universidad peruana de ciencias aplicadas · 2020. 5. 19. · irregularidad en planta debido...

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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL

Análisis de vulnerabilidad sísmica de los módulos escolares públicos

en el distrito de Villa María del Triunfo mediante el método Índice

de vulnerabilidad (Fema p-154) y su validación mediante cálculo de

distorsiones laterales

TESIS

Para optar el título profesional de Ingeniero Civil

AUTORES

Alvarez Sanchez, Jhordan Javier (0000-0001-5116-5129)

Pulgar Santacruz, Xavier Orlando (0000-0001-7137-8535)

ASESOR

Moreno Sanchez, Javier Daniel (0000-0003-2132-8171)

Lima, 30 de agosto de 2019

2

DEDICATORIA

La presente tesis está dedicada principalmente para nuestros padres y familiares. Así mismo

para nuestro Asesor Javier Daniel Moreno Sanchez, quien nos orientó desde el principio

para poder desarrollar de manera satisfactoria el presente proyecto.

3

AGRADECIMIENTOS

Se agradece con mucho entusiasmo a la Ingeniera Ana Bedoya y al Arquitecto Omar

Camacho, responsables del Área de Estructuras de la UGEL 01, quienes fueron tan amables

en autorizarnos las visitas a los diferentes colegios del distrito de Villa María del triunfo. De

la misma forma, al Dr. Guillermo Huaco Cárdenas por su tiempo y enseñanzas para el

desarrollo de esta tesis.

4

RESUMEN

El Perú está ubicado en una zona sísmica alta debido a que se encuentra en el Cinturón de

Fuego del Pacífico; en la cual, se produjeron varios eventos sísmicos de gran magnitud que

generaron consecuencias catastróficas. Además de ello, hace más de 200 años no ocurre un

terremoto cerca de la capital peruana. Por otro lado, los centros educativos deben servir como

lugares de refugio ante cualquier catástrofe. Por ese motivo, es importante evaluar que

módulos o pabellones escolares públicos son aptos para soportar un sismo importante. En

base a ello, la presente tesis evalúa la vulnerabilidad sísmica mediante un método cualitativo,

que fue usado en varios países para determinar la vulnerabilidad de las estructuras, y otro

método cuantitativo, basado en la filosofía de la norma peruana sismoresistente E0.30.

La metodología cualitativa, Índice de vulnerabilidad del FEMA P-154, emplea cartillas de

evaluación visual rápida de la vulnerabilidad sísmica para cualquier edificación, en este caso

instituciones educativas públicas, es muy útil al tener una data extensa.

De la misma manera, la metodología cuantitativa evalúa según la distorsión los posibles

efectos que puede tener una estructura después de un sismo severo.

El distrito de Villa María del Triunfo fue seleccionado para emplear esta metodología por ser

un lugar con poco mantenimiento de colegios y para mostrar que módulos o pabellones son

seguros para que los pobladores de dicho lugar se refugien.

Palabras clave: Vulnerabilidad sísmica, Colegios, Método cualitativo, Método cuantitativo,

Villa María del Triunfo, Fema P-154.

5

ABSTRACT

Peru is located in a high seismic zone due to the Pacific Ring of Fire; in which, several

seismic events of great magnitude generated catastrophic consequences. In addition to this,

more than 200 years ago doesn’t happen a mayor earthquake near the Peruvian capital. On

the other hand, according to world politics, schools must serve as places of refuge to face any

catastrophe. For this reason, it is important to evaluate which modules of public-school are

able to withstand an important earthquake. Based on this, this thesis evaluates the seismic

vulnerability by means of a qualitative method, which was used in several countries to

determine the vulnerability of the structures, and another quantitative method, based on the

philosophy of the norma peruana seismoresistente E0.30.

The qualitative methodology, FEMA Vulnerability Index P-154, uses quick visual

assessment sheets of seismic vulnerability for any building, in this case public educational

institutions, is very efficient when a very extensive data is required.

In the same way, the quantitative methodology evaluates, according to the distortion, the

possible effects that a structure can suffer after a several earthquake.

The district of Villa María del Triunfo was selected to use this methodology for being a place

with little maintenance of schools and to show what modules or pavilions are safe for people

to take refuge.

Keywords: Seismic Vulnerability, Colleges, Qualitative Method, Quantitative Method, Villa

María del Triunfo, Fema 154.

6

ÍNDICE

DEDICATORIA ................................................................................................................... 2

AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... 3

RESUMEN ............................................................................................................................ 4

ABSTRACT .......................................................................................................................... 5

ÍNDICE .................................................................................................................................. 6

ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................................... 9

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... 11

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 15

Antecedentes ..................................................................................................................... 16

Realidad problemática ...................................................................................................... 17

Formulación del Problema................................................................................................ 19

Hipótesis ........................................................................................................................... 19

Objetivo General............................................................................................................... 19

Objetivos Específicos ....................................................................................................... 19

Descripción del contenido ................................................................................................ 20

1. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 21

1.1. Definiciones Importantes ........................................................................................... 21

1.1.1. Riesgo Sísmico ................................................................................................... 24

1.1.1.1. Vulnerabilidad Sísmica................................................................................ 24

1.1.1.2. Peligro sísmico ............................................................................................ 25

1.1.1.3. Costo ............................................................................................................ 26

1.1.2. Sismos ocurridos en el Perú y Lima ................................................................... 26

1.1.3. Importancia de las edificaciones escolares ......................................................... 30

1.2. Características de la zona .......................................................................................... 32

1.2.1. Ubicación sísmica ............................................................................................... 32

1.2.2. Tipo de suelo ...................................................................................................... 35

1.2.3. Topografía .......................................................................................................... 38

1.2.4. Población del distrito de Villa María del Triunfo............................................... 38

7

1.3. Métodos cualitativos .................................................................................................. 41

1.3.1. Método ATC 21 (FEMA P-154) (Índice de vulnerabilidad) .............................. 41

1.3.2. Método del índice de vulnerabilidad - Pretini .................................................... 57

1.3.3. Método del índice de vulnerabilidad - CERI ...................................................... 59

1.3.4. Evaluación del grado de vulnerabilidad sísmica de viviendas - AIS ................. 60

1.3.5. Método de Hirosawa ........................................................................................... 62

1.4. Método cuantitativo ................................................................................................... 64

1.4.1. Análisis de distorsiones laterales ........................................................................ 64

2. MATERIAL Y METODOS ........................................................................................... 66

2.1. Material ...................................................................................................................... 66

2.1.1. Población ............................................................................................................ 66

2.1.2. Muestra ............................................................................................................... 66

2.2. Método ....................................................................................................................... 66

2.2.1. Nivel de investigación ........................................................................................ 66

2.2.2. Diseño de investigación ...................................................................................... 66

2.2.3. Variables de estudio y operacionalización ......................................................... 67

2.2.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ............................................... 67

2.2.5. Técnicas de procesamiento y análisis de datos ................................................... 67

3. RESULTADOS ............................................................................................................... 68

3.1. OBJETIVO N°1: ....................................................................................................... 68

3.1.1. Antigüedad de la estructura ................................................................................ 68

3.1.2. Cantidad de módulos y materiales empleados en los sistemas estructurales ..... 69

3.1.3. Irregularidades estructurales ............................................................................... 73

3.1.4. Características estructurales sismo resistente según módulos típicos ................ 78

3.1.5. Estadística descriptiva ........................................................................................ 81

3.2. OBJETIVO N°2 ......................................................................................................... 86

3.2.1. Metodología cualitativa ...................................................................................... 86

3.2.2. Análisis de vulnerabilidad en daños esperados de los módulos escolares públicos

...................................................................................................................................... 87

3.3. OBJETIVO N°3 ......................................................................................................... 88

3.3.1. Metodología cuantitativa .................................................................................... 88

8

3.3.2. Consideraciones por módulo o pabellón ............................................................ 89

3.3.3. Modelo estructural de módulos .......................................................................... 91

3.3.4. Características dinámicas de los pabellones ....................................................... 93

3.3.5. Distorsiones de los pabellones ............................................................................ 93

4. DISCUCIÓN DE RESULTADOS ................................................................................. 98

4.1. Verificación de los resultados.................................................................................... 98

4.1.1. Objetivo N°1 ....................................................................................................... 98

4.1.2. Objetivo N°2 ....................................................................................................... 99

4.1.3. Objetivo N°3 ..................................................................................................... 100

4.2. Discusión ................................................................................................................. 101

5. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 103

5.1. Conclusión del objetivo N°1 ................................................................................... 103



5.4. Conclusión del objetivo general .............................................................................. 105

6. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 106

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 107

ANEXO 1 ........................................................................................................................... 111

ANEXO 2 ........................................................................................................................... 132

ANEXO 3 ........................................................................................................................... 161

ANEXO 4 ........................................................................................................................... 166

9

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Fecha, Magnitud y lugar de los principales sismos en el Perú.............................. 29

Tabla 2 Cantidad de centros educativos afectados por el terremoto. ................................. 31

Tabla 3 Zonas pobladas del distrito de Villa María del Triunfo. ........................................ 32

