Este documento presenta el plan de tesis de Pedro Luis García Rafael para evaluar la respuesta dinámica en edificios de gran altura con amortiguadores de masa sintonizada. Incluye una revisión de antecedentes internacionales y nacionales sobre el tema, la formulación del problema a investigar respecto a la necesidad de mejorar la respuesta sísmica en edificios altos en Perú. También presenta la justificación, objetivos, hipótesis, marco teórico y metodología que se utilizará en la investigación.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
PLAN DE TESIS
“EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA EN
EDIFICIOS DE GRAN ALTURA CON AMORTIGUADORES
DE MASA SINTONIZADA”
PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO CIVIL
ELABORADO POR
PEDRO LUIS GARCIA RAFAEL
ASESOR
-
Lima- Perú
2022

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Evaluación de la respuesta dinámica en edificios de gran altura con amortiguadores de masa sintonizada
Pedro Luis Garcia Rafael 2
PLAN DE TESIS
TÍTULO : EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA EN
EDIFICIOS DE GRAN ALTURA CON
AMORTIGUADORES DE MASA SINTONIZADA
TESISTA : PEDRO LUIS GARCIA RAFAEL
CÓDIGO : 20172042H
ASESOR :
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE ESTRUCTURAS
1 ANTECEDENTES REFERENCIALES
ANTECEDENTES INTERNACIONALES
Elías y Matsagar (2018) en su investigación “Wind response control of tall
buildings with a tuned mass damper” compara la performance de un
amortiguador de masa sintonizado (AMS) colocado en el último piso de un
edificio de referencia de 76 pisos con la performance de colocar el AMS en
diferentes pisos (75, 74, 61 y 65) del mismo edificio. El edificio de 76 pisos tiene
una altura de 306 m y una planta de 42 m x 42 m, por lo que es sensible al
movimiento del viento ya que su relación altura/ancho > 5. Se hallan las
ecuaciones diferenciales de movimiento con y sin AMS y se resuelven con el
método de integración de Newmark, luego se calculan las fuerzas inducidas por
el viento que serán aplicadas a la estructura y se comparan las situaciones con y
sin AMS, y también variando el nivel donde se colocará el AMS. Los resultados
muestran que instalar un AMS es eficaz para mejorar el comportamiento
dinámico del edificio bajo las excitaciones del viento, la respuesta de la
aceleración en sus valores pico y raíz cuadrática media (RMS) se reduce hasta
aproximadamente un 50%. Por otro lado, la reducción de la respuesta de
desplazamiento en su valor pico máximo y RMS varía entre 4% (cuando el AMS
está en el piso 65) y 30% (cuando el AMS está en el piso último).
Urrego (2018) en su tesis “Comparación del comportamiento estructural
en edificaciones controladas sísmicamente con un amortiguador de masa
sintonizada (Tuned Mass Damper)” analiza el comportamiento de una estructura

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de 10 pisos a la que se le adecúa un amortiguador de masa sintonizada (TMD
por sus siglas en inglés). Se realiza el análisis bajo la acción de 8 sismos y para
tres niveles de ductilidad diferentes, se miden variables como índice de daño,
desplazamiento de piso y aceleración de piso para evaluar el comportamiento
estructural. Además, se realiza también la sensibilidad de otros parámetros como
la relación de masas del TMD y la estructura, el amortiguamiento del TMD y la
relación de frecuencias entre TMD y estructura. Los resultados obtenidos son
muy variables, se encontraron resultados esperados, pero también contrarios a
lo que planteaba el autor.
Monsalvo (2019) en su tesis “Efectos de los amortiguadores de masa
sintonizada en la respuesta sísmica de estructuras de la Ciudad de México”
estudia la efectividad de los amortiguadores de masa sintonizada (AMS) tipo
péndulo en el control de la respuesta lateral debido a excitaciones sísmicas. El
análisis inicia para una estructura simple de un grado de libertad, un pórtico de
acero en 2D con columnas de 3 m de altura y una viga de luz 6 m. El sismo
utilizado para el análisis es el ocurrido el 19 de setiembre del 2017 en Ciudad de
México, para la respuesta dinámica se analizarán dos casos, para un periodo
natural de 1.4 s (resonancia) y para uno de 2 s. Posteriormente, se amplía el
análisis para dos estructuras tridimensionales de varios grados de libertad
sometidas al sismo del caso anterior, la primera de 11 niveles (para T = 1.4 s) y
la segunda de 17 niveles (para T = 2 s). Se obtienen los resultados del análisis y
se comparan las situaciones con y sin AMS para cada caso estudiado.
ANTECEDENTES NACIONALES
Inga (2015) en su tesis “Mejora de la respuesta dinámica de edificaciones
usando amortiguadores de masa sintonizada” realiza un análisis teórico del tema
apoyado en programas de cómputo como SAP 2000 y ETABS. Se parte del
estudio de modelos dinámicos de un grado de libertad sometido a acciones
senoidales, el amortiguador de masa sintonizada (AMS) se agrega al modelo
como una pequeña masa en la parte superior cuyas características están
definidas por el periodo fundamental de la estructura principal. El análisis
continúa para modelos de acoplamiento cercano de 5 y 10 grados de libertad, el
AMS se vuelve a acoplar como una pequeña masa en la parte superior, estas
estructuras se someten a la acción de los sismos de 1966, 1970 y 1974.
También se estudia un modelo torsional en planta (Modelo 3D) de dos grados de

