Tecnia

Development of an interpolation scheme for seismic indexes in Lima Metropolitan, Peru

ABSTRACT In recent years, the development of seismic networks in Metropolitan Lima, administrated by public and private institutions, has received special attention since it makes possible the quantification of different seismic indexes under the occurrence of earthquakes. Therefore, the integration of the information both from acceleration sensors and site conditions from microzoning studies allows the estimation of the possible extent of the damage in quasi-real time. In this study, the implementation of a system to evaluate seismic parameters in a uniform grid of 250 x 250 m2 resolution is reported. In this regard, peak ground acceleration (PGA) values from the available time-history records are computed and reduced to the engineering bedrock level. Then, by means of the interpolation technique called Ordinary Kriging, in which each seismic station is considered as a random variable and the correlation between a pair of such random variables depends only on the distance between their coordinates, the acceleration distribution is evaluated. Amplification factors are applied in order to finally bring the PGA up to the surface level. A quantitative evaluation of the accuracy of our results is performed using data from the 2021 Mw 6.0 Mala earthquake. The results have reproduced to some extent the seismic response of the diverse geomorphological deposits in Metropolitan Lima and suggest the inclusion of a larger number of strong motion stations in order to reduce the estimation errors.

RESUMEN En los últimos años, el desarrollo de redes sísmicas en Lima Metropolitana, administradas por instituciones públicas y privadas, ha recibido especial atención ya que permite cuantificar diferentes índices sísmicos ante la ocurrencia de sismos. Por lo tanto, la integración de la información tanto de los sensores de aceleración como de las condiciones del sitio de los estudios de microzonificación permite estimar la posible extensión del daño en tiempo casi real. En este estudio se reporta la implementación de un sistema para evaluar parámetros sísmicos en una grilla uniforme de 250 x 250 m2 de resolución. En este sentido, los valores de aceleración máxima del suelo (PGA) de los registros de historial de tiempo disponibles se calculan y se reducen al nivel de roca de ingeniería. Luego, mediante la técnica de interpolación denominada Kriging Ordinario, en la que cada estación sísmica se considera como una variable aleatoria y la correlación entre un par de dichas variables aleatorias depende únicamente de la distancia entre sus coordenadas, se evalúa la distribución de aceleración. Se aplican factores de amplificación para llevar finalmente el PGA al nivel de la superficie. Se realiza una evaluación cuantitativa de la precisión de nuestros resultados utilizando datos del terremoto Mw 6.0 Mala de 2021. Los resultados han reproducido en cierta medida la respuesta sísmica de los diversos depósitos geomorfológicos de Lima Metropolitana y sugieren la inclusión de un mayor número de estaciones de movimiento fuerte para reducir los errores de estimación.

Dynamic analysis of arch dams considering fluid-structure interaction

ABSTRACT The social, economic, and environmental consequences of the failure of an arch dam make it essential to evaluate its dynamic response to mitigate the risk of a disaster. Since the slenderness and flexibility of these dams tend to increase the fluid-structure interaction during an earthquake, this work compares the dynamic response of a hypothetical arch dam in the Marañón river, in northern Perú, for both full and empty-reservoir conditions. Three formulations were used to estimate the hydrodynamic pressures: Westergaard’s added mass, Eulerian and Lagrangian. The comparisons were performed for earthquakes of distinct seismogenic sources, previously matched to a uniform hazard spectrum with a return period of 10000 years. The finite element method was used to derive the seismic demands of the dam-reservoir-foundation system in COMSOL Multiphysics software, carrying out time-history analyses assuming linear elastic behavior of the dam and foundation domains and a massless foundation approach, ignoring the effect of waves propagation in the foundation but considering its stiffness. The results show that the Lagrangian and Eulerian formulations produce similar seismic demands, while Westergaard’s added mass formulation is conservative. The full-reservoir condition generally increases the seismic demands, but the results will depend on the boundary conditions assumed for the fluid and the characteristics of the earthquake, among other factors. Earthquakes matched to the same uniform hazard spectrum do not necessarily produce equal dynamic responses.

RESUMEN Las consecuencias sociales, económicas y ambientales de la falla de una presa de arco hacen que sea fundamental evaluar su respuesta dinámica para mitigar el riesgo de un desastre. Dado que la esbeltez y flexibilidad de estas presas tienden a aumentar la interacción fluido-estructura durante un sismo, este trabajo compara la respuesta dinámica de una hipotética presa de arco en el río Marañón, en el norte de Perú, tanto para condiciones de embalse lleno como vacío. Se utilizaron tres formulaciones para estimar las presiones hidrodinámicas: masa añadida de Westergaard, Euleriana y Lagrangiana. Las comparaciones se realizaron para terremotos de distintas fuentes sismogénicas, previamente emparejadas con un espectro de peligrosidad uniforme con un período de retorno de 10000 años. Se utilizó el método de elementos finitos para derivar las demandas sísmicas del sistema presa-reservorio-cimentación en el software COMSOL Multiphysics, realizando análisis de tiempo-historia asumiendo un comportamiento elástico lineal de los dominios de la presa y la cimentación y un enfoque de cimentación sin masa, ignorando el efecto de propagación de ondas en la cimentación pero considerando su rigidez. Los resultados muestran que las formulaciones lagrangianas y eulerianas producen demandas sísmicas similares, mientras que la formulación de masa agregada de Westergaard es conservadora. La condición de reservorio lleno generalmente aumenta las demandas sísmicas, pero los resultados dependerán de las condiciones de contorno asumidas para el fluido y las características del sismo, entre otros factores. Los terremotos que coinciden con el mismo espectro uniforme de amenazas no necesariamente producen respuestas dinámicas iguales.

