Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Metodología numérica automatizada para la evaluación de la respuesta dinámica de construcciones prehispánicas de piedra de junta seca en el Perú(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-28) Lipa Cusi, Leonel; Tarque Ruiz, Sabino NicolaEl estudio y la conservación del patrimonio de estructuras de piedra es una preocupación mundial, sobre todo, si estas construcciones están ubicadas en zonas sísmicas. En el Perú -debido a su gran variedad cultural e histórica- existe un gran número de construcciones de piedra en diferentes sitios arqueológicos, abarcando varias tipologías constructivas. Lamentablemente, gran parte de estas construcciones aún no han sido evaluadas estructuralmente, por lo que se desconoce su comportamiento estructural. También, no se cuenta con una taxonomía de tipologías estructurales y, por ende, diversas características de las construcciones existentes son desconocidas. Una forma de evaluar el comportamiento dinámico no lineal de estas estructuras es usando una rigurosa -pero rápida- metodología numérica que reproduzca adecuadamente los diferentes mecanismos de fallo, basada en la dinámica de cuerpos rígidos bajo el enfoque del método de elementos finitos. Como una primera contribución, en este proyecto se presenta una clasificación taxonómica de construcciones prehispánicas de piedra en el Perú a partir de un estudio de campo. A partir de esta taxonomía, se clasificaron diversos sitios arqueológicos de las regiones de Puno y Cusco, y se identificaron las tipologías más recurrentes de estas regiones. Por otro lado, se elaboraron novedosos códigos en Python, para la obtención del modelo geométrico de estructuras de junta seca, a partir de las imágenes tomadas por un cámara, o de una fotografía existente (incluyendo la identificación de las piedras y las juntas por medio de la segmentación de imágenes). Estas rutinas permiten crear el modelo 3D de cada bloque (piedra), ensamblarlos y exportarlos a un programa de análisis numérico para evaluaciones posteriores. Para el desarrollo de la metodología numérica, se propone la dinámica de los cuerpos rígidos bajo el enfoque del método de los elementos finitos. Cada bloque de piedra se considera como un cuerpo rígido interconectado con otros bloques mediante interfaces no lineales. Esta metodología es validada usando Abaqus, basado en los resultados de ensayos experimentales en esta tesis. En la campaña experimental se construyeron tres muros con bloques de concreto simulando la geometría de estructuras Inca. Los muros fueron construidos sobre una mesa inclinable y fueron ensayados por volteo fuera de su plano. Luego, se elaboraron modelos numéricos de estos ensayos, en los cuales se calibraron las propiedades de contacto con tal que simulen correctamente el comportamiento experimental. Los resultados numéricos del peso, el ángulo de colapso, los desplazamientos relativos en distintos puntos de la estructura y los mecanismos de colapso fueron muy similares a los registrados experimentalmente. Como caso de estudio, se evaluó numéricamente la sección de un muro de contención Inca de Sacsayhuamán, Cusco, frente a diversas acciones sísmicas. El modelo geométrico completo del muro de piedra se obtuvo mediante las rutinas de Python. El terreno contenido detrás del muro se representó por partículas de elementos discretos. Las propiedades del modelo numérico fueron tomadas de la campaña experimental y de calibración, y las frecuencias predominantes de la estructura se obtuvieron por medio del enfoque de vibraciones. Se verificó que la estructura puede soportar adecuadamente estos registros sísmicos escalados hasta una aceleración pico de 0.1 g; sin embargo, la estructura sufre desplazamientos remanentes considerables para registros escalados superiores o iguales a 0.2g. Se concluye que la metodología planteada permite evaluar las estructuras piedra de junta seca de una manera rigurosa, y así conocer si la estructura debe ser intervenida para asegurar su funcionalidad. Se espera que los resultados de esta tesis doctoral puedan contribuir al estudio de las construcciones patrimoniales de piedra, y abrir posibilidades de mejora de la metodología ante diversas configuraciones estructurales.