Tabla 4 Región sísmica. ........................................................................................................ 34

Tabla 5 Periodos del suelo. ................................................................................................. 34

Tabla 6 Número de calicatas y DPL por sector. ................................................................. 35

Tabla 7 Capacidad portante según tipo de suelo. ............................................................... 36

Tabla 8 Población censada en el año 2007, Villa María del Triunfo. ................................. 39

Tabla 9 Cantidad de alumnado en instituciones públicas, Villa María del Triunfo. ........... 40

Tabla 10 Región sísmica según aceleración espectral. ....................................................... 42

Tabla 11 Tipo de suelo. ....................................................................................................... 43

Tabla 12 Irregularidades verticales. .................................................................................... 47

Tabla 13 Irregularidades en planta. .................................................................................... 50

Tabla 14 Cartilla de encuesta nivel 1. Para una zona de sismicidad alta. ......................... 52

Tabla 15 Cartilla de encuesta nivel 2 para una zona de sismicidad alta. ........................... 53

Tabla 16 Cartilla de encuesta nivel 1 para una zona de sismicidad moderadamente alta. 54

Tabla 17 Cartilla de encuesta nivel 2 para una zona de sismicidad moderadamente alta. 55

Tabla 18 Interpretación de resultados en base a los índices de vulnerabilidad. ................ 56

Tabla 19 Clasificación de daño para estructuras de concreto. ............................................ 57

Tabla 20 Índice de vulnerabilidad propuesto por Bendetti - Petrini. .................................. 59

Tabla 21 Puntaje establecido para calcular el índice de vulnerabilidad............................. 60

Tabla 22 Cálculo del grado de vulnerabilidad. .................................................................... 62

Tabla 23 Tabla distorsiones máximas de las estructuras ..................................................... 65

Tabla 24 Variables de estudio .............................................................................................. 67

Tabla 25 Tabla Resumen de la Descripción de los Módulos Escolares. .............................. 81

Tabla 26 Distorsiones, desplazamientos y fuerzas cortantes de entrepiso en suelo S3 ....... 94



10




11

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Escuela primaria Enrique Rebsamen, ubicado en Villa Coapa de la ciudad de

México. Adaptado de “Terremoto en México: colapsó una escuela y hay niños atrapados

bajo los escombros”, por El Comercio, 2017. .............................................................. 18

Figura 2. Proceso de subducción y la ubicación de las principales fuentes sismogénicas en el

Perú, según la teoría tectónica. Adaptado de “Evaluación del peligro asociado a los

sismos y efectos secundarios en Perú”, por IGP, 2014. ............................................... 23

Figura 3. Sismos históricos ocurridos en el Perú con intensidades máximas ≥VII entre 1500

y 2014, según datos registrados. Adaptado de “Evaluación del peligro asociado a los

sismos y efectos secundarios en Perú”, por IGP, 2014. ............................................... 27

Figura 4. Terremoto de Áncash 1970, según registro del lugar. Adaptado de “10 terremotos

más devastadores que ocurrieron en Perú”, por El Comercio, 2017. ........................... 28

Figura 5. Aceleraciones de la gravedad en suelo rígido especificado en un mapa de zona

sísmica del Perú, según distribución espacial de sismicidad. Adaptado de “Norma

técnica E.030 Diseño sismorresistente”, por el MVCS, 2016. ..................................... 33

Figura 6. Tipos de suelos y aceleración en el suelo en el distrito de VMT, según trabajo de

campo. Adaptado de “Mapas de microzonificación sísmica en el centro histórico de lima

(Cercado de Lima y Rimac), Villa María del Triunfo y Callao, por INDECI, 2010. ... 37

Figura 7. Mapa topográfico de Villa María del Triunfo, según relieve de la zona. Adaptado

de “Topographic-map”, por topographic-map.com, 2017. ........................................... 38

Figura 8. Irregularidad vertical debido a acceso a estacionamientos, según estudios previos.

Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a

handbook”, FEMA, 2015. ............................................................................................ 44

Figura 9. Irregularidad vertical debido a puertas muy amplias, según estudios previos.


handbook”, FEMA, 2015. ............................................................................................ 45

Figura 10. Irregularidad vertical debido a variación en los pisos superiores (out-of-plane

setback), según estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for

potential seismic hazards: a handbook”, FEMA, 2015. ............................................... 45

12

Figura 11. Irregularidad vertical a la creación de muros encima de columnas, según estudios

previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards:

a handbook”, FEMA, 2015. .......................................................................................... 45

Figura 12. Irregularidad vertical múltiple setback y piso débil, según estudios previos.


handbook”, FEMA, 2015. ............................................................................................ 46

Figura 13. Irregularidad en planta debido columnas cortas y columnas muy altas que

producen torsión, según estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of

buildings for potential seismic hazards: a handbook”, FEMA, 2015. .......................... 46

Figura 14. Irregularidad en planta debido a sistemas no paralelos por tener forma triangular,

según estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential

seismic hazards: a handbook”, FEMA, 2015. .............................................................. 48

Figura 15. Irregularidad en planta debido a la forma de las construcciones, según estudios

previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards:

a handbook”, FEMA, 2015. .......................................................................................... 49

Figura 16. Irregularidad en planta debido a diafragmas abiertos, según estudios previos.


handbook”, FEMA, 2015. ............................................................................................ 49

Figura 17. Irregularidad en planta debido a vigas no alineadas con las columnas, según

estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic

hazards: a handbook”, FEMA, 2015. ........................................................................... 49

Figura 18. Número y porcentaje de pabellenos escolares públicos en el distrito de Villa María

de Triunfo creados antes y después del año 1997. Adaptado de Tabla 25. Fuente: propia.

...................................................................................................................................... 69

Figura 19. Sistema W1, construcciones de madera. Adaptado de “Colegio 7235, Mariscal

Andrés Avelino Cáceres”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................. 70

Figura 20. Sistema C1, construcciones de concreto resistente a los momentos. Adaptado de

“Colegio 7073”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................................. 70

Figura 21. Sistema C3, construcciones de concreto con muros de ladrillo no reforzado.

Adaptado de “Colegio 7073”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ............ 71

13

Figura 22. Sistema URM construcciones con muros de ladrillo sin reforzado. Adaptado de

“Colegio 6011, Santísima Virgen de Fátima”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente:

propia. ........................................................................................................................... 72

Figura 23. Sistema MH, Construcciones prefabricadas. Adaptado de “Colegio 7106, Villa

Limatambo”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente propia. ....................................... 72

Figura 24. Cantidad de módulos escolares públicos según su sistema estructural. Adaptado

de Tabla 25. Fuente: propia. ......................................................................................... 73

Figura 25. Irregularidad vertical, columna corta. Adaptado de “Colegio 7106, Villa

Limatambo”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ...................................... 74

Figura 26. Irregularidad en planta, por torsión. Adaptado de “Colegio 6032, Almirante

Miguel Grau Seminario”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................... 74

Figura 27. Irregularidad vertical, por niveles divididos. Adaptado de “Colegio 6029,

Bartolomé Mitre”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. .............................. 75

Figura 28. Irregularidad en planta, por sistemas no paralelos. Adaptado de “Colegio 6081,

Manuel Scorza Torres”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ..................... 76

Figura 29. Irregularidad en planta, por esquinas entrantes. Adaptado de “Colegio 6081,

Manuel Scorza Torres”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ..................... 77

Figura 30. Irregularidad en planta, por out of plane setback. Adaptado de “Colegio 6024,

José María Arguedas”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ....................... 77

Figura 31. Módulo 780, sistema estructural C3. Adaptado de “Colegio 7054”, Villa María

del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................................................................................ 78

Figura 32. Módulo 780 reforzado, sistema estructural C1. Adaptado de “Colegio 7106, Villa

Limatambo”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ...................................... 79

Figura 33. Módulo Bloqueta, sistema estructural C3. Adaptado de “Colegio 6019, Mariano

Melgar”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ............................................. 79

Figura 34. Módulo Apenkai, sistema estructural C3. Adaptado de “Colegio 6029, Bartolomé

Mitre”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................................................ 80

Figura 35. Módulo Apenkai, sistema estructural C1. Adaptado de “Colegio 6060, Julio César

Tello”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ................................................ 80

Figura 36. Módulo Pre Fabricado, sistema estructural MH. Adaptado de “Colegio 6060, Julio

César Tello”, Villa María del Triunfo, 2018. Fuente: propia. ...................................... 81

14

Figura 37. Antigüedad de las estructuras en promedio. Fuente: propia............................... 86

Figura 38. Cantidad de estructuras encontradas dentro de los índices de vulnerabilidad.

Fuente: propia. .............................................................................................................. 87

Figura 51. Vista en planta y en 3D del pabellón típico 780. Fuente: propia. ...................... 91

Figura 52. Vista en planta y en 3D del pabellón Bloqueta. Fuente: propia. ........................ 92

Figura 53. Vista en planta y en 3D del pabellón Apenkai. Fuente: propia. ......................... 92

15

INTRODUCCIÓN

El Perú es un país muy vulnerable a los eventos sísmicos que ocurren en el planeta Tierra,

ya que se encuentra ubicada en la Placa Sudamericana y por ende en la Placa de Nazca,

en donde se ejerce el fenómeno de subducción bajo esta Placa provocando los sismos.

