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7.74. Diseño Sísmico en Obras de Ingeniería Civil (Obligatorio)

7.74.1. Justificación ↑ Volver arriba

El Diseño Sísmico de Obras de Ingeniería Civil introduce el análisis sísmico y el diseño en concreto armado de estructuras especiales/industriales de ingeniería civil — chimeneas autoportantes y tanques de almacenamiento de líquidos — extendiendo los fundamentos de sismología, normativa y dinámica estructural del curso de Ingeniería Sismorresistente a estructuras cuyo comportamiento sísmico difiere fundamentalmente del de las edificaciones. El curso abre con el contexto profesional y normativo de las obras de ingeniería civil, enmarcando el perfil elevado de riesgo para la seguridad pública de las estructuras especiales/industriales, luego revisa el fenómeno sísmico, la norma peruana de diseño sismorresistente y los fundamentos de la dinámica estructural antes de aplicarlos al análisis sísmico y diseño en concreto armado de chimeneas — modeladas como sistemas equivalentes en voladizo — y tanques de almacenamiento de líquidos, cuya respuesta sísmica está gobernada por la interacción hidrodinámica impulsiva-convectiva entre el líquido contenido y las paredes del tanque, siguiendo ACI 307 y ACI 350.3.

7.74.2. Objetivos Generales ↑ Volver arriba

1. Explicar el contexto profesional y normativo de las obras de ingeniería civil, con énfasis en el perfil de riesgo para la seguridad pública de las estructuras especiales/industriales.
2. Explicar el fenómeno sísmico y aplicar la norma peruana de diseño sismorresistente para determinar los parámetros de peligro sísmico y los criterios de configuración estructural.
3. Analizar la respuesta dinámica de sistemas estructurales sometidos a movimiento sísmico del terreno.
4. Analizar el comportamiento sísmico de chimeneas autoportantes y diseñar su cascarón de concreto armado para carga sísmica según ACI 307.
5. Analizar la respuesta sísmica hidrodinámica de tanques de almacenamiento de líquidos y diseñar sus muros y base de concreto armado para presiones hidrodinámicas inducidas por sismo según ACI 350.3.

7.74.3. Contribución a los resultados (Outcomes) ↑ Volver arriba

ABET-1) Habilidad para identificar, formular y resolver problemas complejos de ingeniería aplicando principios de ingeniería, ciencias y matemáticas. (Usage)

ABET-2) Habilidad para aplicar el diseño en ingeniería y producir soluciones que satisfagan necesidades específicas considerando la salud pública, seguridad y bienestar, así como factores globales, culturales, sociales, ambientales y económicos. (Usage)

7.74.4. Contenido ↑ Volver arriba

7.74.4.1. Contexto Profesional y Normativo (12 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO) / Ministerio de Vivienda, 2018a)

Temas

1. Tipología de obras de ingeniería civil: edificaciones, infraestructura de transporte e hidráulica, y estructuras especiales/industriales (chimeneas, tanques, silos)
2. Marco normativo peruano (Reglamento Nacional de Edificaciones) y estándares internacionales aplicables (ACI, ASCE) para estructuras especiales/industriales
3. Responsabilidad profesional y consideraciones de riesgo para la seguridad pública específicas de estructuras especiales/industriales ante el peligro sísmico
4. Proceso de diseño y actores involucrados en un proyecto de estructuras especiales/industriales: propietario, ingeniero proyectista y autoridad normativa

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Clasificar las obras de ingeniería civil por tipología e identificar el marco normativo aplicable a estructuras especiales/industriales [Familiarizarse]
2. Explicar la responsabilidad profesional y las consideraciones de riesgo para la seguridad pública específicas del diseño de estructuras especiales/industriales [Familiarizarse]
3. Describir el proceso de diseño y los actores involucrados en un proyecto de estructuras especiales/industriales [Usar]