Ítem Texto completo enlazado Diseño de biblioteca de adobe sismorresistente(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-04-29) Guevara Santiago, Ernesto Víctor; Tarque Ruiz, Sabino NicolaEl proyecto se lleva a cabo en Puno en la ciudad de Juliaca, la más importante económica y demográficamente en la región. Esta se destaca por el predominio del adobe como material de construcción en zonas urbanas, conformando cerca de 2/3 del total según el censo nacional del 2017. No obstante, el uso de este material ha disminuido en los últimos años, debido a la desconfianza ante la baja sismorresistencia de las estructuras de adobe no reforzadas adecuadamente o, en su defecto, sin ello. Por tal motivo, el propósito de este trabajo es servir de referencia para el análisis y diseño de edificaciones de adobe sismorresistente, demostrando así la factibilidad de este tipo de construcciones. En primer lugar, se describe el objetivo y los antecedentes que definen el proyecto. Los siguientes apartados describen el contexto en el cual se desarrolla, teniendo en cuenta la cartografía y topografía de la zona, así como las propiedades del suelo; la climatología y la sismología de la zona. Una vez establecidos los condicionantes, se lleva a cabo el predimensiomamiento de la estructura, donde se aplican los criterios geométricos recomendados por la Norma E.080 de Adobe en un esquema en planta propuesto. Posteriormente, se realiza el diseño de la estructura, empezando por el techo compuesto por tijerales y viguetas de caña Guayaquil, sobre los cuales reposa una cubierta de caña y barro. Definida la estructura superior, se procede al diseño de los muros de adobe, verificando su resistencia por cortante y flexión ante los esfuerzos sísmicos definidos por norma. Cabe destaca que, la resistencia a tracción por flexión es soportada por el refuerzo externo: la geomalla, el cual se diseña utilizando el software ETABS, capaz de modelar la estructura por el método de elementos finitos, logrando así precisión en los resultados.Ítem Texto completo enlazado Modelación numérica de muros de contención de piedra(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-04-19) Puyen Burga, Victor Felipe; Tarque Ruiz, Sabino NicolaEn la actualidad, muchas de las viviendas construidas en los asentamientos periféricos de Lima Metropolitana utilizan los muros de piedra (pircas) como sistema de contención sin un debido estudio de su comportamiento. Por esta razón, este trabajo de investigación tiene por finalidad evaluar este tipo de sistemas haciendo uso de la teoría de los elementos finitos y definir si es posible modelar estas estructuras, de modo que sirva como punto de partida para futuras investigaciones. El procedimiento para elaborar esta tesis se detalla a continuación: En primer lugar, se hará revisión bibliográfica de los trabajos de investigación y ensayos previos hechos en el Perú en relación con estas estructuras. Asimismo, se recopilará información sobre las definiciones más importantes para el presente trabajo y relacionadas a la modelación numérica. Seguidamente, se profundizarán los conceptos vinculados con el uso del software Abaqus, el cual servirá para realizar el modelamiento de la estructura. Posteriormente, se calibrarán diferentes modelos teóricos realizados en Abaqus con los resultados obtenidos de los ensayos experimentales hechos a muros tipo pirca. Finalmente, se analizarán los resultados obtenidos de los modelamientos en el Software y se concluirá si es posible representar este tipo de estructura bajo la teoría de los elementos finitos.Ítem Texto completo enlazado Propuesta de reforzamiento con geomalla en dos viviendas de albañilería confinada ubicadas en el distrito de Villa El Salvador, Lima(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-03-04) Ichpas Gomez, Diana; Pillaca Puclla, Luzvenia; Tarque Ruiz, Sabino NicolaVilla El Salvador, es uno de los distritos de la periferia sur de Lima Metropolitana, que aparte de ser el séptimo distrito más poblado del país, se encuentra en permanente exposición a un alto peligro sísmico debido a la alta sismicidad y al suelo blando, pues gran parte de la zona está conformada por depósitos de arena eólica suelta a medianamente densa. Al mismo tiempo, presenta una alta vulnerabilidad sísmica a causa de la informalidad de las viviendas; como resultado, la mayoría de los elementos no estructurales son inestables, la densidad de muros es inadecuada y los materiales son de mala calidad. Este año el Instituto Geofísico del Perú informó que, debido a las placas tectónicas, Nazca y Continental, presentes en la cota peruana, la zona de Lima presenta una acumulación de energía desde 1746 que solo se liberará con un sismo de magnitud de alrededor de M8.8. Por lo tanto, es urgente disminuir la vulnerabilidad presente en las viviendas, pues no se puede reducir el peligro por ser parte de la naturaleza. Para ello se propone un método de reforzamiento estructural con geomallas, pues tienen un bajo costo, la aplicación es relativamente fácil y sobre todo, aumenta la resistencia característica al corte y disipación de energía de los muros de albañilería. Así que, para demostrar su efectividad, en esta investigación