Lima se encuentra en un lugar muy cercano a los epicentros registrados hasta la fecha.

Además, que hace más de 200 años no se registra un evento sísmico de alta magnitud

cerca de la capital del Perú.

En base a ello, la ciudad de Lima espera un gran terremoto que según investigaciones

realizadas en CISMID-UNI, la magnitud de este sismo podría estar fluctuando entre 8.5 a

9 grados en la escala de Richter.

Cuando los fenómenos naturales ocurren, los colegios sirven como centros de refugio para

los habitantes cercanos. Por ello, es de suma importancia garantizar que los colegios

continúen operando antes, durante y después de los sismos.

La presente tesis busca evaluar la vulnerabilidad sísmica de los módulos escolares del

distrito de Villa María del triunfo. Pero, se limita a instituciones públicas, ya que, las

instituciones privadas no suelen permitir el ingreso a sus centros. Además de ello, se

restringe a usar valores de la resistencia del concreto plasmados en los planos estructurales

de los pabellones típicos para el método cuantitativo; ya que realizar ensayos de

diamantina resulta ser muy costosa y no muy necesaria para su evaluación estructural. De

la misma forma, las autoconstrucciones solo serán evaluadas por el método cualitativo,

por carecer de planos estructurales y materiales no confiables para un estudio masivo de

evaluación cuantitativa.

Para ello se evaluará la vulnerabilidad por 2 métodos: cualitativo y cuantitativo para

proveer a la población con un mapa (según la evaluación cualitativa) que indique a qué

módulos podrían dirigirse en caso de un evento sísmico.

El análisis cualitativo consiste en evaluar el porcentaje de probabilidad de colapso o

índices de daño, mediante un análisis visual de la estructura. Mientras que, el análisis

16

cuantitativo consiste en verificar las distorsiones que presenta la estructura y poder

determinar su posible comportamiento.

Antecedentes

En primer lugar, en enero del 2009 se presenta un artículo de investigación en la revista

ciencia e ingeniería sobre la evaluación cualitativa de la vulnerabilidad sísmica de

edificaciones escolares en la ciudad de Mérida (Suárez, 2009).

Dicha investigación, justifica su importancia en que las edificaciones consideradas como

esenciales (colegios) requieren de un estudio de vulnerabilidad sísmica. Para ello,

aplicando una metodología cualitativa desarrollada por Llanos y Vidal, se evalúa 65

escuelas de la ciudad de Mérida. Estas cartillas de encuesta contienen una serie de

preguntas sobre condiciones constructivas y estructurales, otorgando a cada interrogante

porcentajes o valores de puntuación. Finalmente, desarrolla cada cartilla y lo resume en

porcentajes totales para determinar si la estructura es vulnerable.

También se consultó la siguiente publicación ingenieril sobre Peligro, vulnerabilidad,

riesgo y posibilidad de desastres sísmicos en el Perú (Ocola, 2005).

Este trabajo, resume información de entidades oficiales sobre catálogos sísmicos, mapas

de peligro sísmico, entre otros, que es fundamental para tener en claro los conceptos

como la sismicidad tectónica del Perú, peligro sísmico y la frecuencia de terremotos.

En tercer lugar, el 17 de marzo del 2010 se presentó un resumen de información por la

Universidad Diego Portales, titulado Terremoto 27/2 Oportunidad para mejorar las

escuelas en Chile (Gregory Elacqua, 2010).

Esta investigación, realizó un recopilado de información sobre los daños generados a

colegios por el terremoto ocurrido en Chile el 27 de febrero de 2010. Es importante saber

cómo se ha visto afectado el país vecino por este fenómeno ya que, tanto Chile y Perú,

utilizan normas sismoresistente similares y además ambos países se encuentran en zonas

altamente sísmicas.

Otro artículo científico importante, es sobre Two-Dimensional Analysis Vulnerability

Assessment of Public Secondary Buildings in District II of Manila (Johnrey L. Dapito,

2015).

17

Donde, los autores plantean evaluar los edificios de la escuela secundaria pública del

Distrito 2 de la ciudad de Manila mediante la combinación de una metodología

cuantitativa y otra cualitativa sobre vulnerabilidad sísmica. Como resultado final, se

obtiene un plano con 4 cuadrantes para ubicar los colegios que tienen alto, bajo y

moderado riesgo sísmico.

Por último, los autores Mohamed E. Sobaih y Maha A. Nazif desarrollaron el siguiente

artículo científico A proposed methodology for seismic risk evaluation of existing

reinforced school building. (Nazif, 2012).

Este artículo científico, plantea elaborar dos cuestionarios y un programa de cómputo

para obtener, en menor tiempo, el nivel de riesgo de cualquier edificación escolar.

Donde, su principal resultado fue clasificar el riesgo sísmico en rangos bajo, moderado

y alto a cualquier edificación escolar, ya sea de diferentes países.

Realidad problemática

En los últimos años, se ha presenciado dos grandes terremotos que dejaron

consecuencias catastróficas tanto sociales como económicas. Siendo el primero, lo

ocurrido en Chile el año 2015 (magnitud 8.8) en donde más de 4,867 edificaciones

escolares quedaron destruidas o parcialmente dañadas. De la misma forma, en México

en el año 2017 (magnitud 7.1); la cual, dejó 5,092 escuelas dañadas. Todas estas

edificaciones quedaron inutilizadas para atender las urgencias que la población

demandaba, un ejemplo conciso es la Escuela Enrique Rebsamen (México) que a

continuación se presenta en la Figura 1.

18

Figura 1. Escuela primaria Enrique Rebsamen, ubicado en Villa Coapa de la ciudad de México. Adaptado

de “Terremoto en México: colapsó una escuela y hay niños atrapados bajo los escombros”, por El

Comercio, 2017.

En una entrevista a Hernando Tavera, informa que existe un silencio sísmico de más de

200 años que se viene acumulando en la costa central del Perú, cuya magnitud iguale o

supere a los fenómenos acontecidos en los países vecinos.

Lo real, es que el Perú sufra las mismas consecuencias si ocurre un sismo similar; dado

que estos países, poseen normas sismorresistente similares, las cuales están basadas en

metodologías norteamericanas y japonesas.

En el 2015, se realizó el Censo de Infraestructura Educativa (CIE) del Perú, estudio que

se tuvo como muestra a 187,312 edificaciones educativas. En la cual, se obtuvo que

15,349 colegios fueron construidos antes y durante 1977 y 63,976 entre 1978 y 1998. La

importancia de determinar la antigüedad de construcción recae sobre los cambios que ha

tenido Norma Peruana de Diseño Sismorresistente (E 0.30), como es el caso del aumento

de rigidez en la estructura y el efecto de los desplazamientos en los entrepisos. Si bien

en Chile, su norma sismorresistente no funcionó bien ante un terremoto de magnitud 8.8,

lo más probable es que en el Perú los colegios mencionados, considerados edificaciones

esenciales, colapsen o queden en condiciones no funcionales generando pérdidas

económicas al Estado y afectando gravemente a todos los habitantes del país.

Por ello nace la necesidad de evaluar y analizar las instalaciones educativas desde dos

puntos de vista, cualitativamente (análisis visual rápido) y cuantitativamente (método de

distorsiones laterales), para determinar qué tan de vulnerables son y no esperar a que

ocurra una catástrofe.

19

Formulación del Problema

¿Realizar un análisis cualitativo con las recomendaciones del FEMA P-154 y

cuantitativo según las distorsiones laterales ayudará a determinar la vulnerabilidad

sísmica de los módulos escolares públicos de Villa María del Triunfo?

Hipótesis

La mayor cantidad de módulos escolares públicos son vulnerables a un escenario de un

sismo severo, tras realizar un análisis cualitativo mediante el FEMA P-154; por otro

lado, cuantitativamente según las distorsiones laterales en base a planos estructurales.

Objetivo General

Determinar la vulnerabilidad sísmica de los módulos escolares públicos del distrito de

Villa María del Triunfo, mediante el análisis cualitativo “Rapid Visual Screen of

Buildings for Potencial Seismic – FEMA P -154” y cuantitativo “Distorsiones laterales”

en un escenario de sismo severo.

Objetivos Específicos

- Clasificar los módulos escolares públicos por su sistema, característica y

configuración estructural, mediante la metodología cualitativa.

- Obtener la vulnerabilidad sísmica en grados de daño de los módulos escolares

públicos, mediante la metodología cualitativa “Rapid Visual Screen of Buildings for

Potencial Seismic – FEMA P-154”.

- Obtener el daño esperado de las estructuras típicas según su distorsión, utilizando la

metodología cuantitativa de distorsiones laterales.