Evaluation of the seismic risk of buildings through vulnerability functions in Ayacucho City - Peru

ABSTRACT Peru is one of the most exposed countries to catastrophic events worldwide, such as floods, debris flows, earthquakes and tsunamis. Particularly, earthquakes are generated by the interaction of the Nazca and South American plates, known as subduction process, and from shallow faults. Likewise, another big problem that Peru is going through is the informality in construction, which, added to a big earthquake, could bring with it great economic losses and human lives. Therefore, these problems have motivated the development of this research, which aims to evaluate the seismic risk of buildings in Ayacucho city - Peru. In this sense, the probabilistic seismic hazard is evaluated using R-CRISIS program, accompanied by geophysical studies like MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) that allow characterizing the ground from shear wave velocities. In addition, the seismic vulnerability of buildings is evaluated using the vulnerability index method, which is based on eleven essential parameters that characterize the susceptibility of buildings to suffer damage after the occurrence of an earthquake. Finally, the seismic risk assessment is carried out through the use of vulnerability functions and the results reflected in representative maps for different seismic scenarios, which is prepared using Geographical Information Systems (GIS). Results show that great economic losses and human lives could be expected from different seismic scenarios in Ayacucho city. Besides, more than 50% of the buildings could suffer strong or severe damage during the occurrence of a rare earthquake whose return period is 475 years.

RESUMEN Perú es uno de los países más expuestos a eventos catastróficos a nivel mundial, como inundaciones, flujos de escombros, terremotos y tsunamis. En particular, los sismos se generan por la interacción de las placas de Nazca y Sudamericana, conocido como proceso de subducción, y por fallas someras. Asimismo, otro gran problema que atraviesa el Perú es la informalidad en la construcción, que sumado a un gran terremoto, podría traer consigo grandes pérdidas económicas y vidas humanas. Por lo tanto, estos problemas han motivado el desarrollo de esta investigación, que tiene como objetivo evaluar el riesgo sísmico de las edificaciones en la ciudad de Ayacucho - Perú. En este sentido, la amenaza sísmica probabilística se evalúa mediante el programa R-CRISIS, acompañado de estudios geofísicos como MASW (Análisis Multicanal de Ondas Superficiales) que permiten caracterizar el suelo a partir de las velocidades de las ondas de corte. Además, la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones se evalúa mediante el método del índice de vulnerabilidad, el cual se basa en once parámetros esenciales que caracterizan la susceptibilidad de las edificaciones a sufrir daños luego de la ocurrencia de un sismo. Finalmente, la evaluación del riesgo sísmico se realiza mediante el uso de funciones de vulnerabilidad y los resultados se reflejan en mapas representativos para diferentes escenarios sísmicos, los cuales se elaboran utilizando Sistemas de Información Geográfica (SIG). Los resultados muestran que se podrían esperar grandes pérdidas económicas y de vidas humanas en diferentes escenarios sísmicos en la ciudad de Ayacucho. Además, más del 50% de las edificaciones podrían sufrir daños fuertes o severos durante la ocurrencia de un terremoto raro cuyo período de retorno es de 475 años.

Modeling and simulation of magnetorheological dampers for the reduction of the seismic response of structures using simulink

ABSTRACT Control devices can be used to dissipate the energy of structures subjected to dynamic loads in order to reduce structural damage and prevent the failure of them. A type of semiactive control devices that have received great attention in recent years are the magnetorheological (MR) fluid dampers, due to their mechanical simplicity, high dynamic range, large temperature operating range and low power requirements. In the present research work, MATLAB and Simulink software are used as computational tools for modeling and simulating structural control systems with magnetorheological dampers (MRDs). To begin with, the modeling is carried out through Simulink block diagrams of the governing differential equations of representative mathematical models of MRDs. Next, a series of simulations is performed in order to replicate experimental results and to be able to validate the modeling step. Finally, the MRDs are integrated together with a semiactive control algorithm and an idealized ten-degrees-of-freedom structure. The main expected outcome is the reduction of the seismic response (response histories, drifts, shear forces and overturning moments).

RESUMEN Los dispositivos de control se pueden utilizar para disipar la energía de las estructuras sometidas a cargas dinámicas con el fin de reducir el daño estructural y evitar la falla de las mismas. Un tipo de dispositivos de control semiactivo que ha recibido gran atención en los últimos años son los amortiguadores de fluidos magnetorreológicos (MR), debido a su simplicidad mecánica, alto rango dinámico, amplio rango de operación de temperatura y bajos requerimientos de energía. En el presente trabajo de investigación se utiliza el software MATLAB y Simulink como herramientas computacionales para el modelado y simulación de sistemas de control estructural con amortiguadores magnetorreológicos (MRDs). Para empezar, la modelización se realiza mediante diagramas de bloques de Simulink de las ecuaciones diferenciales gobernantes de modelos matemáticos representativos de MRDs. A continuación, se realizan una serie de simulaciones para replicar los resultados experimentales y poder validar el paso de modelado. Finalmente, los MRD se integran junto con un algoritmo de control semiactivo y una estructura idealizada de diez grados de libertad. El principal resultado esperado es la reducción de la respuesta sísmica (historiales de respuesta, derivas, fuerzas cortantes y momentos de vuelco).

A proposal for maximum seismic floor acceleration using peruvian code e.030

ABSTRACT The collapse of some floor diaphragms during earthquakes was due to failures in connection with vertical elements or because those were not designed for seismic forces in its plane. This resulted in the inclusion of diaphragm design considerations in many seismic codes. For its design, it is necessary the estimation of the maximum acceleration on each floor during a strong seismic event. The Peruvian seismic code, E.030, does not include any methodology about the calculation those accelerations and it only refers those due to maximum base shear, that might not correspond to the maximum accelerations in each level. In this paper, a simplified procedure for obtaining the maximum floor accelerations is shown. This procedure is based on the First Mode Reduced method1 to which a factor rW was included to consider higher modes participation in dual systems (frames / walls). The rW factor corresponds to the ratio of base moments in walls and the building under analysis. In the validation of the procedure, it was observed that the proposed procedure agrees with the results of experimental and analytical models.

