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Evaluación y análisis de la vulnerabilidad sísmica en tanques
elevados de viviendas multifamiliares en el distrito de Lircay-
Angaraes-Huancavelica, 2021
Evaluation and analysis of seismic vulnerability in elevated tanks of multi-family houses in the Lircay-
Angaraes-Huancavelica district, 2021
Brayan Ariste1 • Wualter Cabezas1
Recibido: 04 de Mayo del 2022 / Aceptado: 11 de Julio del 2022
RESUMEN
La evaluación y análisis de la vulnerabilidad sísmica en tanques elevados de viviendas multifamiliares en el
distrito de Lircay-Angaraes-Huancavelica, analizados bajo parámetros del reglamentado nacional de
edificaciones de Perú de las normas vigentes de E.030 (Diseño sismorresistente), E.020 (Cargas) y
E.060(Concreto armado). A sido aplicado a viviendas multifamiliares de 2do, 3er y 4to nivel con 600,1 100 y
2 500 litros de tanque elevado respectivamente; donde se asignó valores al programa ETABS v20.3, para la
verificación del análisis estático lineal y análisis estático no lineal con el método finito para la verificación del
grado de vulnerabilidad de las viviendas evaluadas.
Palabras claves: análisis, evaluación, normas, tanques, viviendas, vulnerabilidad.
ABSTRACT
The evaluation and analysis of seismic vulnerability in elevated tanks of multi-family dwellings in the district
of Lircay-Angaraes-Huancavelica, analyzed under parameters of the national regulation of buildings of Peru
of the current norms of E.030 (seismic resistant design), E.020 (Loads) and E.060 (Reinforced concrete). It has
been applied to 2nd, 3rd and 4th level multi-family dwellings with 600, 1100 and 2500 liters of elevated tank,
respectively; where values were assigned to the ETABS v20.3 program, for the verification of the linear static
analysis and non-linear static analysis with the finite method for the verification of the degree of vulnerability
of the evaluated houses.
keywords: analysis, evaluation, housing, standards, tanks, vulnerability.
Introducción
El suministro del agua potable dentro de las
instalaciones sanitarias en una edificación es
indispensable para satisfacer las necesidades
fisiológicas y de aseo del habitante. Por ello, es de
suma consideración el almacenamiento del líquido
para su desarrollo cotidiano, frente a las
ocurrencias de desastres naturales como es el
sismo; en el Perú, las viviendas son las más
afectadas. Es así que, el terremoto ocurrido en
Pisco en el año 2007 dejó graves consecuencias en
la provincia de Ica. A razón de ello, entonces el
servicio de agua es suspendido por un periodo de
Tiempo, afectando a la población necesitada
planteamos ver la importancia que tienen los
tanques elevados para el análisis dinámico a través
de fichas de evaluación para tener una metodología
de muestreo referencial concerniente a la
observación actual en función a la edificación y al
tanque elevado.
Materiales y métodos
El diseño metodológico empleado para los tanques
elevados de 600,1 100 y 2 500 litros se realizó
teniendo en cuenta el Reglamento Nacional de
Instalación Sanitaria IE 010 y la Norma ACI 350.3-
01. Para el análisis del tanque elevado del criterio
de periodo convectivo e impulsivo que garanticen
el cumplimento del tiempo en determinado
Revista de Investigación Científica Siglo XXI (2022)
https://doi.org/10.54943/rcsxxi.v2i2.190
ARTÍCULO ORIGINAL
1 Universidad Nacional de Huancavelica,
Huancavelica, Perú
Vol. 2, Núm. 2, pp. 3 - 15
Brayan Ariste Manrique
maristebrayan@gmail.com
4 | P á g i n a
Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
movimiento sísmico se analizó con el modelo
Mecánico de Housner (Tunque, C., 2018). Para el
análisis de la vivienda multifamiliar empleado con
los parámetros obtenidos del Reglamento Nacional
de Edificaciones Norma E.030 (Diseño
sismorresistente), para edificaciones de una
vivienda multifamiliar, se diseñó el análisis de
cada vivienda existente con finalidad de obtener la
cortante basal estático (
) para el
análisis estático lineal y no lineal. Los materiales
empleados fueron las Fichas de registro de datos.
Software AutoCAD, ETABS v20.3, hojas de
cálculo mediante MS Excel.