20

Descripción del contenido

Para el desarrollo de la presente tesis, se dividirá en 4 etapas:

La primera, presenta netamente la información necesaria para la elaboración del marco

teórico fundamental y específico; siendo recolectada, a través de información histórica y

datos actuales de la zona en estudio. Continúa con una inmersión a las diferentes

metodologías cualitativas, siendo el de mayor enfoque la propuesta por la Agencia

Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA P-154), que es reconocido en muchos

países por su facilidad de uso, precisión del sistema de puntuación y por recoger

diferentes técnicas en análisis de vulnerabilidad sísmica. Para finalizar esta primera etapa,

una breve descripción del método cuantitativo escogido que tendrá como sustento al

Reglamento Nacional de Edificaciones.

En segundo lugar, se realizarán las visitas a cada uno de los colegios públicos con los

permisos otorgados por la UGEL 01, cuyo fin será obtener la información necesaria de

cada módulo escolar existente y en funcionamiento para aplicar el método cualitativo

propuesto. Asimismo, se tomará mediciones a los elementos estructurales de los

pabellones típicos y autoconstrucción definidos en el marco teórico.

En tercer lugar, se procederá a modelar las estructuras típicas en el software ETABS

(Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems) versión 2.1. 2016; para que

finalmente, se calcule la distorsión de entrepiso de la estructura para luego conocer el

daño esperado.

En la última etapa, con toda la información recopilada y resumida, se procederá a su

respectivo análisis. De tal manera que, en forma ordenada, se cumplirá con los objetivos

específicos planteados.

21

1. MARCO TEÓRICO

En este capítulo se mencionará los principales conceptos, información histórica,

características del lugar, así como las diferentes metodologías que se pueden emplear para el

análisis cualitativo y cuantitativo de vulnerabilidad sísmica.

1.1. Definiciones Importantes

Sismo o Terremoto

Son una serie de vibraciones en la corteza terrestre causada por las ondas sísmicas que

se generan por súbita liberación de energía elástica acumulada en la corteza y parte

superior del manto terrestre. (Shearer, 2009)

Intensidad

Intenta definir el daño de una localidad determinada. Este efecto producido por el sismo

se mide mediante escalas subjetivas como es de Mercalli Modificado (MM) y la escala

de Medvédev – Sponheuer - Kárník (MSK), ambas se clasifican en sismos leves, sismos

con intensidades de grado igual o menores a 6 MSK o MM; sismos moderados, con

intensidades de VII y VIII MSK o MM; sismos severos, de grado IX MSK o MM; por

último, sismos catastróficos con intensidades de X o más en MSK o MM.

Magnitud y momento sísmico.

Asociada a la cantidad de energía liberada durante el evento telúrico y se usa para medir

el tamaño del sismo mediante la Escala de Richter (es objetiva e instrumental). Este

consta de 9 grados donde cada uno supone una liberación de energía 32 veces superior

al anterior. Para determinar con mayor exactitud la magnitud sísmica se utiliza el

momento sísmico, que mide el tamaño de la ruptura y desplazamientos de los bloques

de falla que se realiza a partir del espectro de ondas sísmicas registradas (Muñoz, 1989).

Aceleración y velocidad.

El primero, referido al movimiento que tiene el suelo en la corteza terrestre en función

del tiempo, siendo su medición respecto a la aceleración de la gravedad del suelo (g =

9.81 m/s2); el segundo, es el movimiento con la que se desplaza una onda en una

22

dirección dada establecido en unidades de longitud por tiempo. Ambos sirven para

diseñar estructuras y establecer criterios en normas de diseño sismorresistente en todo el

mundo. Tienen correlación con la escala de Mercalli que define los daños ocurridos en

las edificaciones después de un terremoto. Son determinados por los acelerógrafos

(instrumento de medición), que son de mayor resistencia ante los movimientos sísmicos

a comparación de un sismógrafo.

Fuentes Sismogénicas.

Se denominan a aquellas zonas en las que se puede considerar que los terremotos

presentan características comunes y, por tanto, se puede asociar a una única estructura

geológica (Muñoz, 1989). Tienen como característica una relación entre la aceleración,

velocidad o desplazamiento, la magnitud y distancia (ley de atenuación), en donde cada

zona se le asigna una ley de recurrencia, con ello se estiman parámetros sísmicos para el

sitio en estudio en un tiempo determinado siendo un cálculo que ayuda a determinar el

nivel de riesgo sísmico en una localidad determinada.

𝐿𝑜𝑔 𝑁 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 − 𝑏 𝑚

Siendo:

N: recurrencia sísmica anual de magnitud mayor o igual a m

const. y b: constantes determinados por la región sísmica.

Ecuación 1. Ley de Gutenberg - Richter

Fuente: Earthquake Science and Seismic Risk Reduction, Volumen 1

Principales causas de los sismos en el Perú.

Una de las más importantes ocurre debido a que la placa de Nazca (oceánica) se hunde

o desciende bajo la placa Sudamericana (continental) en donde se libera una gran

cantidad de energía (con diferentes magnitudes e intensidades) que se refleja en los

sismos. Este proceso tectónico es conocido como subducción y se genera porque entre

las placas, las corrientes convectivas realizan movimientos de separación (divergente) o

de aproximación (convergentes) (EducarChile, 2013).

23

Según un informe realizado por el Instituto Geofísico del Perú (IGP) son 3 las causantes

de los terremotos que ocurren en nuestro país (fuentes sismogénicas) y se presentan de

la siguiente manera en la Figura 2:

Figura 2. Proceso de subducción y la ubicación de las principales fuentes sismogénicas en el Perú, según

la teoría tectónica. Adaptado de “Evaluación del peligro asociado a los sismos y efectos secundarios en

Perú”, por IGP, 2014.

La primera, es por la fricción entre ambas placas mencionadas presente en el borde

occidental del Perú (entre la fosa y la línea de costa), este dio origen a sismos de

magnitudes de alrededor 8,0 en la escala de Mercalli, como es el caso de los terremotos

de Arequipa (2001) y Pisco (2007). La segunda fuente, considera la deformación de la

corteza continental con la presencia de fallas geológicas de diversas geometrías y

dimensiones, que dio origen a un sismo de magnitud 6,5 y produjeron daños en

estructuras y también licuefacción de suelos. Por último, la tercera fuente son los sismos

24

que se originaron por la deformación interna de la placa de Nazca por debajo de la

cordillera de los Andes. (Instituto Geofísico del Perú (IGP), 2014)

1.1.1. Riesgo Sísmico

En referencia a las definiciones descritas por la Oficina de las Naciones Unidas para

casos de Desastres (UNESCO), al Instituto de Investigaciones en Ingeniería Sísmica

(EERI), al Servicio Geológico de los E.U (USGS), entre otros, se puede resumir que el

riesgo sísmico es la consecuencia social y económica provocada por un movimiento

telúrico; resultado del grado de pérdida, destrucción o daño de la falla de estructuras

cuya capacidad resistente fue superada.

Para evaluar el riesgo sísmico se determina con la siguiente expresión:

𝑅𝐼𝐸𝑆𝐺𝑂 𝑆Í𝑆𝑀𝐼𝐶𝑂 = 𝑃𝐸𝐿𝐼𝐺𝑅𝑂 ∗ 𝑉𝑈𝐿𝑁𝐸𝑅𝐴𝐵𝐼𝐿𝐼𝐷𝐴𝐷 ∗ 𝐶𝑂𝑆𝑇𝑂

Ecuación 2. Riesgo Sísmico

Fuente: Terremotos. Evaluación y mitigación de su peligrosidad.

Esta definición abarca dos aspectos muy importantes; el tema científico y el punto de

vista económico. El primer aspecto, es de interés para el ingeniero y el arquitecto, ya que

busca explicar cómo se comporta la estructura ante un movimiento sísmico, y además

para el sismólogo, que estudia las características y la ocurrencia de un terremoto (Muñoz,

1989). Mientras que el segundo aspecto, realiza mayor énfasis a factores socio

económicos.

1.1.1.1. Vulnerabilidad Sísmica

Se define como el grado de daño que recibe una estructura debido a un movimiento

sísmico, con una intensidad o intensidades determinadas que generalmente se expresa

en términos de aceleración del terreno. La vulnerabilidad, es una característica del propio

comportamiento estructural que involucra el sismo y el daño como una ley causa – efecto

(Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura

(UNESCO), 1980). En donde el primero, depende de la sismicidad de la zona, los

mecanismos existentes de falla, la magnitud del terremoto, las características geotécnicas

locales, entre otros; y el segundo, depende del diseño sismoresistente, tipo de material,

configuración en elevación y en planta, etc.

25

La importancia de su estudio recae en conocer la condición actual de la estructura. En

base a ello, elaborar planes de mitigación y anticipar consecuencias negativas

(económicas y sociales).

Su evaluación se puede realizar de dos formas: métodos subjetivos, mediante la

visualización del daño generado después de un terremoto con análisis estadísticos; y

métodos analíticos, a través de un modelo estructural con sus características de los

materiales, cargas y las normativas empleadas.

