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 Metodología para la detección de vacíos en muros de concreto armado por medio del pulso ultrasónico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-05-19) Lipa Cusi, Leonel; Navarro Alvarado, Laura MarinaEn la industria de la construcción existen procesos constructivos deficientes que conducen a problemas en la calidad del concreto que pueden afectar la capacidad de una estructura. Un problema usual producto de estas prácticas suelen ser las cangrejeras o vacíos superficiales. Estas en ocasiones son de gran magnitud que pueden abarcar el núcleo del concreto y causar una disminución considerable de las propiedades de los elementos. Estos vacíos internos no se aprecian a simple vista por lo que una manera rudimentaria de localizarlos es por medio de extracciones de núcleos de concreto. Otra manera de detectarlos es usando ensayos no destructivos como por ejemplo, el uso de ondas pulso eco ultrasónicas. En esta investigación se desarrolla una metodología para ubicar vacíos internos con ondas pulso eco ultrasónicas en especímenes de concreto de espesores típicos de edificaciones. Para este propósito se elaboraron muros de concreto armado los cuales contienen en su interior esferas de poliestireno expandido de 50 mm de diámetros que representan los vacíos internos. Estas esferas fueron colocadas entre diferentes espaciamientos de barras de acero con el fin de ver si es posible detectarlas. También se desarrolla un programa en Matlab que filtra la imagen de ultrasonido con la señal del detector de metales, y así obtener una nueva imagen libre de interferencia de barras de acero. De esta investigación se concluye que cuando se realicen escaneos en concreto armado, es necesario el uso de un equipo de detector de metales ya que las barras de acero aparecen en la imagen de ultrasonido como manchas. Si las barras de acero son de mayor diámetro, las manchas tienen una mayor probabilidad de aparecer. Por otra parte, las esferas fueron detectadas con una probabilidad de 81.94 %, cuando estas se ubican entre aceros separados una distancia mayor a 100 mm.Ítem Texto completo enlazado Metodología para la detección de vacíos y medición de espesores en el concreto, por medio del pulso ultrasónico(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-12-14) Lipa Cusi, Leonel; Alamo Carazas, José Del; Pasquel Carbajal, Enrique NéstorLas construcciones han aumentado significativamente en el país, y de este modo, también los ensayos relacionados con los materiales usados para este fin. Los ensayos no destructivos buscan disminuir los ensayos destructivos en el concreto, ya que estos pueden analizar directamente la estructura sin alterarla. En el caso de una construcción, no se aprecia a simple vista si el concreto endurecido posee internamente vacíos o cangrejeras, por lo que para tener seguridad, se extraen núcleos de concreto de las zonas en controversia para así asegurar la uniformidad del concreto vaciado. El motivo de esta tesis es realizar una metodología para localizar vacíos dentro del concreto por medio de equipos de ultrasonido. Estos vacíos serán simulados por medio de esferas de poliestireno expandido y envases huecos de plástico o cartón. Los especímenes de concreto fabricados son: vigas de 15 x 15 x 52 cm con esferas de poliestireno expandido, y muros de 25 x 25 x 50 cm con poliestireno expandido y/o envases huecos en su interior. Para este fin, se utilizará un equipo ultrasónico de ondas P y un equipo pulso eco de ondas S. En el caso del ultrasonido de ondas P, se localizarán los materiales introducidos por medio de la variación de la velocidad de ultrasonido, sin embargo, con el equipo de pulso eco se utilizará la variación en el tiempo de viaje de las ondas del emisor al receptor. También, con el equipo pulso eco se medirá la profundidad perturbada por efecto de las ondas producidas, el sesgo en ubicación y profundidad de los materiales introducidos y el error en porcentaje al analizar espesores de los elementos de concreto fabricados.