Para poder identificar a las diferentes viviendas
multifamiliares que se presentan en esta
investigación, cada modelo contará con un nombre
de configuración, los cuales se identificaron como
modelo 2N-600;3N-1 100 y 4N- 2 500; que
tendrá como característica fundamental el número
de pisos y la capacidad que tiene el tanque elevado.
El modelo 2N-600, quiere decir que, la vivienda es
de 2 pisos y tiene un tanque levado de 600 lt. Las
estructuras de las viviendas multifamiliares
existentes han sido previamente elaboradas sus
planos de arquitectura, estructura e instalaciones
sanitarias para poder obtener los elementos
estructurales de cada modelo como un proceso de
pre-diseño a tomar en cuenta. Con respecto al
sistema de tanque elevado tendrá denotaciones de
configuración similar al modelo en el cual será
analizado, tomando en cuenta que los índices de la
capacidad en litros, estos serán 600;1100 y 2500.
A continuación, mostramos un esquema didáctico
en el cual se muestra la distribución de cada
estructura.
Figura 1.
Configuración de modelo estructural de viviendas multifamiliares
Fuente: Elaboración propia
modelo de viviendas
multifamiliares
2N-600 Sin tanque elevado
Con tanque elevado
3N-1 100 Sin tanque elevado
Con tanque elevado
4N-2 500 Sin tanque elevado
Con tanque elevado
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Huancavelica, 2021
Figura 2.
Configuración 2N-600
Nota: vivienda multifamiliar de 02 niveles de 3,30m y 2,90 metros respetivamente, con tanque
elevado de 600 litros.
C-01
C-01(0.5x0.3)
C-01
C-01
C-01
C-01
C-01
C-01
C-02
C-02
C-02
C-
02(0.3x0.30) C-02
C-
03(0.20x0.20)
C-04
VP-101(.30x.50)
VP-101(.30x.50)
VP-101(.30x.50)
VP-101(.30x.50)
VCH-101(.25x.20) VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VCH-101(.25x.20)
VP-102(.30x.35)
VP-102(.30x.35)
VP-102(.30x.35)
VP-102(.30x.35)
6 | P á g i n a
Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
Figura 3.
Configuración 3N-1 100
Nota: vivienda multifamiliar de 03 niveles de 3,00; 2,70 y 2,70 metros respetivamente, con
tanque elevado de 1 100 litros.
C-01 C-01 C-01
C-01(0.30x0.25) C-01 C-01
C-02 C-01 C-02
C-01
C-02(0.25x0.3) C-02
VP(.25x.40) VP(.25x.40)
VP(.25x.40) VP(.25x.40)
VP(.25x.40) VP(.25x.40)
VP(.25x.40) VP(.25x.40)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
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Figura 4.
Configuración 4N-2 500
Nota: vivienda multifamiliar de 04 niveles de 3,40; 2,60;2,60 y 2,60
metros respetivamente, con tanque elevado de 2 500 litros.
2.96 2.96
3.66
3.66
3.10
3.10
3.50
3.50
3.78
3.78
3.00
3.00
4.08
4.08
3.80
3.80
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40) V-100(.25x.40)
V-100(0,25x0,40) V-100(0,25x0,40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
V-100(.25x.40)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20) VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20) VCH(.25x.20) VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20)
VCH(.25x.20) VCH(.25x.20)
C-02(0.25x0.4)
C-01(0.25x0.30) C-01 C-01
C-02 C-02
C-02
C-02
C-02
C-02
C-02
C-02
C-02 C-02
C-02
C-02 C-02
C-02 C-02
C-03(D=0.35)
V-100(.25x.40)
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Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
Tabla 1.
Tanque elevado de 600 litros
Fuente: Elaborado a partir de datos de la empresa Sodimac Homecenter-Lima (2022).
Tabla 2.
Tanque elevado de 1 100 litros
Tabla 3.
Tanque elevado de 2 500 litros
Fuente: Elaborado a partir de datos de la empresa Sodimac Homecenter-Lima (2022)
RESULTADOS
Resultado estadístico del diagnóstico situacional.
El Análisis para los parámetros básicos de la
evaluación de vulnerabilidad de tanques elevados
en vivienda multifamiliar en el distrito de Lircay.