se propone realizar el análisis sísmico del estado actual de dos viviendas informales del distrito y determinar su vulnerabilidad. Luego, se procederá a seleccionar los muros portantes a ser cambiados y/o reforzados, para posteriormente verificar mediante el análisis sísmico la adecuada resistencia, rigidez y ductilidad en la vivienda, con la finalidad de cumplir con los principios del diseño sismorresistente. Seguidamente, se volverá a calcular la vulnerabilidad sísmica, la cual debe disminuir, para así demostrar la efectividad de la geomalla. Asimismo, se determinará el presupuesto para saber el porcentaje que representa frente al costo de la construcción de una vivienda. Por último, se presentará los planos de las viviendas actuales y reforzadas.Ítem Texto completo enlazado Estudio y comparación del comportamiento mecánico de prismas de albañilería tubular reforzada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-19) Bazalar Palacios, José Manuel; Espinoza Valdivia, Carlos Andrés Angel; Quiun Wong, Daniel Roberto; Tarque Ruiz, Sabino NicolaLa albañilería confinada es un sistema constructivo muy aplicado en Perú, se aprecia en edificios construidos desde la década de 1940. A pesar de que existe una normativa consolidada (Norma técnica peruana E.070 Albañilería), muchas de las ya construidas no cumplen con estas disposiciones. La llamada autoconstrucción y el uso de materiales no idóneos en albañilería confinada solo conllevan a que la estructura se vuelva vulnerable ante un evento sísmico. Un ejemplo de este error en construcción, quizás el más evidente, es el uso de ladrillos pandereta en muros portantes de albañilería confinada. Esta problemática motiva a encontrar un método de reforzamiento enfocado a los muros inadecuadamente constituidos de una estructura ante solicitaciones sísmicas de manera económica. Se propone investigar la propuesta de reforzamiento de los muros portantes de ladrillo pandereta haciendo uso de mallas electrosoldadas y mortero reforzado con fibra de acero galvanizado y fibra de basalto. Para esto, se construirán 9 pilas y 12 muretes reforzados y no reforzados con los refuerzos mencionados, para estudiar si se logra un aumento en la resistencia a compresión axial y a corte. Los resultados indican que, para los refuerzos con mortero de fibras de acero y basalto, las propiedades mecánicas se ven influenciadas en la etapa elástica; además, en todos los especímenes se logra cambiar la forma de falla de una falla frágil y explosiva a una dúctil, lenta y progresiva. Esto es de suma importancia en un evento sísmico lo que daría chance a los ocupantes de viviendas construidas con este sistema de resguardar sus vidas.Ítem Texto completo enlazado Modelo elastoplástico para la estimación de la capacidad por corte de muros de ladrillo pandereta(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-14) Díaz Esquivel, Christian Manuel; Tarque Ruiz, Sabino NicolaDurante las últimas décadas, muchas personas han construido sus viviendas sin supervisión alguna de un ingeniero civil. Asimismo, se ha decidido emplear unidades que no son adecuadas para muros portantes y estas unidades son los ladrillos tubulares o ladrillos pandereta. La presente investigación se enfocó en analizar la información recogida y sistematizada sobre ensayos realizados en ladrillos pandereta en nuestro país. Se presentó la información relevante de todas las investigaciones como resistencia característica a corte puro, resistencia característica a compresión axial de unidades, resistencia característica a compresión axial y curvas de capacidad. Asimismo, se pudo establecer curvas de capacidad simplificadas identificando tres puntos notables: agrietamiento diagonal, resistencia máxima y resistencia última. Con esta información, se pudo realizar comparaciones para determinar el incremento de resistencia por el uso de malla electrosoldada. Se propuso, preliminarmente, un modelo elastoplástico para la estimación de la capacidad por corte de muros de ladrillo pandereta con y sin refuerzo sísmico exterior de malla electrosoldada. También, se correlacionaron valores obtenidos de unidades, pilas y muretes de ladrillo pandereta. La metodología de esta tesis comprendió la revisión amplia de referencias bibliográficas peruanas y normas internacionales (México y Colombia), la evaluación de resultados obtenidos en ensayos experimentales previos y la determinación de un modelo elastoplástico para la estimación de la capacidad por corte sobre la base de la revisión de la NTE E.070 Albañilería (2006) y la propuesta de la NTE E.070 Albañilería (2020). En las conclusiones, se corroboró que la malla electrosoldada cambia el tipo de falla de frágil a dúctil en pilas y muretes y que la resistencia a corte de un muro reforzado preliminarmente resultó ser la misma que la que señala la NTE E.070 Albañilería (2006). Sin embargo, no se puede garantizar que tenga el mismo daño que un muro de ladrillo sólido o hueco reforzado con malla electrosoldada.