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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.
Aplicación de termografía infrarroja para el diagnóstico estructural de edificaciones históricas de adobe y quincha
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-07-23) Siva Mondragón, Guido Leonardo; Aguilar Vélez, Rafael
Las propuestas de intervención y restauración que garanticen la conservación de una edificación histórica deben estar orientadas a solucionar los problemas detectados en un diagnóstico estructural previo. El uso de métodos no destructivos durante la ejecución del diagnóstico estructural es recomendable debido a su carácter no invasivo. Dentro de este tipo de métodos se encuentra la termografía infrarroja que tiene la ventaja de proporcionar información en tiempo real y no requerir un contacto directo con la superficie estudiada. El objetivo de la presente tesis es explorar una herramienta de diagnóstico estructural no destructiva mediante el uso de termografía infrarroja pasiva y activa desde un enfoque cualitativo. Para alcanzar este fin se realizó una revisión bibliográfica de la aplicación de termografía infrarroja en ingeniería civil. Además, se realizaron ensayos de termografía infrarroja pasiva y activa en dos casos de estudio en laboratorio para evaluar las ventajas que proporcionan ambos métodos en la visualización de inserciones y anomalías estructurales. Luego, se formularon protocolos de ensayos de termografía infrarroja pasiva y activa, recolección de datos y post-procesamiento de datos (integración de la termografía infrarroja con fotogrametría). Por último, los protocolos propuestos fueron validados mediante su uso en el diagnóstico estructural de una casona de adobe y quincha del siglo XX ubicada en Lima y la fachada de un módulo de adobe. Los resultados obtenidos muestran que la termografía infrarroja se presenta como una útil herramienta de diagnóstico estructural para estudiar anomalías superficiales y sub-superficiales, visualizar sistemas estructurales como la quincha y detectar cambios de material. Por otro lado, la integración de termografía infrarroja con fotogrametría demostró ser capaz de proveer información espacial de las anomalías detectadas en los termogramas y posibilita diferenciarlas de irregularidades geométricas. Finalmente, los protocolos propuestos demostraron ser herramientas que facilitan la ejecución de ensayos de termografía infrarroja y que podrían ser empleados por profesionales involucrados en el ámbito del estudio y conservación de patrimonio cultural.
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.
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.
Caracterización mecánica del concreto usando ensayos no destructivos de resonancia por impacto y vibración ambiental
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-09-24) Gonzales Paliza, Edson Mauricio; Aguilar Vélez, Rafael
Este trabajo explora el manejo de métodos no destructivos para la caracterización mecánica y evaluación de la calidad de concretos de mediana resistencia. Los métodos no destructivos tomados en cuenta para esta investigación fueron el ensayo de resonancia por impacto y el ensayo de vibración basado en respuestas ambientales. Los ensayos de resonancia por impacto fueron comparados con el ensayo de resistencia a la compresión en dos campañas experimentales. La primera campaña se llevó a cabo en 20 especímenes de concreto fabricados y curados en laboratorio, con el propósito de realizar un monitoreo continuo del desarrollo del módulo de elasticidad dinámico del concreto en el tiempo. En la segunda campaña, se evaluaron 265 especímenes provenientes de diferentes proyectos de la ciudad de Lima, con finalidad de obtener una correlación entre el módulo de elasticidad dinámico y la resistencia a la compresión. Las correlaciones preliminares fueron validadas en 181 especímenes adicionales. Por otra parte, los ensayos de vibración ambiental se aplicaron para monitorear de forma continua el desarrollo del módulo de elasticidad estático del concreto desde el momento del vaciado. Estos resultados se compararon con los obtenidos en laboratorio a través del método tradicional de lectura del módulo de elasticidad de cuerda. Además se analizó la relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el módulo de elasticidad estático del concreto. La aplicación de ensayos no destructivos son de gran interés en el campo de la mecánica de materiales. En el caso del concreto permiten determinar algunas propiedades mecánicas, desde edades muy tempranas, de forma rápida y sin la necesidad de realizar largas y costosas campañas de laboratorio.