A Continuación, se muestra la figura 2, de
acuerdo a la encuesta se tiene que el 26 % de
viviendas multifamiliares son de 2 pisos;42 % de
viviendas multifamiliares son de 3 pisos; y 32 %
de viviendas multifamiliares son de 4 pisos
evaluadas e interpretadas.
DESCRIPCIÓN
DATOS
UNIDAD
Volumen nominal
0,6
m3
volumen máximo
0,65
m3
Diámetro de base
0,97
m
diámetro de boca
0,46
m
Altura de tanque elevado
1,17
m
espesor
0,03
m
DESCRIPCIÓN
DATOS
UNIDAD
Volumen nominal
1,1
m3
volumen máximo
1,15
m3
Diámetro de base
1,10
m
diámetro de boca
0,46
m
Altura de tanque elevado
1,43
m
espesor
0,03
m
DESCRIPCIÓN
DATOS
UNIDAD
Volumen nominal
2,50
m3
volumen máximo
2,55
m3
Diámetro de base
1,55
m
diámetro de boca
0,46
m
Altura de tanque elevado
1,65
m
espesor
0,03
m
Fuente: Elaborado a partir de datos de la empresa Sodimac Homecenter-Lima (2022)
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Figura 5.
Cantidad de viviendas multifamiliares Vs. Número de pisos
Fuente: Elaboración propia
Resultado de derivas finales
La deriva obtenida surge del análisis de cada
codificación de vivienda para verificar la
diferencia del desplazamiento total en la parte
superior e inferior del piso, de acuerdo a la
Norma peruana sismorresistente E.30, a
continuación, se muestra las tablas de las derivas
finales.
Tabla 4.
Verificación de las derivas finales 2N-600.
nivel
deriv
a (x)
der
iva
(y)
deriva(x)*0,75*
r
deriva(y)*0,75
*r
deriva
máxima
PISO
02
0,004
0,0
15
0,025
0,093
0,007
PISO
01
0,003
0,0
12
0,019
0,075
0,007
Fuente: Elaboración propia
2 NIVEL
4
21%
3 NIVEL
7
37%
4 NIVEL
8
42%
2 NIVEL 3 NIVEL 4 NIVEL
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Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
Tabla 5.
Verificación de las derivas finales 3N-1100.
Fuente: Elaboración propia
Tabla 6.
Verificación de las derivas finales 4N-2500
Fuente: Elaboración propia
Resultado de análisis estructural con sistema
de Tanque Elevado
El análisis se realizó teniendo en cuenta el
Reglamento Nacional de Instalación Sanitaria IE
010 de Perú y la Norma ACI 350.3-01.
Para el análisis del tanque elevado del criterio de
periodo convectivo e impulsivo que garanticen el
cumplimento del tiempo en determinado
movimiento sísmico se analizó con el modelo
Mecánico de Housner. Obteniendo la frecuencia
angular de cada tanque elevado analizado.
nivel
deriva
(x)
deriva
(y)
deriva(x)*0,75*r
deriva(y)*0,75*r
deriva
máxima
piso
03
0,001
0,002
0,010
0,016
0,007
piso
02
0,003
0,004
0,018
0,025
0,007
piso
01
0,003
0,003
0,022
0,023
0,007
nivel
deriva
(x)
deriva
(y)
deriva(x)*0,75*r
deriva(y)*0,75*r
deriva
máxima
piso
04
0.005
0.005
0.0318
0.031
0.007
piso
03
0.007
0.008
0.0475
0.051
0.007
piso
02
0.009
0.010
0.0563
0.065
0.007
piso
01
0.006
0.009
0.0390
0.055
0.007
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Figura 6.
Tanque elevado
Fuente: Elaboración propia
➢ Tanque elevado de 600 litros
Frecuencia angular
Periodo impulsivo
Periodo convectivo
➢ Tanque elevado de 1 100 litros
Frecuencia angular
Periodo impulsivo
Periodo convectivo
➢ Tanque elevado de 2 500 litros
Frecuencia angular
Periodo impulsivo
Periodo convectivo
DISCUSIÓN
En los análisis de resultados se presentan las
derivas de entrepiso, los niveles de desempeño a
partir del análisis estático no lineal “Pushover”
en el programa ETABS 20.1, los daños probables
globales de las estructuras analizadas con carga
adicional del tanque elevado de 600,1 100 y 2
500 litros.
