Ingeniería Civil (Mag.)

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Análisis de desempeño sísmico de los edificios escolares típicos 780 post 97 de la costa peruana
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-18) Chacón Álvarez, Roberto; Paz Fuentes, Israel A.; Santa Cruz Hidalgo, Sandra Cecilia
La infraestructura educativa tiene un papel importante en el desarrollo sostenible del Perú. Sin embargo, el país no cuenta con políticas adecuadas de protección financiera y gestión de riesgos que le permita asegurar los bienes y formular planes para la atención de emergencias, rehabilitación y reconstrucción. Uno de los elementos necesarios para lograr estas medidas es el conocimiento de la relación entre intensidad y daño o función de vulnerabilidad. En la actualidad existe un gran interés por estimar las pérdidas económicas directas debido a los daños por sismos en los edificios que cumplen las normas sísmicas.
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Análisis de elementos finitos de concreto simple en comprensión simple y triaxial
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-01) Chinchay Poma, Deybi Alejandro; Pando López, Miguel A.; Aguilar Vélez, Rafael; Zavala Rosell, Guillermo José
En este estudio se ha empleado el modelo constitutivo UBCSAND disponible en el programa de elementos finitos TNO Diana. Este modelo basado en plasticidad es empleado en la literatura para evaluar el fenómeno de licuefacción de arenas saturadas. En esta investigación el UBCSAND es adaptado y empleado para predecir el comportamiento del concreto simple en ensayos triaxiales a partir de la calibración de la data experimental de ensayos de compresión uniaxial. El modelo es empleado para predecir el incremento de la resistencia y ductilidad debido al confinamiento sobre elementos de concreto. Cualquier confinamiento en el material puede ser considerado y los efectos de la falla del concreto debido al confinamiento pueden ser modelados. Para estimar los parámetros del modelo se usan datos de ensayos de probetas de concreto sometidas a compresión uniaxial. Esto permite que el modelo de elementos finitos realice la predicción del comportamiento generalizado del concreto bajo carga de compresión triaxial. Con el mismo propósito se utilizan tres modelos constitutivos implementados en el programa de elementos finitos TNO Diana. Estas relaciones constitutivas basadas en deformación total y concebidas para predecir el comportamiento esfuerzo-deformación del concreto son los modelos de Thorenfeldt, Parabólico y Maekawa. Dichos modelos de manera similar al UBCSAND son calibrados con base en ensayos de concreto en compresión uniaxial. Después, el modelo de Thorenfeldt es empleado junto al criterio de falla “Hsieh-Ting-Chen” para predecir el comportamiento del concreto en compresión bajo esfuerzos de confinamiento. También es realizado un análisis comparativo entre los modelos UBCSAND, Thorenfeldt, Parabólico y Maekawa mediante un indicador de bondad de ajuste con base en los modelos calibrados de los ensayos de compresión uniaxial. Para este fin se emplea el coeficiente de determinación mostrando el buen desempeño del modelo UBCSAND para reproducir las curvas esfuerzo-deformación del concreto bajo compresión uniaxial en relación con los modelos numéricos concebidos para concreto. Esta precisión es alcanzada hasta el pico de resistencia, ya que el UBCSAND, al estar formulado en el espacio de esfuerzos, no puede predecir el ablandamiento del material post pico. Finalmente, se realiza una comparación de la predicción del comportamiento del concreto en compresión triaxial entre los modelos UBCSAND y Thorenfeldt. El desempeño de los modelos está en buen acuerdo con los resultados experimentales tanto en la predicción del incremento de la resistencia, así como en la predicción del incremento de la ductilidad para distintos niveles de confinamiento. Los resultados del análisis comparativo demuestran la utilidad del modelo UBCSAND, concebido inicialmente para modelar arenas, como una herramienta para predecir el comportamiento del concreto bajo compresión simple y confinada.
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Análisis de la expansión vial en la Amazonía peruana y su impacto en el cambio climático
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-19) Larrea Gallegos, Gustavo Martín; Vázquez Rowe, Ian
La selva amazónica alberga alrededor del 60 % del bosque tropical del mundo y es un elemento fundamental en términos de biodiversidad, clima y secuestro de carbono del planeta. En este contexto, el Gobierno Peruano ratiﬁcó el año 2015 sus intenciones por reducir sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero en un 20 % con respecto a un escenario habitual mediante reducciones en el sector de cambio de uso de suelos. La construcción de carreteras es una de las principales actividades asociadas a este sector e importante generador de deforestación. En los últimos años el Perú se ha atravesado un considerable incremento de su infraestructura vial, y se espera que esta expansión siga en aumento. En este sentido, la presente investigación tiene como principal objetivo contribuir al entendimiento de los efectos que la expansión vial puede generar en el cambio de uso de suelos, y posteriormente en el cambio climático en toda la Amazonía peruana. Para ello, se construyeron diferentes modelos de aprendizaje automático (random forest, regresión logística y redes neuronales) para predecir la potencial deforestación en un periodo de 15 años. Se utilizó información georreferenciada y herramientas computacionales del estado del arte. Los resultados indican que, evaluando solo un proyecto vial en particular, se podrían generar 73.2 Mt de CO2eq. Este valor supera en demasía a las 60 Mt de CO2eq estimadas por el Gobierno Peruano como meta de reducción. Por lo que se concluye que las estimaciones realizadas por el estado subestiman los efectos de la construcción de carreteras. Finalmente, el marco metodológico presentado es novedoso y útil para construir e implementar modelos de predicción de deforestación para el cálculo de emisiones de GEI y puede ser implementado para analizar otros casos de estudio