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.
Construcción de tomografías usando metodologías sónicas como herramientas para el diagnóstico estructural de monumentos históricos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-22) Saucedo Abanto, Cristhian Germán; Aguilar Vélez, Rafael
La conservación de un monumento histórico comprende todas aquellas actividades que prolongan la duración de su herencia cultural y que permiten su utilización en la actualidad y en el futuro. Las intervenciones requeridas para su conservación apelan al conocimiento de la geometría, del estado de conservación de las construcciones y de los materiales que las integran. Es por ello que una de las etapas que se llevan a cabo para la conservación de un monumento histórico es el diagnóstico de su estado actual. Existen varios métodos y técnicas de los cuales aquellos que no alteran la integridad del monumento son los más adecuados. En función de estas consideraciones, la presente tesis tiene como objetivo contribuir con la conservación de monumentos históricos mediante la aplicación de ensayos sónicos y ultrasónicos como herramientas de diagnóstico estructural. Para este fin se realizó una revisión de la literatura de estas metodologías. Se aplicaron ensayos sónicos y ultrasónicos a diversos materiales que están presentes en las construcciones patrimoniales. Se construyeron dos muros de prueba y se obtuvieron imágenes en 2D llamadas tomografías las cuales representaron satisfactoriamente el estado interno de los muros. Se determinaron las propiedades mecánicas como módulo de elasticidad y módulo de poisson del adobe de Huaca de la Luna mediante ensayos de ultrasonido. Estos ensayos sirvieron también para crear tomografías de las unidades de adobe y evaluar cualitativamente su variabilidad. Finalmente ensayos sónicos y un análisis de Impacto eco se realizaron en sub-elementos estructurales de este monumento. En la Iglesia de Andahuaylillas se realizaron ensayos sónicos con el fin obtener tomografías y determinar el estado interno de algunos de sus sub-elementos estructurales. Los resultados obtenidos muestran que con estos ensayos se pueden determinar las propiedades dinámicas de los materiales como en el caso de Huaca de la Luna y se puede evaluar el estado interno de subelementos estructurales mediante la creación de imágenes en 2D como se realizó en Huaca de la Luna y en la Iglesia de Andahuaylillas.
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, Rafael
Los 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.
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.
Diagnóstico estructural y análisis sísmico de la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-05) Briceño Meléndez, Carolina Paola; Aguilar Vélez, Rafael
Las construcciones históricas representan parte de la identidad de los pueblos y son fuente importante de ingresos por el turismo, por lo que son de gran relevancia para el desarrollo de un país. En el Perú, existe un gran número de edificios patrimoniales de adobe siendo la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, una de las construcciones más representativas de los Andes peruanos. Este templo, el cual está ubicado en la Plaza de Armas del pueblo de Andahuaylillas en Cusco, está conformado principalmente por una la nave alargada, el presbiterio, la torre de campanario y varias capillas laterales. Su conservación y preservación son labores complicadas por la fragilidad del material que la compone y la debilidad de sus conexiones estructurales, siendo necesaria la ejecución de diagnósticos estructurales y evaluaciones sísmicas. En esta tesis se presenta la aplicación de termografía infrarroja pasiva como procedimiento de diagnóstico para la detección general de daño estructural y el estudio de la influencia de ciertos elementos estructurales en la capacidad sísmica del arco triunfal de la iglesia. La termografía infrarroja pasiva es un ensayo no destructivo que permite medir y visualizar temperaturas en una superficie mediante la captación de la radiación infrarroja sin aplicar alguna estimulación externa. Esta técnica es recomendable para el diagnóstico de monumentos ya que no generar daño ni contacto directo con la superficie de estudio, encajando dentro de las filosofías modernas de conservación. En la presente evaluación, la aplicación de la termografía infrarroja pasiva permitió la identificación de elementos estructurales embebidos, cambio de material y grietas ocultas por intervenciones anteriores. La evaluación sísmica de una estructura puede ser realizada aplicando diferentes tipos de análisis. En esta tesis se evalúa el comportamiento sísmico del arco triunfal de la iglesia de Andahuaylillas considerando la aplicación del análisis estático no lineal. La evaluación se ejecutó con la finalidad de determinar la influencia de los muros adyacentes de las capillas laterales y ventanas en la capacidad lateral y patrón de agrietamiento del arco triunfal, para lo cual construyeron modelos de elementos finitos bidimensionales. Los resultados indicaron que la inclusión de muros laterales al arco triunfal incrementa su capacidad lateral en 44% , mientras que la omisión de ventanas en estos muros contribuye positivamente a la capacidad del arco en 13% respecto al modelo computacional que no las considera.