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libertad (uno traslacional y otro rotacional), se somete la estructura planteada a
la acción de los sismos del caso anterior. Finalmente, se estudia la posibilidad de
incorporar amortiguadores de masa sintonizada a dos edificaciones existentes: el
Edificio Torre de control del Aeropuerto Jorge Chávez y el Edificio de oficinas
Camino Real, también se someten a la acción de los sismos ya mencionados. Se
realiza la comparación de las respuestas dinámicas para las situaciones con y
sin AMS para todas las estructuras analizadas. Los resultados en su mayoría
son favorables para la situación con AMS, para el modelo de un grado de
libertad muestran reducciones considerables (entre 50% y 80%) en amplitudes
de desplazamiento, velocidad y aceleración. Para los modelos de acoplamiento
cercano se obtienen reducciones en los desplazamientos laterales de entre 40%
y 60%. Para el edificio Jorge Chávez se lograron obtener reducciones entre 12%
y 40% para desplazamientos en el nivel 10, y para fuerzas cortantes basales
entre 5% y 60%. Por último, para el Edificio Camino Real se lograron obtener
reducciones entre 7% y 60% para desplazamientos en el nivel 10, y para fuerzas
cortantes basales entre 5% y 60%.
Quispe y Rojas (2020) en su tesis “Mejoramiento de la respuesta
dinámica en un edificio de 26 niveles incorporando amortiguadores de masa
sintonizada en Jesús María” analizan una estructura existente de 26 niveles
ubicada en Jesús María a la que se le incorpora un amortiguador de masa
sintonizada (AMS) en el último nivel. Para el análisis se apoyan en las normas
NTE E030 Diseño Sismorresistente en el ámbito nacional y FEMA 356 en el
ámbito internacional. Se diseña y modela el AMS como un bloque de concreto
con planta de 4.05 m x 4.05 m, altura 1.80 m y un peso de 70.84 ton (1% del
peso total de la estructura). Se realiza la comparación de las situaciones con y
sin AMS mostrando resultados favorables a la situación con AMS, las derivas se
redujeron en un rango del 2% al 6%, los esfuerzos torsionales se redujeron
hasta 4.08%, los desplazamientos hasta 3.08% y la fuerza cortante alcanzó una
reducción de hasta 1.73%.

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2 PLANTEAMIENTO DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA
La expansión urbana es en la actualidad uno de los temas centrales al
que se enfrentan las medianas y grandes ciudades, en el marco del desarrollo
urbano sostenible se prefiere que las ciudades sean más compactas y
accesibles, es por ello que se opta por un modelo de crecimiento vertical que
favorece a que se construyan edificios cada vez más grandes (Gor, 2018).
La ubicación del Perú en el Cinturón de Fuego del Pacífico hace que
nuestro territorio presente una actividad sísmica muy alta, sobre todo en la zona
costera catalogada como Zona 4 Ministerio de Vivienda, Construcción y
Saneamiento (MVCS, 2018). Aquí se ubican las principales ciudades del país
donde por lo general encontraremos a los edificios más altos.
Para el análisis sísmico, el peso de la estructura está directamente ligado
a las cargas sísmicas a las que esta estará sometida durante el eventual sismo
(MVCS, 2018). Esta es una de las grandes desventajas que podría tener un
edificio de gran altura, por lo que reducir el peso en estas edificaciones resulta
fundamental.
Con la evolución de los sistemas estructurales y el desarrollo de nuevos
materiales de construcción, el peso de las edificaciones de gran altura ha ido
decreciendo, sin embargo, el poseer una estructura más liviana puede resultar
una desventaja y hasta un problema en la respuesta dinámica al ser sometida a
cargas laterales (Gu, 2015).
Además, también es necesario garantizar los al máximo el confort de los
usuarios que habitan la estructura durante el movimiento sísmico (Silbiger,
2014). En edificios de gran altura, pequeños desplazamientos y giros en la
estructura pueden generar pánico y desesperación, sobre todo en pisos
superiores.