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Análisis de un sistema de aislamiento sísmico modular para la protección de personas vulnerables y contenidos en ambientes pequeños en el Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-23) Campos De la Cruz, Fernándo José; Sosa Cárdenas, Carlos Alberto
En la actualidad, el uso de sistemas de aislamiento sísmico en el Perú está dirigido a edificaciones esenciales, y otros edificios si el costo del sistema es rentable. Sin embargo, hay casos poco atendidos como la protección efectiva de personas vulnerables dentro de sus viviendas, y contenidos delicados dentro de algún ambiente de un edificio ya existente. La ingeniería sismorresistente se enfoca en una persona promedio –persona que puede evacuar una edificación sin ayuda–. Sin embargo, el 10% de la población del Perú son personas con discapacidad, y durante un sismo es más probable que se encuentren solas en sus viviendas (edificio común) y no en un hospital con aislamiento sísmico (edificación esencial). Diversos estudios internacionales indican que la situación de estas personas, ya de por sí vulnerables, se agrava luego de un sismo moderado o severo. Asimismo, actualmente no hay una opción económica de aislamiento sísmico, que proteja al menos los contenidos importantes dentro de una zona de una estructura existe. Por estas razones, se necesitan propuestas de aislamiento sencillas y económicas para casos de pequeña escala como: la habitación de una persona vulnerable en un primer piso, un sector de un hospital antiguo, un ambiente con contenidos delicados dentro una estructura existente o nueva, etc. La tesis propone y analiza numéricamente un modelo de sistema de aislamiento sísmico modular que reduce las aceleraciones en la plataforma o piso sobre el que estarían las personas vulnerables y/o contenido delicado. Para definir un sismo representativo para el análisis se incluyen: parámetros estandarizados como la aceleración máxima del suelo y la intensidad de Mercalli modificada, y otras variables como el potencial destructivo del sismo y la duración del sismo. En base a estos criterios, entre los sismos históricos más relevantes del Perú, las señales sísmicas que mejor representan al sismo de mayor intensidad son de Arequipa 2001 y Pisco 2007. Luego, se define el modelo de sistema de aislamiento sísmico modular, con apoyos cada 0.25m2 para que sea adaptable en ambientes pequeños. Cada apoyo aísla la plataforma del movimiento sísmico en la base, mediante una rótula mecánica y contacto liso, dentro de una superficie cóncava que le permite moverse libremente. Para el análisis, se considera una plataforma unitaria cuadrada de 0.25m2 y se varía sus diferentes parámetros dinámicos para evaluar su influencia en la atenuación del movimiento y de la aceleración. Esto permite definir los parámetros dinámicos optimizados de diseño. Se calculó su comportamiento con Matlab y se simuló su comportamiento en Ansys Workbench, con resultados similares. El sistema propuesto puede reducir la aceleración máxima hasta en un 85%. Con esto se logra un efecto que cumple con estándares de confort de personas ante vibraciones cotidianas. Finalmente, se presenta los planos del sistema de aislamiento modular, así como planos de una serie de ejemplos de aplicación.
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Análisis del criterio columna fuerte – viga débil en estructuras aporticadas de concreto armado
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-05-10) Mejía Trejo, Renzo Julián; Silva Berríos, Wilson Edgar
Los pórticos de concreto armado constituyen un sistema estructural ampliamente usado alrededor del mundo. Para que este sistema tenga un comportamiento adecuado frente a eventos sísmicos deben cumplir ciertos criterios de ductilidad, resistencia y rigidez. El criterio de columna fuerte viga débil es uno de los más importantes. Puesto que, tiene como finalidad, evitar que las columnas entren al rango inelástico y, por el contrario, sean las vigas las que desarrollen rotulas plásticas y disipen energía. La mayoría de normativas de diseño de concreto armado usan un factor de sobre resistencia de valor constante igual a 6/5. Sin embargo, estudios y ensayos han demostrado que el valor de dicho factor no garantiza el cumplimiento del criterio columna fuerte viga débil. Por tal motivo, el presente estudio tiene como finalidad analizar la influencia del valor del factor de sobre resistencia del criterio columna fuerte – viga débil en pórticos bidimensionales de concreto armado de baja y mediana altura. Para lo cual, se emplea valor de 1.20, 1.40, 1.60, 1.80 y 2.00. La curva de capacidad de las estructuras se obtiene por medio de un análisis estático no lineal “pushover”. Así mismo, el punto de desempeño es calculado para niveles de amenaza sísmica correspondiente a un sismo de servicio (TR = 75 años) y un sismo de diseño (TR = 475 años) de acuerdo al método del espectro de capacidad.
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Análisis estático lineal de pórticos de concreto armado mediante el método de los elementos de contorno
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-03-18) Challco Mamani, Gilmer; Quiun Wong, Daniel Roberto
El método de elementos de contorno (MEC) es una herramienta numérica para la resolución de problemas de ingeniería, y en particular para la solución de problemas de análisis estático lineal de pórticos sometidos a diferentes configuraciones de cargas y condiciones de borde; el pórtico es una estructura conformada por vigas, columnas y losas. La formulación del MEC para el análisis del comportamiento de vigas y losas se inicia con la aplicación de la teoría de elasticidad y resistencia de materiales, para obtener las ecuaciones gobernantes, seguidamente se obtiene las ecuaciones integrales y finalmente se resuelve numéricamente las ecuaciones integrales. La implementación de un código computacional facilita los cálculos numéricos, por lo que se desarrolla el código de programa denominado MBEM en el lenguaje de programación Matlab, en base a las expresiones mostradas a lo largo del presente trabajo, el cual sirve para el análisis estático lineal de losas. El MEC es una herramienta robusta para el análisis de losas porque reduce el número de elementos durante la descomposición de la estructura; además, reduce recursos computacionales y tiempo de análisis. Por otra parte, el análisis de vigas mediante el método prescrito es una alternativa frente los métodos clásicos.