1.1.1.2. Peligro sísmico

El peligro sísmico es la probabilidad de que el valor de un parámetro ya sea de intensidad

o aceleración del suelo sea superado en un determinado periodo de tiempo (Organización

de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), 1980).

En donde el peligro sísmico, depende de la ubicación y las condiciones locales que

presenta el lugar de estudio como las características del suelo (mientras más resistente

sea el suelo tendrá menor intensidad), la topografía y la estratigrafía (la cual amplifica o

reduce la intensidad del sismo). Cabe resaltar que dependiendo del suelo que el lugar

posea se aplican las leyes de atenuación o reducción de la intensidad sísmica.

𝑃𝑅𝑂𝐵𝐴𝐵𝐼𝐿𝐼𝐷𝐴𝐷 𝐷𝐸 𝐸𝑋𝐶𝐸𝐷𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴 = 1 − (1 − 𝑃𝐴)𝑡

𝑃𝐴 = 1/𝑃𝑅

Donde:

PA: probabilidad anual de ocurrencia de un terremoto

PR: periodo de retorno

t: periodo de exposición

Ecuación 3. Probabilidad de excedencia

Fuente: Terremotos. Evaluación y mitigación de su peligrosidad.

26

1.1.1.3. Costo

En base a la definición de la (Organización de las Naciones Unidas para la Educación,

la Ciencia y la Cultura (UNESCO), 1980), se dice que es la valoración de los costes de

materiales y pérdidas humanas producidas por la ocurrencia de un terremoto, teniendo

en cuenta la vulnerabilidad de las edificaciones. Para el caso de construcciones

esenciales, se hace mayor énfasis a beneficios ligados al funcionamiento de la estructura,

así como sus efectos en la seguridad y bienestar de la población. Algunos factores

socioeconómicos importantes son:

o Uso de materiales adecuados resistentes a los sismos.

o Sistemas de alerta rápida o evacuación.

o Pérdidas de vidas humanas.

o Evaluación de costos de reforzamiento.

o Localización de las edificaciones.

1.1.2. Sismos ocurridos en el Perú y Lima

Los sismos ocurren con frecuencia en el Perú, pero muchos de ellos no son percibidos

por los habitantes cercanos a los epicentros, ya que estos sismos tienen baja magnitud e

intensidad. No obstante, también ocurrieron sismos que tuvieron gran impacto en el Perú,

puesto que los movimientos telúricos tuvieron intensidades mayores o iguales a VII en

la escala de Mercalli Modificado como se muestra en la Figura 3:

27

Figura 3. Sismos históricos ocurridos en el Perú con intensidades máximas ≥VII entre 1500 y 2014, según

datos registrados. Adaptado de “Evaluación del peligro asociado a los sismos y efectos secundarios en

Perú”, por IGP, 2014.

28

El 31 de mayo de 1970, se registró el terremoto más destructivo del Perú con magnitud

momento de 7.8 en el callejón de Huaylas, Ancash, que dejó como resultado 67 mil

muertos y 150 mil heridos y varias construcciones inhabitables (El Comercio, 2017)

como se muestra en la Figura 4:

Figura 4. Terremoto de Áncash 1970, según registro del lugar. Adaptado de “10 terremotos más

devastadores que ocurrieron en Perú”, por El Comercio, 2017.

Otro sismo importante ocurrió el 15 de agosto de 2007 con una magnitud de 7.9 grados

en la escala de Richter dejando 597 personas muertas y 1,289 personas resultaron

heridas, además de arrasar con más de 90 mil inmuebles y damnificar a más de 40 mil

personas. A continuación, se detallan los principales sismos ocurridos en el Perú en los

últimos 47 años indicado en la Tabla 1:

29

Tabla 1

Fecha, Magnitud y lugar de los principales sismos en el Perú.

Fecha Magnitud (Escala de Richter) Lugar

31/05/1970 7.9 Ancash

03/10/1974 8.1 Cerca de la costa central del Perú

04/04/1991 6.2 San Martín

12/11/1996 6.4 Centro y sur del Perú

23/06/2001 7.1 Costa Peruana

25/09/2005 7.5 Moyobamba

15/08/2007 8.0 Pisco, Ica, Chincha y Paracas

24/08/2011 7.0 Pucallpa

25/09/2013 6.9 Acary

Nota. Esta tabla menciona los principales terremotos en los últimos 47 años en el Perú. Adaptado de

“Cronología de los sismos más fuertes en Perú desde 1970”, por La República, 2013.

Al centrarnos en la ciudad de Lima también sucedieron sismos importantes como lo

ocurrido el 17 de octubre de 1966 a 230 km al noroeste de Lima con una magnitud de

8.1 grados en la escala de Richter que tuvo grandes consecuencias en la capital peruana.

Donde, muchos inmuebles se desplomaron y hubo más de 100 muertos. Los centros

educativos también fueron afectados como el colegio Reina de los Ángeles y La

Recolecta de la Planicie en la Molina, el colegio San José en el Callao, la escuela

primaria N° 680 en San Juan de Miraflores y el Colegio Nacional Alonso Mesías en

Huaral, que llegaron a fallar varias aulas. Los daños encontrados en las instituciones

educativas se debieron principalmente al problema de columna corta e irregularidades,

de los cuales el 60% de los colegios fueron declarados en emergencia.

El terremoto más importante ocurrido en el Perú fue el 28 de octubre de 1746 que dejó

más de 15,000 muertos con una magnitud de 9.0 Mw (escala magnitud momento). Lima

contaba con 60,000 habitantes y después del sismo quedaron prácticamente dos tercios

de la población. Las construcciones colapsaron y lo más importante, los colegios que se

suponían que debían de servir como refugio quedaron en las ruinas. Tras el incidente al

no tener suficientes construcciones habitables las personas se refugiaban en las plazas y

jardines. Lima quedo en las ruinas, mientras que el Callao quedo inhabitable.

30

Como estos sismos mencionados, ocurrieron varios en el tiempo, dejando grandes rastros

en la historia peruana y ahora se tiene un silencio sísmico de más de 250 años que se

espera que azote la costa limeña.

1.1.3. Importancia de las edificaciones escolares

Las edificaciones escolares son consideradas en el Perú y en muchos países como

estructuras esenciales. El término esencial significa según la Real Academia Española

(RAE) que es importante o necesario; según el Federal Emergency Management Agency

(FEMA) una edificación esencial es necesario su uso después de un terremoto; para la

norma sismoresistente E0.30, considera que su función no debería interrumpirse

inmediatamente después que ocurra un sismo severo. Otra definición importante, es del

Applied Technology Council (ATC 3-06, 1978) donde considera que deben permanecer

en condiciones de funcionamiento durante y después del sismo.

Todas son definiciones similares que al final llegan a la siguiente conclusión: estructuras

necesarias que deben mantener su funcionalidad después de ocurrida una catástrofe con

el fin de servir como refugio. Ya que, los colegios deben salvaguardar la vida de sus

ocupantes, así como de los damnificados.

La antigüedad de las edificaciones son un punto clave para evaluar si son vulnerables o

no, dado que la Norma de Diseño Sismorresistente ha tenido cambios importantes por

cada evento sísmico ocurrido en el Perú.

Algunas consecuencias importantes que dejaría el sismo afectando al sector educativo

son:

• Suspensión de clases temporales o a largo plazo.

• Infraestructura del servicio educativo dañada.

• Disminución a accesos de servicios básicos.

• Inaccesibilidad a los centros educativos.

• Reducción de refugios para la población.

• Aumento en los costos humanos, sociales y económicos.

Todas estas consecuencias están ligadas a temas de costo, recursos humanos, políticas

del estado y factores sociales, por lo que garantizar el buen funcionamiento de las

estructuras esenciales llegaría a ser un derecho para todas las personas.

31

Consecuencias de los 2 últimos terremotos en los Colegios públicos del Perú

En el terremoto de Pisco (15 de agosto de 2007), en un informe realizado por el

Ministerio de Educación (MINEDU) y la Oficina de Infraestructura Educativa (OINFE),

en ese entonces se evaluaron los daños que se ocasionaron en los módulos escolares de

las regiones de Huancavelica, Lima, Ica y Ayacucho siendo un total de 3,694 aulas que

presentaron fallas estructurales entre graves, moderadas y leves; además, se vieron

afectados en promedio 41 mil alumnos y alrededor de 12 mil maestros vieron

interrumpida su labor (Instituto Nacional de Defensa Civil (INDECI), 2011). A

continuación, se presenta el total de las aulas afectadas por el terremoto de Pisco en la

siguiente Tabla 2.

Tabla 2

Cantidad de centros educativos afectados por el terremoto.

Nota. Esta tabla menciona la evaluación total de los daños en la infraestructura escolar de cuatro

departamentos del Perú como consecuencias del terremoto de Pisco. Adaptado de “Impacto

socioeconómico y ambiental del sismo del 15 de agosto de 2007”, por INDECI, 2007.