Ítem Texto completo enlazado Comparación en la modelación de plasticidad concentrada y distribuida para el análisis pushover en un pórtico de concreto armado(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-04-26) Romero Ángeles, Gonzalo Nicolás; Tarque Ruiz, Sabino NicolaDurante muchos años han existido numerosos estudios acerca del análisis lineal en estructuras de concreto armado. Sin embargo, dicho material no es homogéneo y posteriormente con el avance de las investigaciones, se conoció que el comportamiento ante fuerzas laterales producidas por cualquier evento en realidad es, desde un inicio, no lineal. Así, se introdujo el análisis no lineal, en el cual se modela la pérdida de resistencia y rigidez del concreto armado, con el fin de estudiar el comportamiento de estructuras. Los resultados del análisis no lineal son lo más confiables posibles dada la gran variabilidad de las fuerzas actuantes. Por ello, en este trabajo de investigación, se propone comparar la modelación de rótulas con plasticidad concentrada y distribuida generadas por el análisis de carga estática incremental o pushover con la ayuda del programa STKO. El modelo de plasticidad concentrada tiene un comportamiento definido por los diagramas momento-rotación mediante el momento-curvatura y la longitud de rótula plástica asignada en los extremos de los elementos en el pórtico. No obstante, las deformaciones del concreto asociadas a dicho diagrama tenían poca probabilidad de ocurrencia en la estructura por lo que se opta por calcular esas deformaciones a partir de su desempeño sísmico. El modelo distribuido se define mediante las fibras de concreto no confinado, confinado y acero cuyo comportamiento inelástico se extiende a lo largo de las secciones de todos los elementos. En el análisis por gravedad se considera un control de cargas; mientras que, en el pushover, un control de desplazamientos incrementales por pasos. De este modo, se obtienen curvas de capacidad, diagramas momento-rotación y esfuerzo-deformación incluyendo el efecto P-delta de un mecanismo asociado a estados límites últimos en ambos modelos del pórtico, así se pueden identificar los parámetros necesarios para evaluar un posible estado de daño. Se concluye que el modelo distribuido presenta mayor precisión en el comportamiento inelástico de los pórticos debido a su distribución de esfuerzos siendo útil en caso una falla no ocurra en los extremos u otros puntos establecidos por el modelo concentrado.Ítem Texto completo enlazado Propuesta de reforzamiento en viviendas de albañilería confinada en el distrito de Villa María del Triunfo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-02-18) Farje Pulache, Kenny Josue; Yabuta Barturén, Hideki Yasukishi; Tarque Ruiz, Sabino NicolaLa presente tesis tiene como objetivo mejorar el comportamiento sísmico de las viviendas de albañilería confinada informales mediante el refuerzo con mallas electrosoldadas. Para ello, se investiga numéricamente el incremento y mejora en resistencia y ductilidad de dos viviendas en las que se le incorpora el refuerzo mencionado. La investigación se centra en las viviendas ubicadas en el distrito de Villa María del Triunfo, específicamente en el asentamiento humano de El Paraíso, el cual es una zona de alto riesgo sísmico. Se seleccionan dos viviendas de características similares, sobre las cuales se analiza el comportamiento en el rango elástico bajo la norma peruana E.070; esto con la finalidad de determinar cuáles son los muros más esforzados, los mismos que posteriormente son reforzados con malla electrosoldada. En base a investigaciones precedentes de reforzamiento y en la normativa mexicana de albañilería, se identifica los tipos de malla a emplear y se corroboran los resultados esperados; determinándose que la malla electrosoldada mejora la resistencia al corte de las viviendas frente a solicitaciones sísmicas. Finalmente, se realiza una estimación del costo de reparación de los muros, el cual es comparado con la inversión necesaria para construir un muro de albañilería confinada. La investigación permite demostrar que el refuerzo con malla electrosoldada confiere a los muros de albañilería un incremento en su resistencia al corte frente a sismos; así pues, en muros de ladrillo King Kong, el incremento sobre la resistencia original del muro es del 10% con refuerzo a una cara hasta el 40% con refuerzo a dos caras, mientras que en muros de ladrillo pandereta es del 60% al 130% respectivamente.