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Análisis experimental de muros de albañilería confinada en viviendas de baja altura en Lima, Perú
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-23) Pari Quispe, Sonia Esmeralda; Manchego Meza, Juan Alfredo; Tarque Ruíz, Sabino Nicola; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
El mayor porcentaje de damnificados y victimas mortales que ocasiona un evento sísmico intenso es debido a la falla y colapso de las edificaciones de albañilería, especialmente aquellas construidas sin ningún criterio técnico. El problema principal de la autoconstrucción de viviendas es que son sísmicamente vulnerables debido a que tienen inadecuada configuración estructural, uso de materiales de baja calidad, mano de obra no calificada, etc. En las últimas décadas, la población de Lima ha mostrado un crecimiento exponencial acompañado de una expansión urbana desorganizada. Lima ha tenido una expansión horizontal con una proliferación de viviendas y edificaciones de pocos pisos hasta 2-3 pisos), construidos en su mayoría con ladrillos de arcilla cocida. Se estima que un 60% de las viviendas peruanas son autoconstruidas. Por lo tanto, es altamente probable que ante un sismo severo, muchas de estas viviendas colapsen. El presente trabajo se enfocó en la construcción de curvas de capacidad e identificar tres estados de daño asociados con el desempeño estructural y metodologías de reparación de los muros de albañilería confinada. Con el propósito de que puedan ser usadas para la construcción de funciones de fragilidad. Estas curvas de fragilidad son muy útiles para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras de albañilería confinada y para estimar las pérdidas económicas inducidas por sismos. Para ello, se desarrolló una campaña experimental que consistió en construir nueve muros a escala natural (de un nivel) que posteriormente fueron ensayadas bajo carga lateral cíclica en su plano. Los ensayos cíclicos fueron realizados en el laboratorio de estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), siguiendo los lineamientos del FEMA 461. Se ensayaron tres (3) muros con carga vertical equivalente a 3 niveles y seis (6) muros sin carga vertical. De estos últimos, tres (3) muros fueron ensayados hasta un límite de reparabilidad con la finalidad de repararlos y ensayarlos nuevamente. Como parte preliminar a los ensayos cíclicos se realizaron pruebas de control en unidades de arcilla y en el mortero. Así mismo, se elaboración de prismas de albañilería que permitieron caracterizar las propiedades mecánicas de la albañilería. Del análisis de resultados, la curva de capacidad fue simplificada con tres puntos notables: (a) Límite elástico, asociado a un drift de 0.12% (muros con y sin carga vertical), (b) Resistencia máxima a carga lateral, para un drift de 0.58% (muros sin carga axial) y 0.47% (muros con carga axial), (c) Estado último, para un drift de 0.87% (muros sin carga axial) y 0.65% (muros con carga axial). También se evaluó la rigidez lateral, la cantidad energía disipada, el amortiguamiento viscoso equivalente y la ductilidad.
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Análisis experimental del comportamiento de vigas de concreto armado reforzadas con bandas de CFRP bajo acciones cíclicas en reversa cuasi-estática
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-16) Samaniego Palomino, Juan Diego Ricardo; Fernández Dávila Gonzales, Víctor Iván
El uso de fibra de carbono CFRP (Carbon Fiber Reinforced polymer) para la reparación, rehabilitación y reforzamiento de estructuras de concreto armado, ha generado interés en su estudio, debido a su versatilidad en la restitución de la capacidad de elementos estructurales principalmente en zonas de alto riesgo sísmico. El presente trabajo de tesis muestra los resultados experimentales de cuatro especímenes de vigas de concreto armado dispuestas en voladizo, reforzadas externamente con CFRP, y sometidas a cargas cíclicas controladas por desplazamientos laterales. Los especímenes se construyeron a escala natural y con las siguientes características: sección rectangular: 25 x 40 cm, longitud total: 215 cm; refuerzo interno: barras de acero longitudinal (ASTM A615 grado 60), resistencia cilíndrica del concreto: 210 kg/cm2; refuerzo externo: láminas de CFRP de 200 x 20 x 0.1 cm (longitud x ancho x espesor) colocadas en las zonas sometidas a tracción. El ensayo consistió en la aplicación de carga cíclica en el extremo del voladizo, representado por 10 pares de amplitudes crecientes en 10% del desplazamiento lateral máximo de cada viga. Se dispuso de una serie de sensores para medir los desplazamientos laterales en ambas caras del elemento (zona de tensión y zona compresión), medición incremento de carga inducida cuando la carga somete a una cara lateral a tensión y a compresión cuando la carga impuesta ejerce el empuje en el sentido contrario, con la finalidad de evaluar la degradación de rigidez, la ductilidad, y la cantidad de energía absorbida por el elemento en cada amplitud creciente. Se observó en ambas caras sometidas a tensión y compresión (de acuerdo a la imposición de carga positiva o negativa) que la adición de CFRP redujo el daño en la sección para incrementos de cargas en amplitudes menores debido al incremento de rigidez aportada por el sistema FRP, controlando el proceso de agrietamiento, e incrementando la resistencia a carga máxima en 35 %. Los resultados preliminares señalan un mejor desempeño de los especímenes reforzados con CFRP, reduciendo el desplazamiento lateral máximo en 64%, y comprobándose una reducción en el agrietamiento; además, con el incremento de desplazamiento lateral y la adición de una (01) y tres (03) capas de CFRP la degradación de rigidez disminuyó para los elementos ensayados. El análisis del comportamiento de vigas de concreto armado reforzadas a flexión con bandas de fibra de carbono CFRP, bajo acciones cíclicas en reversa “Cuasi-estática” (carga y descarga), a través de la conservación de sus propiedades como: capacidad resistente, ductilidad, degradación de rigidez y disipación de energía, fue el objetivo principal del presento proyecto.