El 23 de junio de 2001 denominado el terremoto de Arequipa (magnitud de 7,9 en la

escala de Richter), se realizó un informe con todos los daños ocurridos en los colegios

estatales por el Instituto Geofísico del Perú (IGP). Donde, la evaluación se describió por

distrito y se obtuvo lo siguiente:

- En el distrito de Cayma, el centro educativo 40616 Casimiro Cuadros, 9 aulas

resultaron parcialmente demolidas; el centro educativo 4005, presentó destrucción

parcial en vigas, muros y techo; colegio Pionero, tuvo serios daños en el nudo del

techo (unión de viga – columna).

Regiones

Aulas sin Daño

Estructural o Daño Leve

Daños Moderados

de Aulas

Daños Graves de

Aulas

Muros de Cerco con

Daño Estructural

Otros Ambientes con Daños

Huancavelica 110 106 24 953 95

Lima 536 174 355 3302 214

Ica 1705 205 214 5690 84

Ayacucho 223 10 29 4 14

Total 2574 495 622 9949 407

32

- Distrito Cerro Colorado, centros educativos como: Libertadores de América, Romero

Luna Victoria, CEI Semi Rural Pachacutec, entre otros, presentaron grietas en muros

y columnas.

- En el distrito de Hunter, el colegio San Agustín de Hipona 40033, uno de sus edificios

se inclinó y presento fisuras profundas además de huecos en las paredes y techos.

- En Mariano Melgar, la gran unidad escolar Mariano Melgar, con sus 47 años de

construcción resulto gravemente dañada en sus 3 pisos.

- Distrito José Luis Bustamante Rivero, en el colegio Nacional Jorge Basadre su

estructura quedó dañada en un 80%, en donde las columnas y vigas de las aulas

colapsaron.

- En los distritos de Chivay y Mollendo, 9 colegios públicos colapsaron o quedaron

totalmente inhabitables.

- Tras el terremoto de Pisco en el 2007, el número de damnificados superaron los 400

mil. Los colegios locales que soportaron el sismo sirvieron como refugio, pero

insuficientes para albergar a la población. Por ello, las personas tuvieron que

refugiarse en carpas por las calles. Además, de instalar 101 aulas prefabricadas.

1.2. Características de la zona

1.2.1. Ubicación sísmica

El distrito de Villa María del Triunfo se encuentra situado al sur del departamento de

Lima a 200 metros sobre el nivel del mar a 12° 07’ 26.9’’ de latitud y 76° 54’ 37.9’’ de

longitud.

El distrito está integrado por 7 zonas pobladas como se muestra en la Tabla 3:

Tabla 3

Zonas pobladas del distrito de Villa María del Triunfo.

N° ZONA NOMBRE DE LA ZONA

1 José Carlos Mariátegui

2 Cercado

3 Inca Pachacútec

4 Nueva Esperanza

5 Tablada de Lurín

6 José Gálvez

33

7 Nuevo Milenio

Nota. Esta tabla menciona como está divido el distrito de Villa María del Triunfo. Adaptado de “Villa

María del Triunfo-Plan de Gobierno Municipal”, por Municipalidad Distrital de Villa María del Triunfo,

2006.

Además, colinda por el sur con los distritos de Pachacamac y Lurín, por el norte con San

Juan de Miraflores, por el este con La Molina y por el oeste con Villa El Salvador.

Lima se encuentra en la zona 4, considerado uno de los lugares con mayor sismicidad en

el Perú (Reglamento Nacional de Edificaciones, 2016). Por ende, el Distrito de Villa

María del Triunfo se encuentra en la zona 4 con una aceleración de la gravedad de 0.45g

en un suelo muy rígido como se muestra en la Figura 5:

Figura 5. Aceleraciones de la gravedad en suelo rígido especificado en un mapa de zona sísmica del Perú,

según distribución espacial de sismicidad. Adaptado de “Norma técnica E.030 Diseño sismorresistente”,

por el MVCS, 2016.

Según lo descrito por INDECI, se concluye que el distrito De Villa María del Triunfo

posee aceleraciones de la gravedad en el suelo rígido entre 0.30 y 0.47 con periodos

mayores a 0.2 segundos.

34

De la misma forma, según la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA

154), los lugares que presentan aceleraciones entre los valores de 0.2 y 0.4 veces la

gravedad en el suelo, son considerados sísmicamente como moderado alto y para los

valores de 0.4 y 0.6 veces la gravedad en el suelo, son consideradas regiones con

sismicidad alta como se muestra en la Tabla 4:

Tabla 4

Región sísmica.

Región sísmica Aceleración del suelo según

periodo (periodo corto 0 o 0.2 s)

Aceleración del suelo según

periodo (periodo largo 0.2 o 1 s)

Bajo menos de 0.25g menos de 0.10g

Moderado mayor o igual a 0.25g pero menos

de 0.50g

mayor o igual a 0.10g pero menos

de 0.20g

Moderado alto mayor o igual a 0.50g pero menos

de 1.00g


de 0.40g

Alto mayor o igual a 1.00g pero menos

de 1.50g


de 0.60g

Muy alto mayor o igual a 1.50g mayor o igual a 0.60g

Dato: g = aceleración de la gravedad en dirección horizontal

Nota. Esta tabla menciona en que región sísmica se encuentra el lugar de estudio según la aceleración del

suelo. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, por

FEMA 154, 2015. Traducido por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

De esta manera, según un estudio realizado por el INDECI el distrito de Villa María del

Triunfo posee periodos del suelo mayores a 0.14s tal como se indica en la Tabla 5:

Tabla 5

Periodos del suelo.

TIPOS DE SUELO PERIÓDO DEL SUELO

Cercanía a afloramiento rocoso 0.14 – 0.31 s

Gravas y arenas 0.31 – 0.36 s

Arenas eólicas 0.36 – 0.47 s

Depósitos de rellenos Superior a 0.47 s

35

Nota. Esta tabla menciona los periodos del suelo del distrito de Villa María del Triunfo según las calicatas

estudiadas. Adaptado de “Escenarios de riesgo y medidas de mitigación del riesgo de desastre en el distrito

de Villa María del Triunfo”, por INDECI, 2011.

En base a ello, correlacionando la información brindada por el INDECI, la norma

peruana E.030 y la tabla de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA

P-154), se concluye que el distrito se encuentra en una zona de sismicidad

moderadamente alta y alta.

1.2.2. Tipo de suelo

El distrito de Villa María del Triunfo cuenta con una extensión de 70.57 km2 y que está

conformada por arenas eólicas, suelos residuales y rocas.

El Instituto Nacional de Defensa civil realizó un estudio de suelos con calicatas,

extracción de muestras y ensayos de penetración dinámica ligera – DPL. Donde,

realizaron 87 calicatas en total dentro de todo el distrito y 26 ensayos de penetración

dinámica ligera establecido en la Tabla 6:

Tabla 6

Número de calicatas y DPL por sector.

SECTORES CALICATAS DPL

José Carlos Mariategui 13 05

Cercado de Villa María 15 04

Pachacutec 04 02

Nueva Esperanza 12 05

Tabla de Lurín 15 03

Nuevo Milenio 12 03

José Gálvez 16 04

TOTAL 87 26

Nota. Esta tabla menciona el número de calicatas y DPL que realizaron para el estudio de la zona de Villa

María del Triunfo. Adaptado de “Escenarios de riesgo y medidas de mitigación del riesgo de desastre en

el distrito de Villa María del Triunfo”, por INDECI, 2011.

Al realizar el estudio en laboratorio, INDECI determinó la capacidad portante de todo el

distrito según el tipo de suelo como se muestra en la siguiente Tabla 7:

36

Tabla 7

Capacidad portante según tipo de suelo.

TIPO DE SUELO CAPACIDAD PORTANTE

Arenas eólicas recientes 0.75 – 1.30 kg/cm2

Arenas eólicas antiguas 1.31 – 3.00 kg/cm2

Gravas angulosas del suelo residual 3.01 – 5.00 kg/cm2

Rocas Sanas a alteradas >5.00 kg/cm2

Nota. Esta tabla menciona la capacidad portante que presenta todo el distrito de Villa María del Triunfo

según el tipo de suelo. Adaptado de “Escenarios de riesgo y medidas de mitigación del riesgo de desastre

en el distrito de Villa María del Triunfo”, por INDECI, 2011.

Además, que no se encontró nivel freático entre profundidades de 0 a 3m, por lo que no

se tendría problemas de licuefacción.

En la Figura 6 se muestra el mapa del suelo con sus respectivas aceleraciones del distrito

de Villa María del Triunfo:

37

Figura 6. Tipos de suelos y aceleración en el suelo en el distrito de VMT, según trabajo de campo. Adaptado

de “Mapas de microzonificación sísmica en el centro histórico de lima (Cercado de Lima y Rimac), Villa

María del Triunfo y Callao, por INDECI, 2010.

38

Donde, clasificaron los suelos según la norma peruana E.030, el Sistema Unificado de

Clasificación de Suelos (SUCS) y las aceleraciones del suelo que presenta el lugar de

estudio.

Cabe resaltar, que para el FEMA P-154 los suelos SI, SII, SIII y SIV son considerados

como suelo muy denso o roca suave (C), suelo rígido (D), arcilla suave (E) y suelo pobre

(F) respectivamente.