RESUMEN El colapso de algunos diafragmas de piso durante los sismos se debió a fallas en conexión con elementos verticales o porque estos no fueron diseñados para fuerzas sísmicas en su plano. Esto resultó en la inclusión de consideraciones de diseño de diafragma en muchos códigos sísmicos. Para su diseño es necesario la estimación de la aceleración máxima en cada piso durante un evento sísmico fuerte. El código sísmico peruano, E.030, no incluye ninguna metodología sobre el cálculo de dichas aceleraciones y solo se refiere a aquellas debidas al cortante máximo de base, que pueden no corresponder a las aceleraciones máximas en cada nivel. En este artículo, se muestra un procedimiento simplificado para obtener las aceleraciones máximas del piso. Este procedimiento se basa en el método del Primer Modo Reducido1 al que se le agregó un factor rW para considerar la participación de modos superiores en sistemas duales (marcos/muros). El factor rW corresponde a la relación de los momentos base en los muros y el edificio bajo análisis. En la validación del procedimiento se observó que el procedimiento propuesto primer modo reducido, E.030concuerda con los resultados de los modelos experimentales y analíticos.

Influence of the aspect ratio on seismic performance of adobe buildings

ABSTRACT Adobe buildings usually are characterized by having walls with small and uniform slenderness ratios; nevertheless, there are some historical adobe buildings with existing large walls, where the influence of the aspect ratio becomes quite important in the seismic behavior. This article analyzes the seismic behavior of adobe buildings with larger walls in one axis than the other orthogonal axis. Also, the influence of the aspect ratio of the wall height respects on the wall length is analyzed by varying the wall length. Finite element models were elaborated using the concrete damaged plasticity model to study the influence of the aspect ratio on the seismic behavior of adobe buildings. Four models of buildings having different aspect ratios, varying in length from eight meters to fifty-two meters have been considered. Nonlinear time history analyses with three Peruvian seismic records are conducted. Regarding material, information was collected on the parameters necessary for finite element modeling for adobe masonry. From the non-linear simulations, the cracking patterns of the four buildings were identified. The influence of the aspect ratio in the seismic capacity of these kind of adobe buildings is analyzed. Finally, the results obtained in the numerical models are compared with the evidence of damage caused by past earthquakes.

RESUMEN Los edificios de adobe por lo general se caracterizan por tener muros con relaciones de esbeltez pequeñas y uniformes; sin embargo, existen algunas edificaciones históricas de adobe con grandes muros existentes, donde la influencia de la relación de aspecto cobra bastante importancia en el comportamiento sísmico. Este artículo analiza el comportamiento sísmico de construcciones de adobe con muros más grandes en un eje que en el otro eje ortogonal. Además, la influencia de la relación de aspecto de la altura de la pared con respecto a la longitud de la pared se analiza variando la longitud de la pared. Se elaboraron modelos de elementos finitos utilizando el modelo de plasticidad dañada del concreto para estudiar la influencia de la relación de aspecto en el comportamiento sísmico de las edificaciones de adobe. Se han considerado cuatro modelos de edificios con diferentes relaciones de aspecto, que varían en longitud desde los ocho metros hasta los cincuenta y dos metros. Se realizan análisis de historia del tiempo no lineal con tres registros sísmicos peruanos. En cuanto al material, se recopiló información sobre los parámetros necesarios para el modelado de elementos finitos para mampostería de adobe. A partir de las simulaciones no lineales, se identificaron los patrones de agrietamiento de los cuatro edificios. Se analiza la influencia de la relación de aspecto en la capacidad sísmica de este tipo de construcciones de adobe. Finalmente, los resultados obtenidos en los modelos numéricos se comparan con la evidencia de daños causados por terremotos pasados.

Assessment of the structural health monitoring in Edgardo Rebagliati Martins hospital with limited number of accelerometers in lima city

RESUMEN El Monitoreo de Salud Estructural (SHM) permite evaluar el daño estructural en edificios observados a través de diferentes metodologías, las cuales observan cambios en el comportamiento estructural inmediatamente después de un sismo. Algunas metodologías evalúan el daño estructural mediante la observación de su curva de capacidad global obtenida a través del desplazamiento y la aceleración en todos los pisos, calculada mediante transformada wavelet y proceso de doble integración. Debido a recursos limitados, algunos pisos están instrumentados, y la respuesta de los pisos no instrumentados podría estimarse mediante procedimientos adicionales, por ejemplo, la función de forma spline. En este trabajo se evalúan diferentes arreglos de sensores en el Hospital Edgardo Rebagliati Martins (HERM) para encontrar la mejor configuración posible para estimar la curva de capacidad global y la relación entre piso - cortante y deriva para todos los pisos. Se analizó un edificio de 14 pisos en el HERM, el arreglo óptimo para estimar la relación entre piso - cortante y deriva se obtuvo utilizando 7 sensores, y 4 sensores fueron suficientes para estimar la curva de capacidad global de este edificio.

ABSTRACT Structural Health Monitoring (SHM) allows assessing the structural damage in observed buildings through different methodologies, which observe changes in the structural behavior immediately after an earthquake. Some methodologies assess the structural damage by observing its global capacity curve obtained through the displacement and acceleration in all stories, calculated using wavelet transform and double integration process. Due to limited resources, some floors are instrumented, and non-instrumented stories response could be estimated by additional procedures, for instance the spline shape function. In this paper, different arrangements of sensors in the Edgardo Rebagliati Martins Hospital (HERM) are evaluated to find the best possible configuration to estimate the global capacity curve and the relationship between story - shear and drift for all floors. A 14-story building in the HERM was analyzed, the optimal arrangement to estimate the relationship between story - shear and drift was obtained using 7 sensors, and 4 sensors were sufficient to estimate the global capacity curve of this building.