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Análisis sísmico utilizando bloques rígidos de modelos de vivienda de adobe de 2 pisos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-07-23) Romero Leceta, José Ignacio; Blondet Saavedra, Jorge Marcial
Las viviendas de mampostería de adobe son muy usadas alrededor del mundo por ser fáciles de construir y tener un bajo costo. En las últimas décadas los terremotos ocurridos han causado el colapso de este tipo de viviendas y la perdida de muchas vidas. (Dowling, 2006) (USGS, 2006) (Quiun, San Bartolome, & Zegarra, 1996). A pesar de que son vulnerables frente a eventos sísmicos muchas personas utilizan este tipo de viviendas por no contar con el dinero suficiente para adquirir una vivienda de material noble. En el Perú cerca de 2 millones de viviendas están construidas con mampostería de adobe y se encuentran en una zona de alto peligro sísmico. Un terremoto ocurrido en Ica en el año 2007 de magnitud de 8 grados Richter causó el colapso de 50 mil viviendas de adobe y 45 mil quedaron dañadas. La baja calidad de los materiales, los muros delgados y la informalidad en la construcción fueron las causas más importantes en el colapso de estas viviendas (Blondet, Vargas, Tarque, & Iwaki, 2011). Las viviendas de mampostería de adobe pueden ser reforzadas para evitar que colapsen ante un sísmico severo. Estas viviendas son económicas y fáciles de construir por tanto el refuerzo también debe ser económico y sencillo. Un tipo de reforzamiento que cumple con estas condiciones es el reforzamiento con sogas. En el año 2016 el grupo GERDIS de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) estudió el comportamiento bajo simulación sísmica de un modelo de vivienda de adobe de 1 piso reforzado con sogas. Tras realizar el ensayo se observó que no hubo colapso parcial ni total de la estructura (Blondet , y otros, 2016). En el Perú existen también viviendas de mampostería de adobe de 2 pisos. Por esta razón en el año 2017 se realizó 4 ensayos en el Laboratorio de Estructuras Antisísmicas de la PUCP de modelos de vivienda de adobe de 2 pisos a escala reducida, 2 sin ningún tipo de refuerzo y 2 con reforzamiento con sogas. Este proyecto fue financiado por el Servicio Nacional para la Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO). El objetivo del presente trabajo es estimar los desplazamientos y fuerzas en las sogas en modelos de vivienda de adobe de 2 pisos mediante modelos computacionales. Para validar los resultados de los modelos computacionales se comparó con las respuestas obtenidas de los ensayos de laboratorio realizados en la PUCP. El modelo computacional se realizó en el programa SAP2000 (CSI, 2018). La estructura del modelo de vivienda de 2 pisos se idealizó como un conjunto de bloques rígidos. Se utilizaron dos configuraciones con bloques rígidos. Estas configuraciones están basadas en los patrones de agrietamiento de modelos de vivienda de adobe de 1 piso observados en ensayos de laboratorio realizados en la PUCP en años anteriores. La configuración 1 divide la estructura en 9 bloques rígidos. La configuración 2 divide la estructura en 22 bloques rígidos. Para simular el choque entre bloques rígidos del modelo computacional se colocó elementos lineales disponibles en el programa que solo funcionan a compresión y que cuentan con una gran rigidez. Para incluir en el modelo computacional el efecto del reforzamiento con sogas se adicionó elementos que solo funcionan a tracción y se les coloco con una rigidez equivalente a la de las sogas. El ensayo de laboratorio de simulación sísmica consistió en colocar el modelo de vivienda de 2 pisos de adobe sobre una mesa vibradora que se mueve unidireccionalmente según una señal de desplazamiento. Para el ensayo se utilizó una señal de desplazamiento que difiere en amplitud para cada fase del ensayo. Se extrajo los resultados de las fases con amplitudes máximas de 15mm y 60mm. Estas amplitudes se escogieron sabiendo que con la amplitud de 15mm se obtendría poco daño y con la amplitud de 60mm se obtendría el máximo daño.
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Análisis y diseño de nave industrial de concreto armado con puente grúa
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-16) Panta Miranda, Domingo Jesús; Quiun Wong, Daniel Roberto
El siguiente trabajo de Tesis nace por la preocupación del autor de encontrar información precisa y clara sobre el diseño de naves industriales con puentes grúa, con el objetivo de establecer un procedimiento de análisis estructural y diseño de este tipo de estructuras. En el desarrollo del tema se encontró una formulación poco clara de conceptos, por parte de la norma peruana E.020- “Cargas”, sobre cargas vivas móviles, específicamente en conceptos como “máxima carga sobre rueda” o “capacidad de carga” o “carga nominal”, que si están definidos claramente en la versión anterior del código ASCE/SEI 7-16- “Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures”, que sirvió de base a la norma E.020 en este tema específico. En esta investigación se encontró que el Eurocódigo ofrece las siguientes normas: *EN 1991-3-Eurocode 1- “Actions on structures-Part 3: Actions induced by cranes and machinery.” *EN 1993-6-Eurocode 3- “Design of steel structures-Part 6: Crane supporting structures”.Dichas normas hacen una definición de los conceptos básicos y necesarios para el cálculo de las cargas móviles sobre la viga carrilera, incluyendo temas de combinaciones de carga y verificación de condiciones de serviciabilidad del puente grúa. Halladas las cargas móviles, este trabajo toma en cuenta conceptos como líneas de influencia, para el desarrollo del análisis y diseño de la estructura de nave industrial con puente grúa. En este caso se investigará como el método de Muller Breslau puede hacernos el trabajo más sencillo para analizar líneas de influencia. Además, se considerarán los efectos de sismo, viento y nieve. Establecido el procedimiento de análisis y diseño, este se aplica a un caso específico de estructura mixta de pórticos de concreto armado y techo de estructura metálica. Como conclusión principal se obtiene que la Norma E.020 y E0.90 deben ser mejoradas, sobre todo en la definición de conceptos básicos, donde se deben incluir comentarios sobre combinaciones de carga compatibles con la operación de estos equipos, así como métricas de control de la serviciabilidad de las estructuras de soporte de puentes grúa. Y ambas normas deben compatibilizarse para establecer un criterio único en el cálculo de las cargas vivas móviles. En este sentido el autor propone una expresión para hallar la carga máxima sobre rueda y las cargas laterales y longitudinales, para el caso específico de puentes grúa dentro de naves industriales, así como incluir gráficos similares a los de Eurocódigo para mejor entendimiento de estos conceptos, sobre todo para los lectores que revisan por primera vez la norma. También se sugiere como tema de estudio para otros trabajos de tesis, el caso de las cargas de viento, cuyas definiciones en la norma E.020 pueden ser mejoradas, en base a estudios más concretos, utilizando modelos analizados en túneles de viento.
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Análisis y diseño de puentes colgantes
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-11-30) Zegarra Ciquero, Luis Antonio
En nuestro país es muy escasa la información sobre los procedimientos y detalles del análisis y diseño de puentes colgantes. Los puentes colgantes de luces importantes que se han construido han sido adquiridos generalmente en el extranjero, incluyendo el diseño estructural dentro del monto del contrato.