1.2.3. Topografía

El distrito de Villa María del Triunfo posee un área de 70.57km2, lo cual representa un

2.50% de Lima Metropolitana.

Sectores como Villa Santa Rosa, El paraíso y El Arenal Alto poseen pendientes mayores

a 25%. Además, el sector Arenal Alto también posee fuertes pendientes que constituyen

un alto peligro.

El distrito posee zonas planas, zonas mayormente habitadas, y cerros rocosos que cubren

gran parte del lugar como se muestra en la siguiente Figura 7:

Figura 7. Mapa topográfico de Villa María del Triunfo, según relieve de la zona. Adaptado de

“Topographic-map”, por topographic-map.com, 2017.

1.2.4. Población del distrito de Villa María del Triunfo

En base al censo del 2005, el distrito de Villa María del Triunfo tiene una población total

de 355,761 habitantes en una superficie total de 70.57 km2 siendo el sexto distrito con

mayor población a nivel departamental y el séptimo a nivel Lima y Callao según el INEI

39

(Instituto Nacional de Estadística e Infomática (INEI), 2007). Para el 2015 se estimó una

población total de 448 545 habitantes con una densidad territorial de 6356.03 hab/km2,

tal como se indica en la Tabla 8.

Tabla 8

Población censada en el año 2007, Villa María del Triunfo.

Nota. Esta tabla menciona la densidad poblacional de Villa María descrita mediante género y edad. Adaptado

de “Población total, por área urbana y rural, y sexo, según departamento, provincia, distrito y edades”, por INEI,

2007.

De un total de 87 colegios entre privados y públicos, la presente tesis desarrollará los

métodos cualitativos y cuantitativos en base a 42 instituciones educativas estatales, que

según el censo 2016 de UGEL 01 (encargada de supervisar las instituciones educativas

del distrito de Villa María del Triunfo) se tiene un total de 45,257 alumnos matriculados;

donde la mayor cantidad de alumnado se encuentra en el nivel primaria mientras que en

secundaria es menor debido a que los alumnos migran a instituciones fuera del distrito.

Grupo Etario

Hombre Mujer Total Porcentaje Acumulado

0-4 16,871 16,351 33,222 9,34% 9,34%

5-9 17,110 16,509 33,619 9,45% 18,79%

10-14 17,086 16,843 33,929 9,54% 28,33%

15-19 16,504 16,763 33,267 9,35% 37,68%

20-24 17,958 18,103 36,061 10,14% 47,81%

25-29 17,587 18,014 35,601 10,01% 57,82%

30-34 16,408 16,342 32,750 9,21% 67,03%

35-39 13,989 14,483 28,472 8,00% 75,03%

40-44 10,319 10,530 20,849 5,86% 80,89%

45-49 7,947 8,510 16,457 4,63% 85,51%

50-54 7,055 7,470 14,525 4,08% 89,60%

55-59 5,268 5,663 10,931 3,07% 92,67%

60-64 4,341 4,483 8,824 2,48% 95,15%

65-69 3,462 3,186 6,648 1,87% 97,02%

70-74 2,381 2,138 4,519 1,27% 98,29%

75-79 1,578 1,462 3,040 0,85% 99,14%

80 y más 1,424 1,623 3,047 0,86% 100,00%

Total 177,288 178,473 355,761 100,00% 100,00%

Porcentaje 49,83% 50,17% 100,00%

40

A continuación, se presenta la Tabla 9, correspondiente al Censo Escolar 2016

proporcionado por la UGEL 01.

Tabla 9

Cantidad de alumnado en instituciones públicas, Villa María del Triunfo.

NÚMERO Y NOMBRE DE INSTITUCIONES

EDUCATIVAS EN EL LOCAL ESCOLAR

Alumnos

(censo

2016)

652 30/6084 SAN MARTIN DE PORRES/6084 SAN MARTIN

DE PORRES 363

6020 851

6032 ALMIRANTE MIGUEL GRAU SEMINARIO 1,076

6057 VIRGEN DE LOURDES 960

7054 2,351

7057 SOB.ORDEN MILITAR DE MALTA 2,507

7073 1,418

7106 VILLA LIMATAMBO 1,059

7217 OLIMPIA GERALDINA MELENDEZ PERALTA 133

TUPAC AMARU 2,188

7245 SAN JOSE OBRERO 347

7226-562 JOSE OLAYA BALANDRA 689

6011 SANTISIMA VIRGEN DE FATIMA 1,244

6019 MARIANO MELGAR 847

6155 120

7055 TUPAC AMARU II 1,671

MARISCAL ELOY GASPAR URETA 770

6093 CORONEL JUAN VALER SANDOVAL 1,641

6015 SANTISIMO SAGRADO CORAZON DE JESUS 984

7235 MARISCAL ANDRES AVELINO CACERES 87

7233 MATSU UTSUMI 621

6033 366

6029 BARTOLOME MITRE 977

REPUBLICA DEL ECUADOR 1,691

6060 JULIO CESAR TELLO 1,082

6081 MANUEL SCORZA TORRES 1,822

JOSE CARLOS MARIATEGUI 1,145

6056 640

41

6014 627

6072 567

SANTA MARIA DE LOS ANDES 736

65229/6017 382

MANUEL CASALINO GRIEVE 351

65220/6025 654

6022 734

6152 STELLA MARIS 2,439

6059 SAGRADO CORAZON DE JESUS 1,865

7214 410

6073 JORGE BASADRE 631

6073 JORGE BASADRE 551

6024 JOSE MARIA ARGUEDAS 1,530

7220 850

Nota. Esta tabla describe a todos los colegios públicos en estudio con su respectivo total de alumnado.

Adaptado de “Unidad de gestión educativa local”, por UGEL, 2016.

1.3. Métodos cualitativos

1.3.1. Método ATC 21 (FEMA P-154) (Índice de vulnerabilidad)

La metodología rápida de análisis sísmico fue desarrollada por la Agencia Federal de

Manejo de Emergencias de los Estados Unidos (FEMA) para determinar la seguridad

sísmica de las distintas construcciones civiles (Federal Emergency Managment Agency

(FEMA P-154), 2015). Este método está orientado a determinar que estructuras poseen

un alto nivel de vulnerabilidad y porcentaje de colapso. El FEMA p-154 es apropiado

para evaluar estructuras en gran cantidad por ser un análisis rápido. Además, facilita

conocer que estructuras no tendrían que ser un lugar de refugio por su grado de

vulnerabilidad.

Este método fue principalmente usado en los Estados Unidos por la Agencia Federal de

Manejo de Emergencias, pero debido a su eficacia y fácil uso, varios países alrededor

del mundo lo utilizan para evaluar de manera rápida y en gran cantidad la vulnerabilidad

sísmica de los hospitales, colegios, edificios, etc.

A continuación, se describirán los parámetros necesarios para poder evaluar las distintas

edificaciones existentes:

42

1.- En primer lugar, se tiene que determinar la región sísmica. Este primer parámetro se

usa para escoger el tipo de cartilla de encuesta a utilizar para evaluar las distintas

edificaciones. Las encuestas se dividen en baja sismicidad, moderada sismicidad,

moderada-alta sismicidad, alta sismicidad y muy alta sismicidad (Federal Emergency

Managment Agency (FEMA P-154), 2015).

Para escoger la región sísmica se verifica el periodo del suelo y después mediante

aceleración espectral de respuesta se escoge la región, tal como se muestra en la Tabla

10, anteriormente mencionada:

Tabla 10

Región sísmica según aceleración espectral.

Región sísmica

Aceleración del suelo

según el periodo

(periodo corto o 0.2 s)

Aceleración del suelo

según el periodo

(periodo largo o 1 s)

Bajo menos de 0.25g menos de 0.10g

Moderado mayor o igual a 0.25g

pero menor que 0.50g

mayor o igual a 0.10g


Moderado alto mayor o igual a 0.50g




Alto mayor o igual a 1.00g




Muy alto mayor o igual a 1.50g mayor o igual a 0.60g

Dato: g = aceleración de la gravedad en dirección horizontal

Nota. Esta tabla menciona en que región sísmica se encuentra el lugar de estudio según la aceleración del

suelo. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, por

FEMA 154, 2015. Traducido por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

2.- En segundo lugar, se tiene que determinar el tipo de suelo (Federal Emergency

Managment Agency (FEMA P-154), 2015). Este segundo parámetro es usado como un

modificador para evaluar si es favorable o no para la edificación, mediante el cuadro

presentado por American Society of Civil Engineers (ASCE, 2013) como se muestra en

la Tabla 11:

43

Tabla 11

Tipo de suelo.

Tipo de suelo Velocidad cortante de

las ondas, Vs SPT, N

Resistencia no

drenada al cortante

por encima de los

100 pies, Su

A: Roca dura Vs>5000 pies/s

B: Roca 2500

pies/s

44

W2: Construcciones de madera comerciales e industriales con un área en planta mayor

a 5000pies2=465m2.

