Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Caracterización de las propiedades mecánicas y modelado numérico del comportamiento sísmico de sistemas de mampostería utilizando Bloques ensamblables de Tierra Comprimida (BTC) reforzados con geomallas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-06-14) Enciso Castro, Rossemary; Huamani Rojas, Smith Kevin; Aguilar Velez, RafaelLa tierra es considerada como uno de los materiales más antiguos usados en la construcción y continúa utilizándose en países desarrollados y en proceso de desarrollo. Diversas investigaciones se enfocan en proponer metodologías que permitan incrementar la resistencia de la tierra ante fenómenos sísmicos con la finalidad de brindar sistemas constructivos eficientes, económicos y sostenibles. Un ejemplo de ello es la mampostería de bloques de tierra comprimida (BTC) los cuales actualmente han ganado gran notoriedad en países europeos y de América Latina al presentar una resistencia mecánica óptima, alta durabilidad y buenas prestaciones acústicas y térmicas. Adicionalmente, se estudian métodos para la estabilización del suelo con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de las unidades de BTC, y para el reforzamiento sísmico del sistema de albañilería. En este trabajo se desarrolló una propuesta de lineamientos para la fabricación, diseño y construcción de viviendas usando BTCs ensamblables y estabilizados con cemento y cal, además de presentar una propuesta de reforzamiento sísmico para regiones de alta sismicidad. El trabajo inicia con una revisión bibliográfica sobre el uso de BTCs en la construcción para luego realizar el estudio de las propiedades físicas, químicas y mineralógicas del suelo original para su correcto mejoramiento utilizando material granular. Posteriormente se realizó la caracterización física y mecánica de las unidades y de los sistemas de albañilería de BTCs, respectivamente. Se realizaron ensayos de corte cíclico en el plano y análisis numéricos no lineales para evaluar la efectividad del reforzamiento sísmico planteado. De acuerdo a la evaluación de las dosificaciones óptimas y caracterización mecánica de unidades, la dosificación con un aporte del 7.5 % de cal y 2.5 % de cemento, respecto al peso de secos, resultó ser gran opción que sustituye a la dosificación con un aporte del 10 % de cemento, respecto al peso de secos, para la fabricación de unidades. Los bloques fabricados con la dosificación que incluyen cal y cemento presentaron una resistencia a compresión que superó el valor mínimo de 1.5MPa de acuerdo a la norma española UNE-41410 (2008), y de 1.0 MPa según la norma peruana de adobe Norma E.080 (2006). Asimismo, los ensayos realizados a los sistemas estructurales de pilas de BTC con bloques estabilizados con cal y cemento permitieron evaluar el comportamiento de los sistemas de encastre ante esfuerzos de compresión y de corte dando resultados eficaces presentando un coeficiente de determinación igual a R2 = 0.98. Asimismo, durante el ensayo de compresión no se observó pérdida de material en las caras libres de los prismas ante los esfuerzos generados, y las unidades recuperadas aún presentaban el sistema de encastre. Los resultados obtenidos del ensayo de corte cíclico ejecutados en muros de BTC con y sin refuerzo de geomallas mostraron que el patrón de grietas generado se dispersó a lo largo de las caras de los muros en las derivas más bajas, afectando sólo a bloques individuales. En los muros reforzados se concretaron daños en las esquinas de los muros creando macrobloques, mientras que en los muros sin refuerzo el patrón de fisuras muestra una concentración de daños en las esquinas y en la parte central del muro dando origen a una típica falla por corte, la cual era la esperada y no se generaron indicios de fallas por volteo. Como parte de los trabajos a futuro, se pretende elaborar un manual didáctico con pautas específicas para construir viviendas óptimas y seguras en zonas de gran sismicidad. Teniendo en cuenta que en el Perú la construcción con tierra es una técnica que aún se practica de manera artesanal, este trabajo sentará las bases para la implementación de un nuevo sistema de construcción que ofrezca viviendas seguras y ecoamigables que mejoren la calidad de vida de los usuarios.Ítem Texto completo enlazado Geopolímeros en la industria de la construcción: aplicaciones con ceniza volante y puzolana natural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-06) Salirrosas Tanta, Jorge Anderson; Kim De Aguilar, SuyeonEl incremento en la demanda de materiales de construcción y su producción desmesurada ocasiona un aumento en la generación de contaminantes. Por tal motivo, para reducir estas emisiones se realizan estudios e investigaciones de materiales alternativos que ocasionen menos contaminación. La presente tesis aborda el tema de desarrollo de los geopolímeros como una alternativa al cemento ordinario Portland. Para cumplir con el tema, se inició con una revisión de los conceptos generales de los geopolímeros: A qué se le denomina geopolímero y cuál es su proceso de producción, el material precursor y el agente activador en la producción y cómo están compuestos, y una descripción de los precursores empleados en la investigación. Luego de la revisión bibliográfica, la investigación se separa en dos partes definidas por el material precursor utilizado en la producción del geopolímero: Ceniza volante y puzolana natural. La primera parte consistió en la caracterización del geopolímero a base de ceniza volante para entender la producción de los geopolímeros. La caracterización consistió en obtener la dosificación con la cual se obtiene la mayor resistencia a compresión posible. La dosificación resultante fue MS=1.00, Na2O=8%, w/b=0.26 y curado a 80°C durante 7 días, con lo que se obtiene una resistencia a compresión igual a 34.01 MPa. La segunda parte consistió en el desarrollo de un bloque de construcción utilizando un mortero de geopolímero ligero en base a puzolana natural y fibra natural. El bloque obtenido alcanzó una resistencia de 5.3 y 5.7 MPa a 7 y 28 días, respectivamente. Adicionalmente, se realizó ensayos de durabilidad bajo condiciones agresivas, estos ensayos mostraron un buen comportamiento de los bloques frente a la acción del fuego, altas temperaturas y agua. El estudio realizado demuestra la factibilidad de emplear los geopolímeros en la construcción.