Ensayo de flat jack como herramienta para la determinación del comportamiento mecánico de construcciones de adobe
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-06-14) Tacas Guillen, Kiyoshi; Aguilar Vélez, Rafael
Las construcciones históricas representan el legado de una nación debido a su gran importancia histórica y son generadoras de ingresos económicos por la actividad turística que atraen. En el Perú existe una gran cantidad de construcciones patrimoniales de mampostería de adobe. La fragilidad de este material y el elevado peligro sísmico en nuestro país hacen que la conservación y preservación es estas estructuras sean de gran importancia. Para ello es necesario conocer las propiedades mecánicas del material que compone su sistema estructural. La dificultad para obtener dichas propiedades radica en que las construcciones históricas no permiten que se ejecute intervenciones que dañen el patrimonio mediante ensayos destructivos. Por ello, los ensayos no destructivos y semi destructivos se adecúan a este tipo de estructuras. El ensayo de flat jack es un procedimiento semi destructivo que consiste en simular el ensayo de compresión simple en una sección de mampostería de la estructura. Es necesario retirar una porción de junta de mortero para insertar los flat jacks, que son planchas de acero soldadas, y poder suministrar presión mediante una bomba hidráulica. Las deformaciones en la sección a ensayarse son monitoreadas durante el ensayo. Con este ensayo es posible conocer el estado de tensiones de un área local de la estructura, el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson de la mampostería de la estructura. El principal objetivo de esta tesis de investigación es conocer el comportamiento mecánico de construcciones de adobe. Para ello, se realiza una campaña experimental del ensayo de flat jack sobre dos muros de mampostería de adobe y ladrillo artesanal. Adicionalmente se obtuvieron las propiedades mecánicas de prismas de adobe y ladrillo artesanal mediante el ensayo a compresión simple con el objetivo de comparar resultados con los obtenidos por el ensayo de flat jack. Finalmente, se determinó el comportamiento mecánico del caso de estudio de la iglesia Virgen de la Asunción de Sacsamarca mediante el ensayo de flat jack. Los resultados obtenidos muestran que el ensayo de flat jack es adecuado para determinar las propiedades mecánicas de estructuras de adobe existentes. El daño generado por el ensayo en las junta de mortero fue temporal y fácilmente reparable rellenando las hendiduras con material de características similares al original.