Evaluation of the seismic response using the random vibration theory in three soil profiles of lima, Peru

ABSTRACT In general, seismic response analyses are performed using a minimum number of seismic records as input motions in order to achieve a statistically strong estimation. Unfortunately, the available information recorded from the current seismic networks is still scarce regarding events with considerable magnitude. In this context, the Random Vibration Theory (RVT) arises as an alternative tool for performing site response analyses without the need of seismic records, since it only requires adequate probabilistic seismic hazard assessment. In this study, RVT was applied to three shear-wave velocity profiles in Lima city with distinct geomorphological origin. These profiles are characteristic for gravelly, sandy and fine deposits so the influence of each soil type in their corresponding transfer function was taken into account. In that sense, the three RVT-based normalized response spectra show good agreement with the design spectra specified in the Peruvian code, despite some amplification in the short (below 0.10 s) and long (above 0.80 s) period ranges related to noise or far-field effects. Furthermore, RVT-based response spectra for La Punta and Villa El Salvador districts show good agreement with the time-series based analyses from a previous study. In addition, spectral acceleration values surpass those specified in the Peruvian code for a range beyond the corner period. This could suggest that the soil profile characterization based on the time-averaged shear wave velocity from the upper 30 m might be insufficient to evaluate the overall seismic behavior of a soil deposit. Therefore, additional parameters that account for the deeper soil substructure might be required.

RESUMEN En general, los análisis de respuesta sísmica se realizan utilizando un número mínimo de registros sísmicos como movimientos de entrada para lograr una estimación estadísticamente sólida. Desafortunadamente, la información disponible registrada a partir de las redes sísmicas actuales es aún escasa respecto a eventos de magnitud considerable. En este contexto, la Teoría de Vibraciones Aleatorias (RVT) surge como una herramienta alternativa para realizar análisis de respuesta de sitio sin necesidad de registros sísmicos, ya que solo requiere de una adecuada evaluación probabilística de la amenaza sísmica. En este estudio, la RVT se aplicó a tres perfiles de velocidad de ondas de corte en la ciudad de Lima con distinto origen geomorfológico. Estos perfiles son característicos para depósitos gravosos, arenosos y finos por lo que se tuvo en cuenta la influencia de cada tipo de suelo en su correspondiente función de transferencia. En ese sentido, los tres espectros de respuesta normalizados basados en RVT muestran una buena concordancia con los espectros de diseño especificados en el código peruano, a pesar de cierta amplificación en los rangos de período corto (inferior a 0,10 s) y largo (superior a 0,80 s) relacionados con el ruido o con el tiempo. -efectos de campo. Además, los espectros de respuesta basados en RVT para los distritos de La Punta y Villa El Salvador muestran una buena concordancia con los análisis basados en series temporales de un estudio anterior. Además, los valores de aceleración espectral superan los especificados en el código peruano para un rango más allá del período de esquina. Esto podría sugerir que la caracterización del perfil del suelo basada en la velocidad de la onda de corte promediada en el tiempo desde los 30 m superiores podría ser insuficiente para evaluar el comportamiento sísmico general de un depósito de suelo. Por lo tanto, podrían ser necesarios parámetros adicionales que tengan en cuenta la subestructura del suelo más profundo.

Modal identification methods on cable-stayed bridges case study: Rayitos De Sol Bridge

ABSTRACT The accurate estimation of the modal parameters of cable-stayed bridges plays a key role in the safety assessment of these structures under dynamic loads such as traffic, wind, and earthquakes. Furthermore, the difficulty to excite this type of structure makes ambient vibration measurements a meaningful source of information to validate the developed full three-dimensional finite element models used to assess the dynamic response of these types of bridges. In this paper, the Rayitos de Sol cable-stayed bridge was selected as a case study. To evaluate the modal parameters of the bridge, ambient vibration data was gathered from strategic points over the deck. Using the field-recorded data, a series of frequency and time domain system identification methods were carried out and then compared. The collected data was analyzed based on output-only identification methods: peak-picking, frequency domain decomposition, stochastic subspace identification, random decrement, and Ibrahim time domain identification. The purpose of performing different analyses is to examine the efficacy and limits of applicability of these techniques in addressing specific challenges involved in the modal identification of cable-staged bridges. To complement the ambient vibration data analysis, the validated finite element model of the bridge was subjected to artificial ambient excitations to make a comprehensive comparison of the identification methods. In the development of the numerical model, considering the effective stiffness of the concrete reinforced elements as well as modelling the right boundary conditions at the expansion joints were the main factors to achieve a good correlation with the measured modal parameters.