Derivas de entrepiso
De acuerdo a la norma Sismorresistente E.030
peruana, la deriva máxima es de 0,007; a
continuación, se muestra las tablas en de cada
modelo estructural verificando su cumplimiento.
12 | P á g i n a
Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
Tabla 7.
Derivas máximas de entrepiso, del modelo estructural 2N-600
nivel
deriv
a (x)
deriva
(y)
deriva(x)*0,75*
r
deriva(y)*0,75
*r
deriva
máxima
chequeo de
deriva(x)
chequeo de
deriva(y)
PISO
02
0,004
0,0156
0,0250
0,093
0,007
no cumple
no cumple
PISO
01
0,003
0,0121
0,0197
0,075
0,007
no cumple
no cumple
Fuente: Elaboración propia
Tabla 8.
Derivas máximas de entrepiso, del modelo estructural 3N-1 100
Fuente: Elaboración propia
Tabla 9.
Derivas máximas de entrepiso, del modelo estructural 4N-2 500
Fuente: Elaboración propia
Nivel de desempeño
En las siguientes figuras se muestran los niveles
de desempeño, obtenidos en el pórtico y para una
aceleración de Z = 0,25 g que es para un sismo
raro a partir de la propuesta de SEAOC 1999 y
una magnitud de 6.0 en la escala de Richter y
escalados para los otros niveles de peligro
sísmico que son para un sismo frecuente Z =
0,077g, para un sismo ocasional de Z = 0,118 g y
para un sismo muy raro que es de Z = 0,32 g, en
el cual están limitados por valores a partir de la
sectorización del espectro de capacidad para un
nivel totalmente operacional, Operacional y
resguardo de vida.
nivel
deriva
(x)
deriva
(y)
deriva(x)*0,75*r
deriva(y)*0,75*r
deriva
máxima
chequeo
de
deriva(x)
chequeo
de
deriva(y)
piso
03
0,001
0,002
0.010
0,016
,.007
no cumple
no cumple
piso
02
0,003
0,004
0.018
0,025
0,007
no cumple
no cumple
piso
01
0,003
0,003
0,022
0,023
0,007
no cumple
no cumple
nivel
deriva
(x)
deriva
(y)
deriva(x)*0,75*r
deriva(y)*0,75*r
deriva
máxima
chequeo
de
deriva(x)
chequeo de
deriva(y)
piso
04
0,005
0.005
0,031
0,031
0,007
no
cumple
no cumple
piso
03
0,007
0.008
0,047
0,051
0,007
no
cumple
no cumple
piso
02
0,009
0.010
0,056
0,065
0,007
no
cumple
no cumple
piso
01
0,006
0,009
0,039
0,055
0,007
no
cumple
no cumple
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Tabla10.
Niveles de desempeño para 2N-600
Dirección
Nivel de peligro
sísmico
punto de
desempeño
sectorización de los
desplazamientos
objetivo de
desempeño
Pórtico
sismo frecuente
3,32 mm
TO,[0-7,00>mm
cumple
sismo ocasional
5,10 mm
TO,[0-7,00>mm
no cumple
sismo raro
10,80 mm
O,[7,00-13,41>mm
no cumple
sismo muy raro
14,44 mm
RV,[13,41-19,83>mm
cumple
Fuente: Elaboración propia
Tabla 11.
Niveles de desempeño para 3N-1100
Dirección
Nivel de peligro
sísmico
punto de
desempeño
sectorización de los
desplazamientos
objetivo de
desempeño
Pórtico
sismo frecuente
3,20 mm
TO,[0-8,82>mm
cumple
sismo ocasional
4,95 mm
TO,[0-8,82>mm
cumple
sismo raro
10,64 mm
O,[8.82-10,80>mm
cumple
sismo muy raro
-
RV,[10.80-12,78>mm
no cumple
Fuente: Elaboración propia
Tabla 12.