7.74.4.2. Sismología y Desastres Naturales (6 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Bolt, 2005; Kramer, 1996)

Temas

1. Tectónica de placas y mecanismos de generación de sismos por ruptura de falla
2. Ondas sísmicas: tipos (P, S, superficiales) y su propagación
3. Escalas de magnitud (momento sísmico) e intensidad sísmica (Mercalli Modificada)
4. Sismicidad histórica y contexto tectónico de subducción del Perú
5. Tipología de desastres naturales: sísmicos, volcánicos, tsunamis y movimientos en masa
6. Gestión del riesgo de desastres: prevención, mitigación, preparación y respuesta (marco SINAGERD)
7. Instrumentación sismológica: sismógrafos, acelerógrafos y redes nacionales de monitoreo

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar la tectónica de placas y los mecanismos de generación de sismos por ruptura de falla [Familiarizarse]
2. Diferenciar los tipos de ondas sísmicas y sus efectos sobre las edificaciones [Usar]
3. Interpretar y distinguir las escalas de magnitud e intensidad sísmica [Usar]
4. Describir la sismicidad histórica y el contexto de subducción del Perú [Familiarizarse]
5. Clasificar los principales tipos de desastres naturales que afectan al territorio peruano [Familiarizarse]
6. Analizar el marco de gestión del riesgo de desastres para la prevención y respuesta ante sismos [Evaluar]

7.74.4.3. Norma de Diseño Sismorresistente y Criterios de Estructuración (6 horas) [Habilidades ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO) / Ministerio de Vivienda, 2018a; Bazán and Meli, 2002)

Temas

1. Alcance y estructura de la norma peruana de diseño sismorresistente E.030
2. Parámetros de peligro sísmico: zonificación (Z), factor de uso (U) y perfil de suelo (S)
3. Sistemas estructurales y coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R)
4. Irregularidades estructurales en planta: torsional, esquinas entrantes y discontinuidad de diafragma
5. Irregularidades estructurales en altura: piso blando, piso débil e irregularidad de masa
6. Principios de estructuración: simetría, redundancia, hiperestaticidad y continuidad
7. Fuerza cortante mínima en la base y límites de distorsión de entrepiso

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar el alcance y la estructura de la norma peruana de diseño sismorresistente E.030 [Familiarizarse]
2. Determinar los parámetros de peligro sísmico (Z, U, S) aplicables a un sitio dado [Usar]
3. Seleccionar el sistema estructural y el coeficiente de reducción R correspondiente [Usar]
4. Clasificar las irregularidades estructurales en planta y en altura de una edificación [Evaluar]
5. Aplicar los principios de estructuración para proponer una configuración estructural regular [Usar]
6. Verificar el cortante mínimo en la base y los límites de distorsión de entrepiso [Evaluar]

7.74.4.4. Dinámica Estructural e Ingeniería Sismorresistente (12 horas) [Habilidades ABET-1] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (Chopra, 2017)

Temas

1. Sistemas de un grado de libertad y vibración libre
2. Vibración forzada y excitación armónica
3. Modelos de amortiguamiento y mecanismos de disipación de energía
4. Análisis del espectro de respuesta
5. Características del movimiento sísmico del terreno y sismicidad
6. Sistemas de múltiples grados de libertad y análisis modal
7. Análisis de historia de tiempos y métodos de integración numérica
8. Filosofía del diseño sísmico y principios de diseño por capacidad
9. Aislamiento sísmico y dispositivos de disipación de energía
10. Metodología de diseño sísmico basado en desempeño