RESUMEN La estimación precisa de los parámetros modales de los puentes atirantados juega un papel clave en la evaluación de la seguridad de estas estructuras bajo cargas dinámicas como el tráfico, el viento y los terremotos. Además, la dificultad para excitar este tipo de estructura hace que las mediciones de vibraciones ambientales sean una fuente significativa de información para validar los modelos de elementos finitos tridimensionales completos desarrollados que se utilizan para evaluar la respuesta dinámica de este tipo de puentes. En este trabajo se seleccionó como caso de estudio el puente atirantado Rayitos de Sol. Para evaluar los parámetros modales del puente, se recolectaron datos de vibraciones ambientales de puntos estratégicos sobre la plataforma. Utilizando los datos registrados en el campo, se llevaron a cabo y luego se compararon una serie de métodos de identificación de sistemas en el dominio del tiempo y la frecuencia. Los datos recopilados se analizaron en función de métodos de identificación de solo salida: selección de picos, descomposición del dominio de la frecuencia, identificación del subespacio estocástico, disminución aleatoria e identificación del dominio del tiempo de Ibrahim. El propósito de realizar diferentes análisis es examinar la eficacia y los límites de aplicabilidad de estas técnicas para abordar los desafíos específicos involucrados en la identificación modal de puentes por etapas. Para complementar el análisis de datos de vibraciones ambientales, el modelo de elementos finitos validado del puente se sometió a excitaciones ambientales artificiales para realizar una comparación exhaustiva de los métodos de identificación. En el desarrollo del modelo numérico, considerar la rigidez efectiva de los elementos de hormigón armado, así como modelar las condiciones de contorno correctas en las juntas de dilatación, fueron los principales factores para lograr una buena correlación con los parámetros modales medidos.

Implementation of the ramcodes design curves of unsaturated subgrade soils in the design of flexible pavements

ABSTRACT The design process for a pavement structure assumes that the subgrade will saturate at some point during the service life. However, the saturation of the subgrade depends on the conditions of the region which is located. Therefore, it is necessary to study the design conditions for unsaturated subgrades. The objective of this research is to implement the spectrum of RAMCODES design curves of unsaturated subgrades for silty clayey sands, applied to the design of flexible pavements under environmental and traffic conditions associated with the Oyón-Ambo highway. To construct the RAMCODES design curves, CBR tests were performed by varying compaction energies and water contents. Likewise, using the OriginPro 2019b program, the curves were obtained, and a mathematical model was used to predict the variation of the degree of saturation in the subgrade over time. Subsequently, the seasonal CBR were obtained and correlated to obtain the resilient moduli. Finally, two flexible pavement structure designs were carried out, one of them using the traditional subgrade characterization methodology and the other according to the proposed methodology. From the results obtained, it is interpreted that the consideration of the unsaturated behavior of the subgrade optimizes the pavement design since the resilient modulus of the subgrade is increased by 28.8%, which means that the thickness of the subbase layer is reduced by 25%.

RESUMEN El proceso de diseño de una estructura de pavimento asume que la subrasante se saturará en algún momento durante la vida útil. Sin embargo, la saturación de la subrasante depende de las condiciones de la región donde se ubica. Por lo tanto, es necesario estudiar las condiciones de diseño para subrasantes no saturadas. El objetivo de esta investigación es implementar el espectro de curvas de diseño RAMCODES de subrasantes no saturadas para arenas arcillosas limosas, aplicado al diseño de pavimentos flexibles en condiciones ambientales y de tránsito asociadas a la carretera Oyón-Ambo. Para construir las curvas de diseño de RAMCODES, se realizaron pruebas de CBR variando las energías de compactación y los contenidos de agua. Asimismo, mediante el programa OriginPro 2019b se obtuvieron las curvas y se utilizó un modelo matemático para predecir la variación del grado de saturación de la subrasante a lo largo del tiempo. Posteriormente, se obtuvieron los CBR estacionales y se correlacionaron para obtener los módulos resilientes. Finalmente, se realizaron dos diseños de estructuras de pavimentos flexibles, uno de ellos utilizando la metodología tradicional de caracterización de subrasante y el otro de acuerdo a la metodología propuesta. De los resultados obtenidos se interpreta que la consideración del comportamiento no saturado de la subrasante optimiza el diseño del pavimento ya que el módulo resiliente de la subrasante se incrementa en un 28,8%, lo que significa que el espesor de la capa de subbase se reduce en un 25%.

Efficiency of energy dissipators in the seismic response of buildings

ABSTRACT This paper aims to study the efficiency of energy dissipators, both fluid viscous and hysteretic, to improve the seismic responses of buildings. To quantify the ability of energy dissipators to reduce seismic responses, a series of time history analyzes were carried out on simplified models of buildings. These simplified models consist of masses and springs with linear and elastic behavior whose properties are obtained from a shear beam model, joined by link elements with non-linear behavior to simulate energy dissipators. The main study parameters that were considered are the fundamental period of the structure without seismic control devices and the objective reduction factor. Likewise, a procedure is proposed for the dimensioning of the hysteretic dampers that will be incorporated into a building. On the other hand, the main building of the Lima airport was used as a case study, for which two alternatives are proposed, each one with a different type of energy dissipator, but both designed to have similar performance. Finally, the reductions obtained by both the simplified and three-dimensional models are compared. It is concluded that the simplified models allow a fast and acceptable prediction of the levels of reduction of the seismic response in buildings that incorporate energy dissipators.

RESUMEN Este trabajo tiene como objetivo estudiar la eficiencia de los disipadores de energía, tanto fluido viscoso como histerético, para mejorar las respuestas sísmicas de los edificios. Para cuantificar la capacidad de los disipadores de energía para reducir las respuestas sísmicas, se llevó a cabo una serie de análisis de la historia del tiempo en modelos simplificados de edificios. Estos modelos simplificados consisten en masas y resortes con comportamiento lineal y elástico cuyas propiedades se obtienen a partir de un modelo de viga cortante, unidos por elementos de enlace con comportamiento no lineal para simular disipadores de energía. Los principales parámetros de estudio que se consideraron son el período fundamental de la estructura sin dispositivos de control sísmico y el factor de reducción objetivo. Asimismo, se propone un procedimiento para el dimensionamiento de los amortiguadores histeréticos que se incorporarán a una edificación. Por otro lado, se utilizó como caso de estudio el edificio principal del aeropuerto de Lima, para lo cual se proponen dos alternativas, cada una con un tipo diferente de disipador de energía, pero ambas diseñadas para tener un desempeño similar. Finalmente, se comparan las reducciones obtenidas tanto por el modelo simplificado como por el tridimensional. Se concluye que los modelos simplificados permiten una predicción rápida y aceptable de los niveles de reducción de la respuesta sísmica en edificaciones que incorporan disipadores de energía.