Niveles de desempeño para la edificación 4N-2500
Dirección
Nivel de peligro
sísmico
punto de
desempeño
sectorización de los
desplazamientos
objetivo de
desempeño
Pórtico
sismo frecuente
3,78 mm
TO,[0-15,86>mm
cumple
sismo ocasional
6,00 mm
TO,[0-15,86>mm
cumple
sismo raro
14,20 mm
O,[15,86-23,13>mm
no cumple
sismo muy raro
21,00 mm
RV,[23,13-30,40>mm
no cumple
Fuente: Elaboración propia
Análisis sísmico lineal de viviendas
multifamiliar, con tanque elevado para el
grado de vulnerabilidad.
Para el análisis del daño medio se utilizó la
metodología propuesta por Miranda, E., Ordaz
M., Reinoso E., y Pérez, E. (1998), para los
factores de daño se utilizó la propuesta por
Hwang y Huo (1994) y asociado para un nivel de
desempeño de sismo raro según la propuesta del
SEAOC 1999.
14 | P á g i n a
Ariste Manrique, B.; Cabezas Gabriel, W.
Grafica 1.
Grado de vulnerabilidad para la edificación 2N-600
Fuente: elaboración propia
Gráfica 2.
Grado de vulnerabilidad para la edificación 3N-1100
Fuente: elaboración propia
Gráfica 3.
Grado de vulnerabilidad para la edificación 4N-2500
0; 00.11; 50.21; 15
0.31; 35
0.37; 67
0.44; 100
0
20
40
60
80
100
120
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
GRADO DE VULNERABILIDAD
0
0.11
0.21
0.31
0.37
0.44
0
50
100
150
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Daño esperado(%)
Distorsión(%)
GRADO DE VULNERABILIDAD
0
0.25
0.36
0.47
0.55
0.63
0; 00.11; 50.21; 15
0.31; 35
0.37; 67
0.44; 100
0
20
40
60
80
100
120
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
GRADO DE VULNERABILIDAD
0
0.11
0.21
0.31
0.37
0.44
Fuente: elaboración propia
15 | P á g i n a
Evaluación y análisis de la vulnerabilidad sísmica en tanques elevados de viviendas multifamiliares en el distrito de Lircay-Angaraes-
Huancavelica, 2021
CONCLUSIONES
✓ La presente investigación, demuestra que a
través de las normativas vigentes como el
E.030, de análisis estático lineal y no lineal es
posible estimar el porcentaje de
vulnerabilidad sísmica de viviendas
multifamiliares del distrito de Lircay, la
metodología propuesta por Miranda es
posible. Por lo que se concluye que las
edificaciones “2N-600” “3N-1 100” y “4N-2
500”, frente a una solicitación sísmica de 0.35
(zona 3) según la propuesta del RNE E.030 –
2018.
✓ Se concluye que el 80% de las edificaciones
de viviendas multifamiliares de concreto
armado de la ciudad del distrito de Lircay,
exceden el valor límite de deriva de entrepiso
(0.007) y el 10 % no excede el valor límite en
la dirección de pórticos y el 80 % no exceden
el valor límite de deriva de entrepiso (0.005).
✓ Las edificaciones “2N-600” “3N-1100” y
“4N-2 500”, presentan derivas de entrepiso
que exceden el valor límite según lo
establecido por la norma E.030 – 2018.
✓ Se concluye que el 40% de las edificaciones
de viviendas multifamiliares, cumplen con
los objetivos de desempeño “operacional”
según lo establecido por el SEAOC 1 999, y
el 40 % de las edificaciones de viviendas
multifamiliares no cumplen en la dirección de
pórticos con el objetivo de desempeño, y el
20 % no cumplen con los objetivos de
desempeño en ambas direcciones por lo que
se encuentra en un nivel de desempeño de
“Resguardo de vida”, esto para un sismo raro.
✓ La edificación “2N-600”, presenta un nivel
de desempeño “totalmente operacional” en
dirección de X-X y un nivel de desempeño
“operacional” en dirección Y-Y. Pero la
vivienda frente a un sismo ocasional y muy
raro no cumple los parámetros establecidos.
✓ La edificación “3N-1 100”, presenta un nivel
de desempeño “operacional” en dirección de
X-X y un nivel de desempeño de “resguardo
de vida” en dirección Y-Y. Pero frente a un
sismo muy raro no cumple.
AGRADECIMIENTO
A la Universidad Nacional e Huancavelica (UNH)
por el apoyo económico mediante el programa
0066.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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sanitarias. el peruano. 1-16p
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