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Análisis y diseño de un puente en arco atirantado de tablero inferior
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-11) Inocente Cipriano, Godolfredo; Zegarra Ciquero, Luis Antonio
El diseño de un Puente en Arco Atirantado de Tablero Inferior es de gran importancia en nuestro país, ya que permite cubrir obstáculos sin necesidad de apoyos intermedios, tiene bajo costo de mantenimiento en comparación a puentes continuos con apoyos intermedios y lo más importante evita pérdidas de vidas humanas al no exponer su estructura en el lecho del río. El objetivo de esta tesis es presentar el comportamiento general del puente, procedimiento de análisis y diseño de cada elemento de la superestructura de un Puente en Arco Atirantado de Tablero Inferior. En particular se presenta el diseño de un Puente en Arco Atirantado de Tablero Inferior de 65 m de luz y 4 líneas de tráfico, determinando recomendaciones de los elementos y conexiones, que sirva de consulta para la concepción de este tipo de puente. El estudio se inicia con el comportamiento general del puente, experiencia del puente Topará colapsado y algunas consideraciones específicas de los elementos del puente, como es la disposición de péndolas, rotura de péndolas, efectos de no linealidad geométrica, tipos de arriostramientos y conexiones. En la parte del redimensionamiento, se determina la geometría inicial del puente para realizar el análisis en base a referencias bibliográficas y experiencias en este tipo de puente arco atirantado. El análisis del Puente en Arco Atirantado de Tablero Inferior, se realiza para cargas permanentes y variables. El análisis sísmico se realiza mediante un análisis modal espectral y se estudia la influencia de la componente vertical del sismo. También se estudia el análisis no lineal geométrico para determinar el efecto de las grandes fuerzas de tracción o compresión en la estructura. Finalmente, se desarrolla el diseño de los elementos y conexiones del Puente en Arco Atirantado de Tablero Inferior, estableciendo un procedimiento para hacer el diseño más eficiente y rápido. Se realiza el diseño de la viga cajón, arco, péndolas y su conexión, viga diafragma, viga arriostre, tablero y el apoyo del puente. En el anexo se presenta los planos de estructuras del diseño. El análisis y diseño de este tipo de puente arco atirantado se realiza en base al Manual de puentes del MTC y AASHTO LRFD.
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Aplicación de la fibra de acero galvanizado para el reforzamiento estructural de muros de albañilería confinada ante cargas cíclicas en su plano
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-07-08) Yacila Alvarado, Luciano Jhair; Salsavilca Pomarcahua, Jhoselyn Junny; Tarque Ruíz, Sabino Nicola; Camata, Guido
La albañilería confinada se ha convertido en la tipología constructiva más empleada en el Perú a lo largo de las últimas décadas. No obstante, existe una elevada vulnerabilidad sísmica asociada a la informalidad y calidad de los materiales que son empleados durante su ejecución. Por ello, este trabajo pretende contribuir a la reducción de dicha vulnerabilidad mediante la aplicación de una novedosa técnica de reforzamiento estructural conocida como Steel Reinforced Grout (SRG). Una campaña experimental fue conducida para evaluar el desempeño cíclico de tres muros de albañilería confinada reforzados con SRG al ser sometidos a cargas cíclicas en sus planos. Los resultados mostraron las bondades del SRG al mejorar el desempeño cíclico de todos los muros ensayados en términos de ductilidad lateral, energía disipada, razón de amortiguamiento histerético y degradación de rigidez. Por otro lado, una contribución al estado del arte, en el conocimiento del comportamiento no lineal de la albañilería confinada y del SRG, fue hecha mediante la modelación numérica de muros de albañilería confinada y ensayos de adherencia entre el SRG y la albañilería. Dicha modelación fue hecha mediante el empleo del modelo de material Concrete Damage Plasticity del software ABAQUS, el cual es capaz de representar el comportamiento no lineal de materiales cuasi-frágiles como el concreto y la albañilería. Una comparación de resultados numéricos y experimentales permitieron corroborar la eficacia de los modelos numéricos al brindar respuestas muy cercanas a las obtenidas experimentalmente. Finalmente, cinco alternativas de refuerzo sísmico fueron comparadas en términos técnico-económicos para una sabia elección en el caso se requiera la aplicación masiva de un refuerzo sísmico. Dicha comparación dio a conocer que el FRP es la técnica con mayor aceptación técnico-económica seguido por el SRG.
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Aplicaciones multimedia para el curso de mecánica estructural
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-11-28) Nontol Espinoza, Carlos David; Acero Martínez, José Alberto
En el presente trabajo, se desarrollan aplicaciones en MATLAB a modo de herramientas didácticas, que permitan ilustrar de manera sencilla y amigable los conceptos del curso de Mecánica Estructural para facilitar el aprendizaje de los alumnos. El código de las aplicaciones está escrito en MATLAB y compilado en archivos ejecutables (archivos *.exe) de tal forma que no se requiera del programa principal para ser utilizados. Se desarrollan aplicaciones para los siguientes temas: Teoría de esfuerzos y deformaciones en el rango elástico, se abarca desde las definiciones básicas, la transformación de esfuerzos y deformaciones en general y en particular para encontrar los valores principales y direcciones principales. Ley de Hooke generalizada para distintos materiales, Incluyendo los efectos de cambios de temperatura. Teoría de falla para materiales frágiles y dúctiles: Máximo esfuerzo normal (Rankine Coulomb), Máxima deformación unitaria (Saint Venant), Densidad de energía de deformación (Beltrami), Máximo esfuerzo cortante (Tresca), Densidad de Energía de Distorsión (Von Mises). Se analiza los factores de seguridad y se grafica las superficies de fluencia de cada criterio de falla. Vigas con cimentación elástica y cargas variables, se calcula la deflexión, giro, fuerza cortante, momento flector y el esfuerzo máximo. Se desarrolla la teoría para “n” cargas aplicadas. Pandeo, enfoque clásico y con polinomios para diversas condiciones de apoyo, obteniendo la carga crítica y la forma modal de pandeo. Se analiza además la carga crítica de pandeo para elementos esbeltos de sección variable y de sección compuesta. En el análisis de teorías de falla se puede comparar los factores de seguridad y las superficies de falla para distintos criterios, observando que en bajo cierta combinación de cargas uno resulta más conservador que otro. En el análisis de pandeo de elementos esbeltos, se presenta tablas de la carga crítica obtenida para varias condiciones de apoyo, para elementos de sección constante, variable y de sección compuesta. La precisión de estos valores depende directamente de la exactitud de la ecuación de la deformada asumida. Al tener una viga apoyada sobre una cimentación elástica se obtiene esfuerzos en su sección. Se puede analizar el máximo de estos esfuerzos con alguno de los criterios de falla dependiendo del material en estudio. Así por ejemplo si es un material frágil se pude usar el criterio de Rankine, si es un material dúctil se puede usar el criterio de Tresca. El código de las aplicaciones también es presentado en archivos script (archivos *.m) de libre acceso. Se propone al final de este documento un nuevo alcance para complementar y mejorar el código desarrollado en el presente trabajo.