A comparative seismic performance assessment of a multi-span bridge isolated with elastomeric and sliding isolation systems

ABSTRACT The remarkable performance of seismically isolated bridges in South America during the last two major seismic events has reflected the substantial increase in the adoption of base isolation in this type of infrastructure. In this paper, a non-isolated multi-span bridge was retrofitted for continued functionality adopting seismic isolation devices. With the aim of performing a comparative assessment of the most adopted base isolation techniques, the retrofitted bridge was analyzed using elastomeric and sliding isolation devices. In this case study, Lead Rubber Bearings (LRB) and Triple Friction Pendulum Bearings (TFPB) were selected as representative cases of elastomeric and sliding isolators, respectively. In the design of these isolation systems, the values of isolated periods, post-yield stiffness and yield force of both systems were set to be almost equals. This criterion was adopted for the purpose of comparing the unique effects of each type of isolator on the bridge seismic response. A series of nonlinear dynamic analyses were carried out considering both horizontal ground motion components to perform the comparative assessment. Numerical models that consider the bidirectional response and describe the different stages of motion of the isolators were adopted and then validated reproducing a series of benchmark tests. Upper and lower limit analyses were considered to gain a comprehensive understanding of the induced response by each isolation system. From the results, it is concluded that the LRB system induces a more uniform distribution of the seismic forces into the substructure; however, it experiences greater isolator displacements in comparison with the TFPB system.

RESUMEN El notable comportamiento de los puentes sísmicamente aislados en Sudamérica durante los dos últimos grandes eventos sísmicos, se ha visto reflejado en el aumento del uso de aisladores de base en este tipo de infraestructuras. En este trabajo, un puente no aislado de varios tramos fue reacondicionado para alcanzar una funcionalidad continua mediante la adopción de dispositivos de aislamiento sísmico. Con el objetivo de realizar una evaluación comparativa, se analizó el puente utilizando dispositivos de aislación del tipo elastomérico y deslizante. En este caso de estudio se escogió el aislador Elastomérico con Núcleo de Plomo (LRB) y el aislador Friccional de Triple Péndulo (TFPB) como modelos representativos. Para el diseño de ambos aisladores, se consideró que los valores de los periodos aislados, la rigidez post-fluencia y la fuerza de fluencia sean similares. Este criterio se adoptó con el fin de comparar los efectos únicos de cada tipo de aislador en la respuesta sísmica del puente. Se realizaron una serie de análisis dinámicos no lineales considerando las dos componentes del movimiento horizontal del suelo para realizar una evaluación comparativa. Se adoptaron modelos numéricos que consideran la respuesta bidireccional y describan las diferentes etapas de movimiento de los aisladores. Se consideraron análisis de límites superiores e inferiores para obtener una comprensión completa de la respuesta inducida por cada sistema de aislamiento. De los resultados, se concluye que el sistema LRB induce una distribución más uniforme de las fuerzas sísmicas en la subestructura; pero experimenta mayores desplazamientos en comparación con el sistema TFPB.

Evaluation of the seismic vulnerability of the "Moche" road bridge located on the Pe1N national highway using the capacity spectrum method

ABSTRACT In active seismic zones, such as the Peruvian coast, tools for predicting the potential negative impacts of earthquakes are essential for planning mitigation, emergency, and recovery of transportation facilities. For instance, the capacity of a road bridge network after a seismic event to carry traffic flow depends on the degree of expected damage and the related repair costs and downtime. This paper determines the degree of vulnerability of highway bridges to the action of probable earthquakes during the structure's lifetime by applying the capacity spectrum assessment method known as FRACAS (FRAgility through CApacity Spectrum assessment). This approach allows fragility curves to be obtained from analyzing a structure subjected to a series of seismic records of different characteristics. In this way, the method can explain the effect of variability in seismic demand and structural characteristics on the damage statistics simulated for the type of structure and evaluate the associated uncertainty in predicting fragility. As a case study, it is applied the methodology described in the evaluation of the Moche bridge, located in the region of La Libertad (Peruvian coast), which is in an Operational damage state according to an in situ inspection. From the seismic vulnerability assessment, it is obtained that until earthquakes with accelerations of 1.7g, the Moche bridge has a 60% probability of incursion into a Life Safety damage state, being the probability of incursion into a Collapse damage state less than 10%. This methodology is recommended to determine the reliability of bridges, considering the cumulative damage due to probable seismic events during the bridges' lifetime.

RESUMEN En zonas sísmicas activas, como la costa peruana, las herramientas para predecir los posibles impactos negativos de los terremotos son esenciales para la planificación de la mitigación, emergencia y recuperación de las instalaciones de transporte. Por ejemplo, la capacidad de una red de puentes de carreteras para transportar el flujo de tráfico después de un evento sísmico depende del grado de daño esperado y los costos de reparación y el tiempo de inactividad relacionados. Este trabajo determina el grado de vulnerabilidad de los puentes carreteros ante la acción de probables sismos durante la vida útil de la estructura aplicando el método de evaluación del espectro de capacidad conocido como FRACAS (FRAgility through CApacity Spectrum Assessment). Este enfoque permite obtener curvas de fragilidad a partir del análisis de una estructura sometida a una serie de registros sísmicos de diferentes características. De esta forma, el método puede explicar el efecto de la variabilidad en la demanda sísmica y las características estructurales sobre las estadísticas de daño simuladas para el tipo de estructura y evaluar la incertidumbre asociada en la predicción de la fragilidad. Como caso de estudio se aplica la metodología descrita en la evaluación del puente Moche, ubicado en la región de La Libertad (costa peruana), el cual se encuentra en estado de Daño Operacional según inspección in situ. De la evaluación de la vulnerabilidad sísmica se obtiene que hasta sismos con aceleraciones de 1.7g, el puente Moche tiene un 60% de probabilidad de incursionar en estado de daño a la Seguridad Humana, siendo la probabilidad de incursionar en estado de daño por Colapso menor al 10%. Esta metodología es recomendada para determinar la confiabilidad de los puentes, considerando el daño acumulado debido a probables eventos sísmicos durante la vida útil de los puentes.