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Analizar vibración libre de sistemas de un grado de libertad y determinar frecuencias naturales [Evaluar]
2. Calcular la respuesta estructural a cargas armónicas y periódicas [Usar]
3. Explicar el rol del amortiguamiento en la reducción de la respuesta dinámica [Familiarizarse]
4. Aplicar el método del espectro de respuesta para análisis sísmico [Usar]
5. Interpretar parámetros del movimiento sísmico del terreno y mapas de amenaza sísmica [Familiarizarse]
6. Realizar análisis modal para sistemas de múltiples grados de libertad [Evaluar]
7. Conducir análisis de historia de tiempos usando técnicas de integración numérica [Usar]
8. Diseñar estructuras siguiendo principios de diseño por capacidad y detalles dúctiles [Evaluar]
9. Evaluar la efectividad de sistemas de aislamiento sísmico y amortiguamiento [Familiarizarse]
10. Implementar procedimientos de diseño sísmico basado en desempeño [Evaluar]

7.74.4.5. Estructuras Industriales: Chimeneas y Tanques (48 horas) [Habilidades ABET-1,ABET-2] ↑ Volver arriba

Referencias Bibliográficas: (307, 2022; 350, 2020; Housner, 1963)

Temas

1. Idealización dinámica de una chimenea autoportante como un modelo equivalente de viga en voladizo (stick model)
2. Distribución de fuerzas sísmicas y momento de volteo a lo largo de la altura de una chimenea según ACI 307
3. Diseño por flexión y cortante de secciones de fuste de chimeneas de concreto armado bajo carga sísmica
4. Detallado del refuerzo sísmico para fustes de chimeneas, aberturas y juntas de construcción
5. Modelo de dos masas impulsiva-convectiva de Housner para la respuesta sísmica hidrodinámica de tanques de almacenamiento de líquidos
6. Distribución de presiones hidrodinámicas impulsiva y convectiva (oleaje) sobre las paredes y la base del tanque según ACI 350.3
7. Diseño de paredes y losa de fondo de tanques de concreto armado para las presiones hidrodinámicas inducidas por sismo
8. Altura de oleaje, requisitos de borde libre (freeboard) y diseño del anclaje para tanques de almacenamiento

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Explicar la idealización dinámica de una chimenea autoportante como un modelo equivalente de viga en voladizo para el análisis sísmico [Familiarizarse]
2. Determinar la distribución de fuerzas sísmicas y momento de volteo a lo largo de la altura de una chimenea de concreto armado [Usar]
3. Diseñar la sección del fuste de concreto armado de una chimenea por flexión y cortante bajo carga sísmica [Evaluar]
4. Detallar el refuerzo sísmico para fustes de chimeneas, aberturas y juntas de construcción [Usar]
5. Explicar el modelo de masas impulsiva-convectiva de Housner para la respuesta sísmica hidrodinámica de tanques de almacenamiento de líquidos [Familiarizarse]
6. Determinar las distribuciones de presión hidrodinámica impulsiva y convectiva sobre las paredes y la base del tanque [Usar]
7. Diseñar las paredes y la losa de fondo de concreto armado de un tanque para las presiones hidrodinámicas inducidas por sismo [Evaluar]
8. Calcular la altura de oleaje y los requisitos de borde libre, y diseñar el anclaje de un tanque de almacenamiento [Usar]

7.74.5. Referencias Bibliográficas ↑ Volver arriba

Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO) / Ministerio de Vivienda, C. y. S. d. P. (2018a). Norma técnica e.030: Diseño sismorresistente. Technical report, Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú.

Bolt, B. A. (2005). Earthquakes. W.H. Freeman, 5th edition.

Kramer, S. L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice Hall.

Bazán, E. and Meli, R. (2002). Diseño Sísmico de Edificios. Editorial Limusa.

Chopra, A. K. (2017). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. Pearson, 5th edition.

307, A. C. (2022). Standard practice for the design and construction of cast-in-place reinforced concrete chimneys (aci 307-22). Technical report, American Concrete Institute.

350, A. C. (2020). Seismic design of liquid-containing concrete structures (aci 350.3-20). Technical report, American Concrete Institute.

Housner, G. W. (1963). The dynamic behavior of water tanks. Bulletin of the Seismological Society of America, 53(2):381–387.