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Autosuficiencia energética, hídrica y alimentaria en ambientes urbanos: aplicación en la cubierta. Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-04-05) Bazán Andía, José Alejandro; Vázquez Rowe, Ian
Las actividades que se desarrollan en las ciudades dinamizan la economía global; no obstante, estos procesos urbanos son, actualmente, intensivos en emisión de gases de efecto invernadero (GEI). Es de interés mundial reducir estas emisiones con la transición a sistemas de bajo consumo de carbono. Para ello, se implementa, en los subsistemas urbanos, tecnologías de captación de recursos endógenos donde se aborda el nexo energía – agua – alimento. El estudio posee dos objetivos: (i) determinar el grado de autosuficiencia energética, hídrica y alimentaria para afianzar la seguridad respectiva; (ii) cuantificar la reducción de GEI respecto del contexto actual. Asimismo, la investigación se sustenta en: (a) prevenir la discontinuidad del suministro y reducir la dependencia de fuentes externas; (b) el cumplimiento del compromiso medioambiental del Acuerdo de París, Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (2016). Para el análisis, se han seleccionado tres ciudades por cada región geográfica de Perú: Ica, Ayacucho y Pucallpa; cada una con una climatología, morfología urbana y un mix eléctrico regional particular. Estas ciudades son representativas porque se encuentran en las regiones climatológicas donde se concentra la mayor parte de la población nacional. Por ello, éstas se han caracterizado en demanda y oferta con datos de energía solar incidente, temperatura, pluviometría y consumo de agua, electricidad y alimentos. Posteriormente, a partir del plano urbano, ArcGis 10.3 cuantifica la superficie de cubierta disponible. Como último paso para obtener el potencial real, se aplican una serie de factores de corrección por área y eficiencia. Los resultados indican que los recursos endógenos permiten satisfacer la demanda; específicamente, en energía. Asimismo, el análisis ambiental con el método IPCC 2013 en Simapro v8.2 evidencia una importante reducción de emisiones de GEI, la cual varía en cada ciudad según el mix eléctrico particular con el que es comparado. Finalmente, a través del análisis de sensibilidad, se determina valores ideales que ciertos parámetros de crecimiento urbano deben mantener para afianzar la seguridad entre el nexo urbano descrito y la sostenibilidad ambiental.
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Bases para la implementación de la norma peruana de análisis y diseño de edificios con aislación sísmica
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-05-03) Mendo Rodríguez, Arnold Ramsey; Fernández-Dávila Gonzales, Victor Iván
En este trabajo se proponen los requisitos de análisis y diseño de sistemas de aislación sísmica tomando como referencia las normas americanas NEHRP Recommended Seismic Provisions FEMA P-750 (2009) y ASCE/SEI 7-10 (2010), la norma chilena NCh2745-2003 y su actualización del 2013. Esto surge como una necesidad debido al incremento de construcciones con sistemas de aislación sísmica en el Perú, sumado al requisito establecido en la actualización del proyecto de norma E.030 del 2015, para el uso de sistemas de aislación sísmica en la base en establecimientos de salud del Sector Salud del segundo y tercer nivel. Entre las propuestas desarrolladas se encuentran las aceleraciones para el sismo de diseño y sismo máximo probable que permiten construir el espectro de diseño considerando un objetivo de riesgo uniforme de 1% en 50 años, los factores de modificación por incorporación de amortiguamiento (Bd), los factores de amplificación de suelo para periodos estructurales mayores a 1,0 seg y los límites de desplazamiento para las estructuras sobre el sistema de aislación. Además, se propone adoptar la forma del espectro de diseño establecido en las normas americanas NEHRP 2009 ó ACE/SEI 7-10, el cual se construye con aceleraciones para periodos de 0,2 seg y 1,0 seg. Las aceleraciones para estas ordenadas espectrales se obtuvieron del estudio de peligro sísmico de 11 ciudades del Perú agrupadas en 4 zonas según el proyecto de norma E.030 del 2015, amplificadas para considerar de una manera simple y práctica el efecto de la máxima dirección, mediante un factor calculado como la relación entre la ordenada espectral máxima de las dos componentes registradas en un señal sísmica y la aceleración correspondiente a la media geométrica o geoman (√S1.S2). El factor de amplificación que define el sismo máximo probable, fue calculado mediante la relación entre las aceleraciones para un objetivo de riesgo uniforme de 1% en 50 años (convolución de las curvas de peligro sísmico y las curvas de fragilidad) y las aceleraciones para el sismo de diseño (geoman) de las 11 ciudades consideradas en este trabajo, amplificadas para considerar el efecto de máxima dirección. Los factores de modificación amortiguamiento (Bd) fueron calculados en base a la respuesta de desplazamientos de 14 señales sísmicas (dos componentes por señal) ajustando el promedio de la combinación SRSS de las dos componentes al espectro de diseño propuesto, usando el método denominado Mean Spectrum Matching. Los factores de amplificación de sitio se ajustaron a las funciones de amplificación propuestas por Roger D. Borcherdt para el territorio de Estados Unidos. Finalmente, se desarrolla un ejemplo de cálculo de un edificio con aislamiento sísmico comparando su respuesta estructural considerando los requisitos propuestos en este trabajo y los requisitos establecidos en la norma NCh2745-2003 y el ASCE SEI7-10
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Caracterización mecánica de componentes estructurales en construcciones arqueológicas de tierra : el caso de Huaca de La Luna
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-22) Montesinos Escobar, Mijail; Aguilar Vélez, Rafael