S1: Construcciones de acero resistente a los momentos.

S2: Construcciones de acero con arriostres.

S3: Construcciones de metal ligero.

S4: Construcciones de acero con placas de concreto.

S5: Construcciones de acero con muros de ladrillo no reforzado.

C1: Construcciones de concreto resistente a los momentos.

C2: Construcciones de concreto con placas.

C3: Construcciones de concreto con muros de ladrillo no reforzado.

PC1: Edificios inclinados.

PC2: Construcciones con concreto prefabricado.

RM1: Construcciones de ladrillo reforzado, con pisos y diafragmas flexibles.

RM2: Construcciones de ladrillo reforzado, con pisos y diafragmas rígidos.

URM: Construcciones con muros de contención de ladrillo sin reforzar.

MH: Construcciones prefabricadas.

4.- En cuarto lugar, se verifican las irregularidades verticales que presentan las diferentes

edificaciones como lugares inclinados, columna corta, piso débil, variación en los pisos

superiores en inferiores conocidos como (out-of-plane setback), como se muestra en las

Figuras 8, 9, 10, 11, 12 y 13:

Figura 8. Irregularidad vertical debido a acceso a estacionamientos, según estudios previos. Adaptado de

“Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, FEMA, 2015.

45

Figura 9. Irregularidad vertical debido a puertas muy amplias, según estudios previos. Adaptado de


Figura 10. Irregularidad vertical debido a variación en los pisos superiores (out-of-plane setback), según

estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a

handbook”, FEMA, 2015.

Figura 11. Irregularidad vertical a la creación de muros encima de columnas, según estudios previos.

Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, FEMA,

2015.

46

Figura 12. Irregularidad vertical múltiple setback y piso débil, según estudios previos. Adaptado de


Figura 13. Irregularidad en planta debido columnas cortas y columnas muy altas que producen torsión,

según estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a


En la Tabla 12, se muestra el resumen de las irregularidades verticales, así como la

severidad de la irregularidad:

47

Tabla 12

Irregularidades verticales.

Irregularidad vertical Severidad Instrucción

Lugar inclinado

Varía

Se aplica si hay más de 1 piso inclinado. a) para W1, moderado y

b) para las demás estructuras, severo.

Piso débil

Severo

c) Cuando uno de los pisos tiene menos muros o columnas que los otros y d) cuando un piso es más alto que los

otros.

Out-of-plane setback

Severo

Aplica cuando se tiene esquinas

verticales que hacen variar la

homogeneidad de las estructuras.

Columna corta

Severo

a) Cuando algunas columnas son más pequeños que los otros en el mismo piso, b) cuando las columnas son más pequeños que el

peralte de las vigas y c) hay muros que

acortan el tamaño de las columnas.

In-plane setback

Moderado Se aplica cuando hay descompensación de los sistemas laterales.

48

Niveles divididos

Moderado

Se aplica si el diafragma de la

construcción no está alineado con los

demás.

Nota. Esta tabla menciona los tipos de irregularidades verticales y su severidad según corresponda.

Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, por FEMA

154, 2015. Traducido por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

5.- En quinto lugar, se verifican las irregularidades en planta que presentan las diferentes

edificaciones como la torsión, sistemas no paralelos, esquinas entrantes, diafragmas

abiertos y vigas no alineadas a las columnas como se muestra en las siguientes Figura

14, 15, 16 y 17:

Figura 14. Irregularidad en planta debido a sistemas no paralelos por tener forma triangular, según

estudios previos. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a


49

Figura 15. Irregularidad en planta debido a la forma de las construcciones, según estudios previos.


2015.

Figura 16. Irregularidad en planta debido a diafragmas abiertos, según estudios previos. Adaptado de


Figura 17. Irregularidad en planta debido a vigas no alineadas con las columnas, según estudios previos.


2015.

En la siguiente Tabla 13, se muestra el resumen de las irregularidades en planta que

considera la metodología FEMA p-154:

50

Tabla 13

Irregularidades en planta.

Irregularidad en planta Instrucción

Torsión

Se aplica si hay buena

resistencia lateral en

una dirección, pero no

en la otra, o si hay

excentricidad de

rigidez.

Sistemas no

paralelos

Se aplica si los lados de

la construcción no

forman 90°.

Esquinas

entrantes

Se aplica si hay

esquinas entrantes de

más de 6m.

Diafragmas

abiertos

Se aplica si las aberturas

son más del 50% del

área total.

Vigas no

alineadas

con las

columnas

Se aplica cuando el

perímetro de las

columnas está fuera del

perímetro de las vigas.

Nota: Esta tabla menciona los tipos de irregularidades en planta según corresponda. Adaptado de “Rapid

visual screening of buildings for potential seismic hazards: a handbook”, por FEMA 154, 2015. Traducido

por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

Cabe resaltar que tanto las irregularidades verticales y en planta son evaluados de manera

visual para el primer nivel de verificación.

51

6.- En sexto lugar se definen los pre-codes y post-benchmarks, los cuales son

determinados por los años en los que las normas de construcción cambiaron

drásticamente, para el caso peruano se usará el año de 1997 que es el año en el que la

norma sismoresistente cambió drásticamente. Los edificios construidos antes de 1997

tendrán puntaje en contra y los que fueron construidos después serán considerados con

puntaje a favor.

En las siguientes Tablas 14, 15, 16 y 17, se muestran las plantillas de verificación de

vulnerabilidad para el primer nivel y el segundo nivel de evaluación (más detallado), en

una región altamente sísmica y moderadamente alta.

52

Nivel 1: Sismicidad Alta

Tabla 14

Cartilla de encuesta nivel 1. Para una zona de sismicidad alta.

Nota: Esta tabla menciona el nivel 1 de verificación de índice de vulnerabilidad para una zona de

sismicidad alta. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic hazards: a

handbook”, por FEMA 154, 2015. Traducido por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

53

Nivel 2: Sismicidad alta

Tabla 15

Cartilla de encuesta nivel 2 para una zona de sismicidad alta.

Nota: Esta tabla menciona el nivel 2 de verificación de índice de vulnerabilidad (más detallado, usado si

S

54

Nivel 1: Sismicidad Modernamente alta

Tabla 16

Cartilla de encuesta nivel 1 para una zona de sismicidad moderadamente alta.

Nota: Esta tabla menciona el nivel 1 de verificación de índice de vulnerabilidad para una zona de

sismicidad moderadamente alta. Adaptado de “Rapid visual screening of buildings for potential seismic

hazards: a handbook”, por FEMA 154, 2015. Traducido por: Jhordan Javier Alvarez Sanchez.

55

Nivel 2: Sismicidad moderadamente alta

Tabla 17

Cartilla de encuesta nivel 2 para una zona de sismicidad moderadamente alta.

Nota: Esta tabla menciona el nivel 2 de verificación de índice de vulnerabilidad (más detallado, usado si

S

56

Por último, una vez encontrado el valor final de S se puede predecir el posible

comportamiento que puede tener la estructura, como se muestra en la Tabla 18:

Tabla 18

Interpretación de resultados en base a los índices de vulnerabilidad.

Interpretación de los resultados (comportamiento esperado de las construcciones)

S

57

Tabla 19

Clasificación de daño para estructuras de concreto.

Clasificación de daño para estructuras de concreto con muros Gráficos

Grado 1: Daños despreciables o ligeros (ningún daño

estructural, daños no-estructurales ligeros), fisuras en los

tabiques.

Grado 2: Daños moderados (daños estructurales ligeros, daños

no-estructurales moderados), gritas en vigas y en los muros

estructurales y Grietas en los tabiques, caída de revestimientos

y enlucidos frágiles.

Grado 3: Daños importantes a graves (daños estructurales

moderados, daños no-estructurales graves), grietas en columnas

y vigas y en las juntas de los muros. Grandes grietas en tabiques

y muros.

Grado 4: Daños muy graves (daños estructurales graves, daños

no estructurales muy graves), Grandes grietas en los elementos

estructurales por compresión y rotura de armadura, inclinación

de columnas. Colapso de algunas columnas o plantas altas.

Grado 5: Destrucción (daños estructurales muy graves), colapso

de la planta baja o de algunas partes de la edificación.

Nota: Esta tabla menciona a detalle la posible respuesta de las construcciones después de un sismo severo

según el grado de daño. Adaptado de “Intensidad macrosísmica”, por Instituto Geográfico Nacional de

Madrid (Escala Macrosísmica Europea), 1999.

De la tabla se denota que los daños de grado 1 y 2 son considerados no vulnerables, el

daño de grado 3 es considerado vulnerable y los daños de grado 4 y 5 son muy

vulnerables.

1.3.2. Método del índice de vulnerabilidad - Pretini

El método propuesto por Benedetti – Pretini en 1982, es un análisis visual que se realiza

mediante la opinión de expertos y en donde se evalúan factores estructurales y no

estructurales de los daños existentes en una edificación, debido a un terremoto. Esta

metodología puede ser aplicada a sistemas estructurales realizados con albañilería

58

confinada, no confinada y concreto armado. Por otra parte, el método pres

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