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La necesidad de controlar y mejorar la respuesta al movimiento para
cumplir con los requisitos de servicio ha llevado al desarrollo de varios métodos y
dispositivos de disipación de energía que se usan comúnmente en diseño
contemporáneo (Silbiger, 2014), por ejemplo, los dispositivos de
amortiguamiento.
Dentro de los dispositivos de amortiguamiento encontramos a los
amortiguadores de masa sintonizada (AMS) o tuned mass damper (TMD) en
inglés, un amortiguador de masa sintonizado (AMS) es un dispositivo que consta
de una masa, un resorte y un amortiguador que se adjunta a una estructura con
el fin de reducir la respuesta dinámica de la estructura, además que pueden
acoplarse a edificaciones existentes (De Domenico & Ricciardi, 2018).
Ante lo inminente que puede resultar un evento sísmico de gran magnitud
en la costa peruana y los daños que podría ocasionar, es necesaria la
investigación en los sistemas de protección sísmica, por ello se plantea este
tema de investigación.

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3 JUSTIFICACIÓN.
4 OBJETIVOS
5 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS.
6 MARCO TEÓRICO
ÍNDICE DE TESIS
RESUMEN
ABSTRACT
PRÓLOGO
LISTA DE TABLAS
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE SÍMBOLOS Y SIGLAS
CAPÍTULO I:
CAPÍTULO II:
CAPÍTULO III:
CAPÍTULO IV:
CAPÍTULO V:
CAPÍTULO VI:
CAPÍTULO VII:
CAPÍTULO VIII:
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS

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7 METODOLOGÍA DE TRABAJO
8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
De Domenico, D., & Ricciardi, G. (2018). Improving the dynamic performance of
base‐isolated structures via tuned mass damper and inerter devices: A
comparative study. Structural Control and Health Monitoring, 25(10), 1-24.
doi:https://doi.org/10.1002/stc.2234
Elias, S., & Matsagar, V. (2018). Wind Response Control of Tall Buildings with a
Tuned Mass Damper. Journal of Building Engineering, 15, 51-60.
doi:https://doi.org/10.1016/j.jobe.2017.11.005
Gor, A. (2018). Arquitectura vertical. Simbolismo y congestión en la ciudad.
Congreso Internacional Interdisciplinar: La ciudad: imágenes e
imaginarios, (págs. 135-149). Getafe, España.
http://hdl.handle.net/10016/29952
Gu, W. (2015). Trends and innovations in high-rise buildings over the past
decade [Graduate Theses, Massachusetts Institute of Technology].
[Tendencias e innovaciones en edificios de gran altura durante la última
década [Tesis de posgrado, Instituto Tecnológico de Massachusetts]].
DSpace@MIT. http://hdl.handle.net/1721.1/99597
Inga, W. (2015). Mejora de la respuesta dinámica de edificaciones usando
amortiguadores de masa sintonizada [Tesis de pregrado, Universidad
Nacional de Ingeniería]. Repositorio Institucional - UNI.
http://cybertesis.uni.edu.pe/handle/uni/3962
Monsalvo, I. (2019). Efectos de los amortiguadores de masa sintonizada en la
respuesta sísmica de estructuras de la Ciudad de México [Tesis de
licenciatura, Universidad Nacional Autónoma de México]. Repositorio
Institucional de la UNAM.
https://repositorio.unam.mx/contenidos/3437302
MVCS. (2018). Reglamento Nacional de Edificaciones. (NTE 030 Diseño
Sismorresistente).
Quispe, J., & Rojas, A. (2020). Mejoramiento de la respuesta dinámica en un
edificio de 26 niveles incorporando amortiguadores de masa sintonizada
en Jesús María [Tesis de pregrado, Universidad Ricardo Palma].
Repositorio Institucional - URP.
http://repositorio.urp.edu.pe/handle/URP/3569
Silbiger, J. (2014). Schematic design of distributed mass damping systems for tall
buildings [Graduate Theses, Massachusetts Institute of Technology].
[Diseño esquemático de sistemas de amortiguamiento de masa
distribuida para edificios altos [Tesis de posgrado, Instituto Tecnológico
de Massachusetts]]. DSpace@MIT. http://hdl.handle.net/1721.1/89868

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Evaluación de la respuesta dinámica en edificios de gran altura con amortiguadores de masa sintonizada
Pedro Luis Garcia Rafael 9
Urrego, P. (2018). Comparación del comportamiento estructural en edificaciones
controladas sísmicamente con un amortiguador de masa sintonizada
(Tuned Mass Damper) [Tesis de pregrado, Universidad EIA]. Repositorio
Institucional Universidad EIA.
https://repository.eia.edu.co/handle/11190/2098