Estudio de las propiedades mecánicas y físicas del adobe con biopolímeros de fuentes locales
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-05-23) Ramírez Caparó, José Eduardo; Aguilar Vélez, Rafael
Las construcciones de tierra están constituidas principalmente de tierra cruda como los bloques de adobe y los muros tapiales, también pueden ser sistemas mixtos como la quincha o la albañilería de piedra con mortero de barro. La tierra en general, es un material ampliamente usado por un porcentaje importante de la población mundial para la construcción de viviendas, que generalmente son de bajo costo y sostenibles. Sin embargo, las construcciones de tierra presentan limitada capacidad de resistencia mecánica, que las hace altamente vulnerables a la acción de los sismos. Además ante condiciones ambientales adversas como precipitaciones o alta humedad relativa, el deterioro de este material se ve acelerado. Finalmente, diversas bacterias, insectos y hongos capaces de transmitir algunas enfermedades se albergan en las viviendas construidas con tierra debido a la rápida absorción de agua y agrietamiento superficial, de este material. Por los motivos anteriores, esta tesis tiene como objetivo el estudio de la mejora de las propiedades de resistencia al agua y comportamiento mecánico de las construcciones de tierra. Para este propósito, se utilizaron biopolímeros naturales obtenidos de fuentes locales para la modificación de las propiedades del suelo. La resistencia al agua fue evaluada mediante ensayos de permeabilidad y erosión en especímenes de tierra que recibieron un tratamiento con soluciones poliméricas. Diferentes técnicas se emplearon para la aplicación de las soluciones de manera que sea posible determinar cuál es la más adecuada para la protección ante los efectos del agua. Por otro lado, se realizaron ensayos de caracterización mecánica para determinar la influencia de los biopolímeros en la resistencia a compresión, tensión y flexión. Para la evaluación de estas propiedades se agregaron las soluciones de biopolímeros en la mezcla de barro durante la fabricaron de los especímenes de tierra que luego fueron ensayados. Los resultados obtenidos muestran que la aplicación de estos polímeros contribuye a la mejora de las construcciones de tierra. Se consiguió modificar de forma positiva el comportamiento de la tierra ante la influencia del agua así como sus características mecánicas. En el primer caso, se logró un efecto impermeabilizante y se incrementó considerablemente la resistencia a la erosión generada por el agua. Con respecto a las propiedades mecánicas, se logró una mejora notable de la resistencia a compresión, tensión y flexión, logrando incluso a duplicar la resistencia inicial en algunos casos.
Evaluación de la influencia de los factores ambientales en las propiedades dinámicas de sistemas estructurales de tierra
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-24) Delgadillo Ayala, Rick Milton; Aguilar Vélez, Rafael
El comportamiento dinámico de las estructuras patrimoniales y modernas se ven afectadas por las condiciones medio ambientales ya que pueden enmascarar los cambios de las propiedades de vibración causados por el daño estructural. Las propiedades dinámicas son a menudo sensibles a los cambios de los factores ambientales que a su vez son variables generalmente no uniformes y dependientes del tiempo. La fácil toma de datos ambientales de las estructuras nos permite obtener modelos útiles para entender la relación entre las propiedades dinámicas y los efectos ambientales. La presente investigación tiene como objetivo presentar los resultados de cuantificar los efectos de las condiciones ambientales sobre las propiedades dinámicas de construcciones de tierra mediante pruebas de laboratorio. Como primer paso se construyeron especímenes cilíndricos de tierra para evaluar el proceso de secado en un ambiente controlado mediante el monitoreo continuo de la temperatura y humedad. El segundo paso fue construir un espécimen de acero para validar la metodología de automatización del monitoreo dinámico y ambiental. Como último paso se construyeron en el laboratorio de la PUCP tres muros de adobe que repliquen las características del material y las dimensiones de los muros del Complejo Arqueológico Huaca de La Luna (Trujillo-Perú). Por último se desarrolló un programa de monitoreo continuo a largo plazo que registra el comportamiento dinámico y ambiental y se realizó la correlación para lo cual se construyeron y compararon modelos estadísticos ARX y MLRM. El trabajo presenta los resultados de las mediciones y muestra que es posible distinguir los cambios de propiedades dinámicas debido a los efectos ambientales en sistemas estructurales de tierra. De la misma manera se comprobó experimentalmente la existencia de dos etapas en el monitoreo continuo de los muros: primero una etapa de secado y segundo una etapa de operación. Finalmente se obtuvo el tiempo de retraso de la temperatura interna y externa y cómo influye en el espesor de los muros ya que el material tierra tiene la propiedad de almacenar calor.
Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de iglesias andinas coloniales típicas a partir de análisis límite cinemático y el método N2
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-09-21) Noel Tapia, María Fernanda; Aguilar Vélez, Rafael
El Perú cuenta con un vasto legado de construcciones patrimoniales de adobe, siendo una de las tipologías más representativas las iglesias andinas coloniales. Estas construcciones religiosas forman parte de la historia y cultura del país, y representan una fuente económica significativa para las comunidades gracias al turismo. A pesar de la importancia de estos templos, muchos de ellos se encuentran en estado de abandono o no están siendo conservados con las técnicas adecuadas. La falta de mantenimiento sumada al alto peligro sísmico de la zona y las bajas propiedades mecánicas del material de construcción, ponen en riesgo significativo a este importante patrimonio arquitectónico peruano. Debido a ello son necesarios métodos modernos de evaluación y conservación que sean aplicables a este tipo de estructuras. Bajo este contexto, el presente estudio busca evaluar la aplicación del método N2 y el análisis límite cinemático en la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de iglesias andinas coloniales. Para este fin, se han tomado como casos de estudio el templo de San Juan Bautista de Huaro y la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, ambas edificaciones ubicadas en Cusco, Perú. La evaluación se realizó considerando cuatro escenarios sísmicos, con períodos de retorno de 43, 72, 475 y 970 años, que corresponden a terremotos frecuentes, ocasionales, raros y muy raros, respectivamente. Los resultados obtenidos en la presente investigación, evidencian que el uso combinado de análisis límite cinemático y el método N2 permiten evaluar eficientemente la seguridad sísmica de este tipo de estructuras en términos de capacidad y ductilidad. En el caso de la iglesia de Huaro se demostró que los primeros mecanismos de colapso en activarse en la estructura serían el volteo de la fachada principal y el colapso parcial del tímpano. Para la iglesia de Andahuaylillas los resultados evidenciaron que los mecanismos más inseguros son el volteo fuera del plano de la fachada posterior y el colapso del muro lateral. Asimismo, se identificó que la iglesia que requiere una intervención estructural más urgente es el templo San Pedro Apóstol de Andahuaylillas ya que es vulnerable antes sismos ocasionales de 72 años de periodo de retorno, mientras que la iglesia de Huaro es insegura a partir de sismos raros de 475 años.
Evaluación del riesgo sísmico de edificaciones educativas peruanas
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-05-09) Astorga Mendizábal, María Ángela; Aguilar Vélez, Rafael
En este trabajo se desarrollaron herramientas para estimar el desempeño sismorresistente y para cuantificar pérdidas en edificios educativos peruanos. Se identificaron cinco tipos estructurales como los más representativos. Un tipo corresponde a los edificios de adobe, tres tipos a los edificios de concreto y albañilería construidos antes de 1997 y un tipo a los edificios de concreto y albañilería muy robustos que se empezaron a construir después de 1997 y que representan el 2% del total de edificaciones. Para estimar pérdidas se construyeron funciones de distribución de daño para diferentes escenarios de sismicidad en base a las cuales se obtuvieron curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. En el país no existe información estadística sobre los daños de edificios escolares afectados por terremotos, ni tampoco sobre sus características estructurales. Por este motivo, se recurrió a la opinión de expertos en ingeniería estructural para estimar el comportamiento esperado. Para la presentación del tema y la recolección de información se empleó el método Delphi. Los resultados indican que los edificios de adobe quedarían irreparables (daño mayor a 60%) para eventos con intensidades de VII MM o más. Para los edificios de concretoalbañilería construidos antes de 1997 y para los de reciente construcción se encontró que el daño irreparable se alcanzaría desde intensidades de IX MM y X MM respectivamente. Se estudió el desempeño de los edificios ubicados en las zonas de mayor sismicidad en sismos frecuentes (50 años de periodo de retorno y 0.2g de aceleración pico del suelo) y en eventos mayores (500 años de periodo de retorno y 0.4g de aceleración pico). Los resultados indican que en sismos frecuentes los edificios de concreto-albañilería construidos después de 1997, tendrían daños menores al 5% y en sismos severos alcanzarían 40% de daño. Para los edificios de concreto-albañilería anteriores a 1997 y para los edificios de adobe los daños serían importantes en sismos frecuentes (20% y 45% respectivamente) y en sismos severos ambos tipos de edificios quedarían irreparables (65% y 95% de daño). Para completar el desarrollo de un plan nacional de protección de la infraestructura educativa es necesario que el estado compile y organice la información necesaria para lograr una representación cuantitativa de la distribución geográfica y de las condiciones locales de la infraestructura educativa. En paralelo al desarrollo de este plan es necesario organizar programas de reducción de vulnerabilidad de bajo costo para las edificaciones en mayor riesgo.
