling value. Resulting in a fast and economically viable structural retrofitting proposal for confined masonry dwellings. Finally, a methodology is proposed to estimate the seismic vulnerability of confined masonry dwellings quickly and massively through damage curves, knowing only the geometry and material properties of the dwelling.