Las construcciones arqueológicas forman parte del legado de una nación, tienen importancia histórica y son generadoras de ingresos económicos debido a la actividad del turismo, para mantenerlas en el tiempo se requieren realizar tareas de preservación y difusión. En el Perú existen gran cantidad de construcciones arqueológicas hechas de tierra y dentro de estas una tipología observada es aquella que le corresponde a las huacas, las cuales son estructuras masivas compuestas generalmente por adobes y mortero de barro o tapial. Una de las huacas de tierra más representativas del Perú es la Huaca de La Luna, la cual se encuentra en el departamento de La Libertad a cinco kilómetros de la ciudad de Trujillo. Este monumento viene siendo estudiado por más de veinte años y durante este lapso se ha podido evidenciar daño global como local en la estructura, por lo que el diagnóstico estructural de este es necesario. Para poder realizar este diagnóstico uno de los primeros pasos es conocer las propiedades mecánicas de los componentes estructurales de la Huaca. El principal objetivo de esta tesis es conocer el comportamiento mecánico del material de Huaca, de modo que se tengan datos que puedan ser utilizados para su evaluación estructural. Para esto se realizaron ensayos de compresión uniaxial, flexión en tres puntos y compresión diametral en especímenes elaborados a partir del adobe y mortero original de Huaca. Además se realizaron ensayos de compresión uniaxial y corte cíclico en la mampostería construida a partir de materiales originales de esta estructura. Todos los ensayos se realizaron bajo control de desplazamiento y para el control de deformación se hizo uso de sistemas de medición intrusivos (transformadores diferenciales de variación lineal-LVDTs) y sistemas no intrusivos de correlación de imágenes (DIC). Para el adobe y mortero se obtuvieron parámetros mecánicos correspondientes a su resistencia a compresión, módulo de elasticidad, energía de fractura a compresión, módulo de ruptura, energía de fractura a tracción y resistencia a la compresión diametral. Para la mampostería de adobe se obtuvo en laboratorio su resistencia a compresión, módulo de elasticidad y se evaluó su comportamiento ante cargas laterales cíclicas analizando las curvas fuerza-deformación, modos de falla y disipación de energía. Adicionalmente se desarrolló un modelo numérico en elementos finitos que simuló el ensayo de compresión realizado en laboratorio sobre la mampostería usando el programa comercial DIANA, se asumió la mampostería como un material continuo e isotrópico. A través de técnicas de macro modelamiento que simulan la evolución del agrietamiento se pudo obtener valores de las propiedades mecánicas de comportamiento post pico como la energía de fractura a compresión y tracción. Para esto se elaboraron modelos que presentaron curvas esfuerzo-deformación y modos de falla parecidos a los obtenidos en laboratorio. Los estudios realizados encontraron parámetros mecánicos del material que conforma el sistema estructural de Huaca de La Luna, como era de esperarse el comportamiento mecánico del adobe y mortero fue diferente al de la mampostería. El modelamiento numérico demostró que es una herramienta poderosa para poder realizar la caracterización mecánica con base en ensayos básicos de laboratorio. Los datos encontrados y la metodología propuesta pueden ser utilizados como base para analizar el comportamiento mecánico de materiales que son parte de sistemas estructurales de construcciones de tierra.
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Comparación de las normas sísmicas más utilizadas para puentes continuos en el Perú y sus métodos de análisis
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2011-05-09) Acero Martínez, José Alberto
Este trabajo esta orientado a revisar las normas sísmicas más utilizadas para puentes continuos en el Perú y sus métodos de análisis. Se revisan principalmente: la norma AASHTO STANDARD, AASHTO LRFD, CALTRANS y la Norma Sísmica para Puentes de Japón. También, se discute la propuesta de norma para puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú y se revisa la NTE E.030. Por otro lado, se revisan en forma referencial, normas sísmicas de puentes de Chile, Venezuela y Canadá.
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Comparación de las propiedades mecánicas de unidades y prismas de bloques de tierra comprimida estabilizada con cemento y geopolímero de puzolana
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-08) Alvarez Ordoñez, Syndy Yesenia; Aguilar Vélez, Rafael
El interés y la necesidad de los países en desarrollo en el uso de la tierra como material de construcción ha fomentado el estudio continuo de sistemas de construcción más resistentes, económicos y sostenibles. Una de las tecnologías más conocidas es la construcción industrial con Bloques de Tierra Comprimida (BTC) que beneficia esencialmente a las regiones con bajo desarrollo económico. Los BTC son unidades de albañilería con geometría y propiedades físicas y mecánicas homogéneas. Los BTC son fabricados en base a tierra con determinadas características granulométricas, la cual es compactada dentro del molde de una máquina con forma definida. La evolución en la fabricación de BTC permite que el proceso sea más rápido, sencillo y automatizado. Uno de los avances más útiles en las máquinas de fabricación de BTC es la incorporación de un sistema hidráulico para compactar el suelo, lo cual evita la compactación manual que solía ser el proceso convencional. En la actualidad, existen máquinas que producen BTC de diversas formas y tamaños para su uso en mampostería. En la presente investigación, la forma del BTC consiste en un prisma rectangular con un sistema de interconexión de 10 mm que se encuentra en las superficies superior e inferior del bloque. El sistema de interconexión permite el enganche de los BTC y provee resistencia al corte a la mampostería. Además, posee dos agujeros de 90 mm cada uno que atraviesan el cuerpo del BTC, los cuales reducen la masa sísmica y permiten la colocación de refuerzo vertical. La tierra utilizada para la fabricación de BTC es sometida a un proceso de estabilización. La estabilización química de suelos para la fabricación de BTC ha sido foco de atención de diversos investigadores que buscan mejorar sus propiedades mecánicas de forma económica y ecosostenible. Uno de los métodos más conocidos es la estabilización química con cemento. Sin embargo, el cemento produce un impacto ambiental negativo durante su ciclo de vida. La presente investigación incluyó el uso de un geopolímero de puzolana, con lo cual se estudia un material de construcción que no solo genere