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de bloques de construcción ligeros mediante el uso de geopolímeros a base de puzolana natural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-09-09) Castañeda Granda, David Israel; Aguilar Vélez, RafaelLos bloques de construcción ligeros son producidos mayormente con concreto ligero a base de cemento Portland (OPC), el cual es un material de construcción con baja densidad, baja conductividad térmica, alto aislamiento acústico y resistencia al fuego. A pesar de que los bloques de construcción ligeros son ampliamente aceptados en el sector de la construcción, algunas investigaciones recientes proponen reducir el uso de OPC debido a su alto impacto ambiental y al consumo de una gran cantidad de recursos naturales en su proceso de producción. Esta investigación presenta el desarrollo de un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana y fibras naturales como alternativa de bajo impacto ambiental a los bloques de construcción tradicionales. Con esta finalidad, se presenta una revisión de literatura sobre los avances en el campo de geopolímeros y geopolímeros ligeros, el uso de fibras naturales en los geopolímeros y el uso de geopolímeros en bloques de construcción. La revisión de literatura permitió determinar los parámetros importantes para la formulación de geopolímeros como el tamaño y forma de las partículas de la materia prima, así como la relación molar de SiO2/Al2O3; la relación molar SiO2/Na2O, el contenido de Na2O y la relación agua-sólido de la solución alcalina activadora y las condiciones de curado. También se definió el contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino como los parámetros de control para la fabricación de los geopolímeros ligeros. Por otro lado, se encontró que las fibras naturales mejoran las características mecánicas de las matrices de los geopolímeros. Finalmente, se registraron algunas investigaciones sobre el uso de geopolímeros como material para la fabricación de bloques de construcción. El plan experimental consistió en la caracterización química y física de la puzolana molida, la optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica, del contenido de agente espumante (H2O2) y de agregado fino para la producción de morteros de geopolímero ligero y del proceso de producción del bloque de construcción; así como la caracterización física y mecánica de las unidades fabricadas. La caracterización química mediante ensayos de fluorescencia de rayos X (XRF) y difracción de rayos X (XRD) permitieron confirmar que la puzolana es un mineral con iv alto contenido de SiO2 (53.55%) y Al2O3 (10.81%) y con una composición mineralógica con alto contenido de fase amorfa (65-75%), respectivamente. La caracterización física mediante análisis granulométrico determinó que el tamaño medio de partícula es de 11.19 μm. Los ensayos de caracterización demostraron que la puzolana es una buena materia prima para la fabricación de geopolímeros debido a su buena composición química, su alto contenido de fase amorfa y su bajo tamaño de partículas. La optimización de las condiciones de producción de la matriz geopolimérica se realizó mediante el estudio de cinco parámetros influyentes en las propiedades mecánicas del geopolímero (relación molar SiO2/Na2O, contenido de Na2O, la relación agua/sólido, la temperatura de curado y el tiempo de curado en horno). Esta optimización permitió obtener una matriz geopolimérica con una resistencia a compresión de 26 MPa. Para el desarrollo del mortero ligero se estudiaron distintos componentes de H2O2 (0.5%, 1%, 2% y 3%) y distintas relaciones en peso de puzolana : agregado fino (1:0, 3:1, 2:1 y 1:1) obteniéndose una mezcla con una resistencia a compresión de 5.9 MPa y una densidad de 1.13 g/cm3 . Finalmente, para la optimización del proceso de producción del bloque de construcción ligero se realizó el diseño de geometría de la unidad y la evaluación de diferentes procesos de desmolde y curado que permitieron que la unidad alcance la resistencia mecánica y densidad encontrada previamente. En esta última fase se detectaron problemas de fisuración en las paredes de la unidad de albañilería, los cuales se resolvieron mediante la adición de fibras de yute. El bloque de construcción alcanzó una resistencia a compresión de 5.3 MPa a los 7 días de fabricación con una densidad de 1.27 g/cm3 . Los resultados de esta investigación indican que es posible desarrollar un bloque de construcción ligero utilizando un mortero de geopolímero a base de puzolana. Debido a las características de este bloque de construcción, es posible utilizarlo en la construcción de muros de albañilería portantes y no portantes.Ítem Texto completo enlazado 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, RafaelEl 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.