Experimental study of the mechanical properties of plain and fiber-reinforced concrete under monotonic compressive loading

ABSTRACT Concrete is one of the main building materials in Peru and, worldwide, the study of its mechanical properties and concrete mix elaboration have been extensively developed over time. In the last years, new ways of elaboration with different materials have been searched, in order to improve its mechanical properties, including the fiber reinforced concrete. The study of its strain-stress mechanical properties of fiber reinforced concrete under monotonic load is the objective of this investigation, based on experimental tests performed in 90 samples, taking into account the influence of many factors, such as: Compression strength design, sample section geometry (square or circular section), slenderness (height/depth ratio), and the comparison of the reinforced concrete with its equivalent plain concrete in terms of mix design. From the experimental results, the use of fiber reinforcement increases the deformation capacity of the concrete under monotonic compression, but its resistance is not improved significantly. On the other hand, square section specimens have a higher deformation capacity for slenderness 1:2 and 1:3, in comparison with circular section specimens.

RESUMEN El concreto es uno de los principales materiales utilizados para la construcción en el Perú y en todo el mundo, el estudio de sus propiedades mecánicas y la elaboración de su mezcla ha sido ampliamente desarrollado a lo largo del tiempo, y en los últimos años se han buscado nuevas formas de elaborar con materiales que refuercen al concreto como material con el objetivo de mejorar sus características mecánicas, entre estos se encuentra el reforzamiento del concreto con fibras. El estudio de las características mecánicas de esfuerzo-deformación del concreto reforzado con fibras bajo carga monotónica es el objetivo de esta investigación, y está basado en pruebas experimentales realizadas a 90 muestras, teniendo en cuenta la influencia de diversos factores, tales como: Resistencia de diseño, geometría de la sección de la muestra (sección cuadrada o circular), esbeltez (relación altura/ancho) y la comparación del concreto reforzado con su equivalente (en diseño de mezcla) concreto simple. De los resultados experimentales, el uso de fibras en el concreto incrementa la capacidad de deformación frente a cargas de compresión monotónica, pero no mejora su resistencia. Por otro lado, los especímenes de secciones cuadradas tienen una mayor capacidad de deformación para una esbeltez 1:2 y 1:3 en comparación con los especímenes de sección circular.

Structural health monitoring of a reinforced concrete shear walls residential building in Lima, Peru, using a raspberry shake 4D sensor

ABSTRACT Lima, the capital of Peru, has not suffered from a great earthquake since 1746, making this a prone Mw 8.8 earthquake area according to seismological studies. In this context, seismic structural health monitoring presents an opportunity to assess rapidly buildings after a great earthquake and protect inhabitant from those buildings with high risk of collapse due to aftershocks. A basic seismic structural health monitoring arrangement of a fifteenth-floor residential building is presented using a low-cost sensor called Raspberry Shake 4D. The implemented sensor incorporates both a vertical velocity geophone and three orthogonally positioned microelectromechanical systems accelerometers. The building is a reinforced concrete shear walls structure located in Comas, north of Lima. More than thirty seismic events have been recorded, including the Mw 8.0 Lagunas earthquake (05/26/2019) and the Mw 5.8 (22/06/2021) with epicentral distances of 709 km and 94 km, respectively. Acceleration as high as 150 cm/s2 and as low as 2 cm/s2 have been recorded. It was possible to obtain fundamental frequencies of vibration in longitudinal and transversal directions of the building from the response calculated using the wavelet transform that have a good agreement with results of microtremor measurements performed at different floors. The computed scalograms for seismic records showed important values of energy amplitudes for the fundamental frequencies of the building. Finally, theoretical fundamental frequencies were obtained from a 3D finite element model and an elastic analysis.

RESUMEN Lima, la capital de Perú, no ha sufrido un gran terremoto desde 1746, lo que la convierte en un área propensa a terremotos de Mw 8.8 según estudios sismológicos. En este contexto, el monitoreo de la salud estructural sísmica presenta una oportunidad para evaluar rápidamente los edificios después de un gran terremoto y proteger a los habitantes de aquellos edificios con alto riesgo de colapso debido a réplicas. Se presenta un arreglo básico de monitoreo de la salud estructural sísmica de un edificio residencial del piso quince utilizando un sensor de bajo costo llamado Raspberry Shake 4D. El sensor implementado incorpora un geófono de velocidad vertical y tres acelerómetros de sistemas microelectromecánicos posicionados ortogonalmente. El edificio es una estructura de muros de corte de hormigón armado ubicado en Comas, al norte de Lima. Se han registrado más de treinta eventos sísmicos, entre ellos el sismo Mw 8.0 Lagunas (26/05/2019) y el Mw 5.8 (22/06/2021) con distancias epicentrales de 709 km y 94 km, respectivamente. Se han registrado aceleraciones tan altas como 150 cm/s2 y tan bajas como 2 cm/s2. Fue posible obtener frecuencias fundamentales de vibración en las direcciones longitudinal y transversal del edificio a partir de la respuesta calculada usando la transformada wavelet que tienen un buen acuerdo con los resultados de las mediciones de microtemblores realizadas en diferentes pisos. Los escalogramas calculados para registros sísmicos mostraron importantes valores de amplitudes de energía para las frecuencias fundamentales del edificio. Finalmente, las frecuencias fundamentales teóricas se obtuvieron a partir de un modelo de elementos finitos en 3D y un análisis elástico.

