Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Detección y localización de daño estructural en construcciones históricas de tierra
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-17) Lozano Chávez, Gonzalo André; Aguilar Vélez, Rafael
El monitoreo de salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) está adquiriendo una importancia cada vez mayor en el campo de la ingeniería estructural, ya que permite realizar una evaluación continua del desempeño estructural de una construcción. Esto es posible a través de la identificación de daño en tiempo real cuando se monitorean parámetros sensibles, como las propiedades dinámicas, ya que están íntimamente relacionadas con las propiedades físicas de la estructura. Este conocimiento permite una toma de decisiones más rápida y efectiva en cuanto a mantenimiento e intervención de construcciones existentes, ayudando a su preservación. Además, cobra vital importancia en el caso de la conservación de construcciones históricas al ser un método no destructivo y poco invasivo que brinda un conocimiento esencial para la evaluación de las mismas. Debido a que el Perú cuenta con un amplio número de construcciones de adobe, que representan su patrimonio cultural e histórico y tienen una gran importancia económica por el turismo que generan, necesitan técnicas modernas e innovadoras para su mantenimiento y conservación. La presente investigación desarrollará un conjunto de metodologías capaces de detectar y localizar daño en estructuras de tierra mediante el monitoreo dinámico de vibraciones ambientales. Esto se realizará mediante la instrumentación de las construcciones usando acelerómetros de alta sensibilidad que permitan extraer de manera continua las propiedades dinámicas a partir de vibraciones sin necesidad de fuentes controladas de excitación. Primero, las metodologías serán validadas utilizando el emblemático caso de estudio del puente Z24, donde se tienen resultados de la identificación de daño. Luego, se aplicarán en una estructura simple consistente en un péndulo invertido de acero, ensayado y dañado progresivamente para comprobar la efectividad y realizar los ajustes necesarios. A continuación, un muro de adobe será ensayado de la misma manera comprobando la aplicabilidad de las metodologías y los problemas que surgen al ser implementadas en una estructura tradicional de adobe. Finalmente, se estudiarán las iglesias de San Pedro Apóstol de Andahuaylillas y San Juan Bautista de Huaro de gran importancia cultural para el país, las cuales han sido instrumentadas con acelerómetros y presentan un sistema de monitoreo a largo plazo. Se estudiará el cambio de sus propiedades dinámicas, y la ocurrencia de un movimiento sísmico cerca de las iglesias durante el tiempo de monitoreo. La conservación de construcciones de adobe presenta actualmente un reto para la ingeniería estructural debido a la falta de códigos de construcción en la época en que se construyeron, el poco conocimiento de los procesos constructivos, la alta variabilidad de sus propiedades mecánicas, y el efecto de fenómenos naturales y ambientales. Es importante notar, además, que las variaciones ambientales de temperatura y humedad afectan considerablemente la respuesta dinámica en estructuras de adobe, constituyendo un importante problema la separación de variaciones causadas por estas y las causadas por daño. El desarrollo de metodologías que permitan superar estos problemas se traducirá en herramientas que contribuyan a la identificación oportuna de daño en construcciones históricas, permitiendo un mantenimiento temprano y ayudando a la conservación de las mismas.
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Assessment of the influence of environmental conditions in historical adobe buildings through long-term structural monitoring
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-02-11) Zonno, Giacomo; Aguilar Vélez, Rafael; Boroschek Krauskopf, Rubén Luis; Lourenço, Paulo José Brandão Barbosa
Historical earthen buildings are vulnerable to external solicitations, as earthquakes, tsunamis, environmental conditions and others, and, often, they are under unacceptable risks. For all these aspects, earthen buildings need an indispensable intervention but also an accurate diagnosis to respect the modern restoration principles. Nowadays, the research field related to the structural analysis of existing earthen buildings is very far from a complete and exhaustive knowledge. For studying these types of buildings, experimental investigations are mandatory. The thesis has the ambitious goal to fill the lack of knowledge about the dynamic behavior of historical earthen buildings. The work started with the study of effects of temperature and humidity on the “earth material”. For this reason, single adobe walls were built and analyzed by a continuous monitoring of the internal and external environmental parameters and dynamic properties to understand their behavior as simple adobe construction systems. The main challenges in this stage were the development of a suitable algorithm to automatically identify the dynamic parameters, the study of the internal distribution of temperature and humidity, and, the analysis of the environmental effects on the long-term monitoring of simple adobe systems. The results showed a good heat storing capacity of the walls and the existence of an internal thermal flow connected to a combined effect of air temperature, wind, solar radiation, and wall orientation. Furthermore, environmental seasonal and daily effects were first identified and subsequently isolated from the structural response, demonstrating a clear inverse relationship between temperature and dynamic properties. After this first stage, the application of the achieved knowledge was applied to a real case study to verify the obtained results in a larger scale. The Church of San Pedro de Andahuaylillas was chosen as case study. This church was built in the sixteenth century and represents a suitable example of historical earthen building. This architecture is one of the most amazing and beautiful example of religious art, solemn testimony of the Andean culture. To this church, a long-term monitoring system was applied for a better understanding of the earthen building behavior. The results indicated that he environmental variable affect the structural behavior at two levels: a seasonal long-term influence was detected as well as a daily short- term one. Seasonal effects caused variations of up to 8% in natural frequencies, and shorter-term influences were also verified causing variations of up 3.8%. Daily results showed a delayed effect of the environmental conditions in the structural response. Finally, multiple linear regression models were developed using the absolute humidity as independent variable to successfully predict the long-term frequency variation of the analyzed case study for structural health assessment purpose.

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