menos cantidad de CO2 en su producción, sino que también posea propiedades mecánicas adecuadas para la construcción de viviendas económicas. El objetivo del estudio es comparar las propiedades mecánicas de las unidades y prismas de BTC estabilizados con cemento y geopolímero de puzolana teniendo como línea base de comparación al BTC convencional fabricado sin agente estabilizante. El estudio comienza con el estado del arte de la construcción con tierra y de BTC. Posteriormente, se presenta el protocolo de los ensayos ejecutados durante de la campaña experimental. A continuación, se desarrolla la campaña experimental dividido en tres partes: i) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC, ii) proceso de producción y caracterización mecánica de BTC estabilizada y iii) caracterización mecánica del sistema de mampostería de BTC de junta seca. Finalmente, el análisis comparativo del estudio se lleva a cabo en base a los resultados obtenidos de la caracterización mecánica de las unidades y prismas de BTC, BTC estabilizada con cemento y BTC estabilizada con geopolímero de puzolana. El suelo base analizado proveniente del distrito de Ventanilla, Callao, fue mejorado con arena gruesa con la finalidad de que la curva granulométrica del suelo mejorado se encuentre dentro del huso granulométrico indicado en la norma UNE 41410 (2008). El proceso de estabilización química del suelo permitió conocer que el contenido óptimo de cemento es de 8% y de geopolímero de puzolana de 15%. El porcentaje óptimo de agente estabilizante óptimo cumple con la resistencia a la compresión mínima requerida por la norma UNE 41410 (2008) que es de 1.3 MPa para ambos casos. Los resultados de la caracterización mecánica de BTC y BTC estabilizada se realizó en términos de la compresión y flexión. Se obtuvieron resistencias a la compresión a los 28 días de edad de 1.3 MPa (CV 6.2%), 3.6 MPa (CV 17.9%) y 2.4 MPa (CV <1%) para BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La resistencia a la compresión en estado saturado del BTC estabilizada con 8% de cemento bajó en 52% respecto a su resistencia a los 28 días de edad y en un 66% en el caso del BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana. Además, se obtuvo el módulo de elasticidad (E) de cada tipo de BTC: 88.2 MPa (CV 2%), 249.9 MPa (CV 3%) y 208.5 MPa (CV 3%) para el BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Finalmente, se obtuvo la resistencia a la flexión, que resultó 0.1 MPa (CV <1%), 0.7 MPa (CV 24.8%) y 0.2 MPa (CV 23.2%) correspondiente a los BTC, BTC estabilizada con 8% y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. La caracterización de la mampostería de BTC de junta seca mediante el ensayo de compresión uniaxial dio como resultado resistencias a la compresión de 0.40 MPa (CV <1%), 1.44 MPa (CV 4%) y 0.75 MPa (CV 9%) para prismas de BTC, BTC estabilizada con 8% de cemento y BTC estabilizada con 15% de geopolímero de puzolana respectivamente. Se obtuvieron, además, el módulo de elasticidad (E), el módulo de Poisson (υ) y el módulo de corte (G) en cada caso.
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Complementación de los estudios por fotogrametría y escáner láser terrestre para la reconstrucción de modelos sólidos de estructuras patrimoniales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-15) Retamozo Fernández, Saúl Walter; Castañeda Aphan, Benjamín
Los monumentos arqueológicos y arquitectónicos forman parte importante de la historia, identidad y cultura de un país. A lo largo de los años, estos monumentos están sometidos a fenómenos naturales y antropogénicos que desgastan su estructura, deformando la geometría del patrimonio. Frente a esta situación, en los últimos años se han propuesto y desarrollado metodologías para preservarlos y/o reconstruirlos. Se inicia digitalizando las estructuras: se representa la geometría del monumento como una serie de puntos que describen la super cie del objeto. Y estos puntos son usados para construir modelos 3D (modelos de mallas). Esta digitalización se puede llevar a cabo a través de diferentes técnicas, cuya diferencia se encuentra en el dispositivo utilizado: la estación total, el sensor Kinect, el escáner láser terrestre y drones con cámaras fotográ cas. En la actualidad se prioriza el estudio con escáner láser y la fotogrametría. Estas metodologías tienen ciertas limitaciones como la iluminación del objeto para la fotogrametría y las características geométricas ubicadas fuera del rango de vista para el escáner láser. Por otra parte, una de las aplicaciones más importantes de los modelos 3D son los modelos sólidos. Sin embargo, debido a la cantidad de datos que se obtiene de los modelos 3D, no pueden ser usados directamente para construir modelos sólidos, sino que deben darse pasos previos. Por otro lado, estos modelos sólidos tienen la ventaja de ser manipulados en cualquier programa de ingeniería. En esta tesis se desarrollan metodologías para construir modelos de mallas 3D basados en estudios de fotogrametría, escáner láser terrestre y una fusión de ambos estudios. También se presentan algoritmos para realizar recorridos virtuales, construir modelos sólidos y dibujar planos de arquitectura. Además se estudiará la precisión, exactitud, tiempo y costo de distintas metodologías de digitalización tomando como referencia el modelo del escáner láser. Las metodologías se aplicarán a una serie de monumentos como son los siguientes: una sección del Qhapaq Ñan o Camino Inca, la iglesia San Juan Bautista de Huaro, la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, la Quinta del Marqués de Presa, el Cementerio Presbítero Matías Maestro y la Huaca de la Luna. Los algoritmos propuestos muestran resultados óptimos en términos de tiempo de procesamiento, resolución y efectividad de acuerdo a otros estudios similares. Los recorridos virtuales presentan a los monumentos de forma más amena y pueden ser usados para promover el turismo. Los planos de arquitectura muestran una representación más real y completa de la estructura en comparación con los típicos planos de arquitectura. Los modelos sólidos son obtenidos a partir de la base de datos de los modelos de mallas, lo cual es más óptimo que usar herramientas de ingeniería inversa o una biblioteca de sólidos compuesto por cubos, tetraedros y esferas.