Site dominant frequencies in Lima, Peru, by H/V spectral ratio of seismic records

ABSTRACT Strong motion records are important for improving seismic design, damage assessment and analysis of earthquake effects. Despite the relevance of having strong motion networks, their implementation in Peru has been performed in the very recent years. For instance, only five strong motion stations in Lima recorded the 2007 Mw 7.9 Pisco earthquake, whereas 55 stations recorded the 2021 Mw 6.0 Mala earthquake. The current number of instrumentations in Lima city provides an opportunity to improve soil characterization. This study aims to determine the dominant frequency ( f d) of the seismic stations located in Metropolitan Lima. The procedure we adopted, first considered collecting, for an arbitrary station, all the available events recorded from 2011-2021, including the 2007 Mw 7.9 Pisco earthquake. Then, the pseudo spectral acceleration, using 5% damping, for each component were computed, and the horizontal-to-vertical (H/V) spectral ratios were calculated. Finally, the average H/V spectral ratio was used to adequately characterize the values of f d. In total, we evaluated 51 stations throughout Lima city. Values of f d lower than 1 Hz were observed for the coastal areas in which the underlying soil consist of clayey/sandy deposits and regions with an important impedance contrast in the deeper part of the substructure. These values increment towards the center of the city coinciding with surficial gravel deposits.

RESUMEN Los registros sísmicos son importantes para mejorar el diseño sísmico, la evaluación de daños y el análisis de los efectos de los terremotos. A pesar de la relevancia de contar con redes acelerográficas, su implementación en el Perú se ha realizado recién en los últimos años. Por ejemplo, solo cinco estaciones acelerográficas en Lima registraron el terremoto de Pisco de 7,9 Mw de 2007, mientras que 55 estaciones registraron el terremoto de Mala de 6,0 Mw de 2021. El número actual de instrumentación en la ciudad de Lima brinda una oportunidad para mejorar la caracterización de suelos. Este estudio tiene como objetivo determinar la frecuencia dominante ( f d) de las estaciones sísmicas ubicadas en Lima Metropolitana. El procedimiento adoptado primero consideró recopilar, para una estación arbitraria, todos los eventos disponibles registrados entre 2011 y 2021, incluyendo el terremoto de Pisco de 7,9 Mw de 2007. Luego, se calculó la aceleración pseudoespectral, usando un 5% de amortiguamiento, para cada componente, y se estimaron las relaciones espectrales horizontal a vertical (H/V). Finalmente, se utilizó la relación espectral H/V promedio para caracterizar adecuadamente los valores de f d. En total, evaluamos 51 estaciones a lo largo de la ciudad de Lima. Se observaron valores de f d inferiores a 1 Hz para las zonas costeras en las que el suelo subyacente consiste en depósitos arcillosos/arenosos y regiones con un importante contraste de impedancia en la parte más profunda de la subestructura. Estos valores se incrementan hacia el centro de la ciudad coincidiendo con depósitos de gravas superficiales.

Seismic analysis of underground structures: influence of the soil type, the relative stiffness and seismic intensity

ABSTRACT Underground structures serve as means of carrying out essential activities in a modern society; therefore, their proper seismic performance is important in the mitigation of the risk of disasters. This work addresses the seismic effects on underground structures in highly seismic areas such as the coast of Peru. The software FLAC was used to perform dynamic analyses of underground structures with rectangular section, using free-field type boundary conditions, accounting for the nonlinear inelastic behavior of the soil, under seven earthquakes matched to the same target spectrum. The analyses were carried out for different earthquake intensities, varying the soil characteristics (homogeneous or stratified) and the geometry of the structure. The results show that when the structure is placed in a homogeneous soil the forces and displacements have only small variations. However, when it is placed in a heterogeneous soil, the results show important differences. Thus, matching to the same target spectrum does not imply a uniform seismic demand. The geometry of the structure and the wall thickness have considerable influence. In heterogeneous soils a relatively flexible structure may experience large deformations, implying significant damage or inoperable conditions.

RESUMEN Las estructuras subterráneas sirven como medio para llevar a cabo actividades esenciales en una sociedad moderna; por lo tanto, su adecuado desempeño sísmico es importante en la mitigación del riesgo de desastres. Este trabajo aborda los efectos sísmicos sobre estructuras subterráneas en zonas altamente sísmicas como la costa del Perú. El software FLAC se utilizó para realizar análisis dinámicos de estructuras subterráneas con sección rectangular, utilizando condiciones de contorno de tipo campo libre, teniendo en cuenta el comportamiento inelástico no lineal del suelo, bajo siete sismos ajustados al mismo espectro objetivo. Los análisis se realizaron para diferentes intensidades sísmicas, variando las características del suelo (homogéneo o estratificado) y la geometría de la estructura. Los resultados muestran que cuando la estructura se coloca en un suelo homogéneo, las fuerzas y los desplazamientos tienen solo pequeñas variaciones. Sin embargo, cuando se coloca en un suelo heterogéneo, los resultados muestran diferencias importantes. Por lo tanto, la coincidencia con el mismo espectro objetivo no implica una demanda sísmica uniforme. La geometría de la estructura y el espesor de la pared tienen una influencia considerable. En suelos heterogéneos, una estructura relativamente flexible puede experimentar grandes deformaciones, lo que implica daños significativos o condiciones inoperables.

Palabras clave: Análisis sísmico, estructuras subterráneas, interacción suelo-estructura.