Evaluación estructural de construcciones históricas en la costa peruana utilizando tecnologías modernas: el caso del hotel "El Comercio" en Lima
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-10-14) Chácara Espinoza, César Javier; Aguilar Vélez, Rafael
La conservación de construcciones históricas es de gran importancia no solo por aspectos culturales sino también económicos. Este tipo de construcciones forman parte del patrimonio cultural del mundo y a la vez son una fuente de ingreso debido a la actividad turística que generan. Las culturas que se desarrollaron siglos atrás en el Perú dejaron como legado una gran cantidad de construcciones históricas. La falta de mantenimiento y monitoreo permanente en este tipo de construcciones, acompañada con la ocurrencia de movimientos sísmicos y otros fenómenos naturales como lluvias e inundaciones, ponen en riesgo su estabilidad y podrían ocasionar su desaparición. En esta tesis se presenta una herramienta para la evaluación estructural de construcciones existentes que son los ensayos experimentales de identificación modal. Estos ensayos tienen como finalidad la de estimar el comportamiento real de las estructuras mediante la identificación de sus propiedades dinámicas (frecuencias, amortiguamiento y modos de vibración). Estos ensayos son de gran utilidad para el estudio de construcciones históricas porque se alinean con las filosofías modernas de conservación ya que son experimentos no destructivos en los cuales se usa solo el ruido ambiental como fuente de excitación de la estructura. En la costa del Perú, la construcción en la época del virreinato (siglo XVI – XIX) consistió básicamente de muros de adobe y quincha. Inicialmente, con la llegada de los españoles (siglo XVI), se decidió reconstruir la ciudad empleando principalmente adobe como material de construcción. Sin embargo, después del terremoto de 1746, la tendencia del uso de adobe cambió debido a los efectos devastadores y pérdida de vidas que se produjeron en este tipo de construcciones. A partir del siglo XVIII, se empezó a utilizar un sistema de construcción mixto en base a madera, caña y barro el cual se conoce como quincha. A partir del mismo siglo, se decidió limitar el uso de adobe solo para el primer nivel y se utilizó quincha para los niveles superiores de las construcciones. El caso de estudio de esta tesis es el hotel “El Comercio”, una construcción de tres pisos del siglo XIX de adobe y quincha la cual está ubicada frente al Palacio de Gobierno y a una cuadra de la Plaza de Armas de Lima. Los ensayos de identificación modal permitieron estimar experimentalmente nueve modos de vibración, con sus respectivas frecuencias y amortiguamientos. A partir de los resultados experimentales se pudo apreciar que una de las fachadas del edificio tiene un comportamiento diferente al resto de la estructura lo cual es un indicador de daño. Para complementar la evaluación estructural del hotel, se construyó un modelo numérico en elementos finitos en el cual se modelaron los muros y el sistema de entrepiso de la estructura. A partir de los resultados experimentales y el modelo numérico, se realizó un proceso de calibración preliminar para completar la evaluación estructural. Los resultados muestran la dificultad de realizar modelos numéricos precisos en construcciones que presentan daño extenso con condiciones de frontera y características mecánicas de los materiales inciertas. Se muestra que también la utilidad de los estudios experimentales ya que con ellos se consiguió caracterizar apropiadamente la respuesta real de la edificación.
Evaluación estructural de construcciones masivas de tierra utilizando modelos numéricos avanzados: el caso de La Huaca de La Luna
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-11-11) Lozano Chávez, Gonzalo André; Aguilar Vélez, Rafael
En el Perú, una cantidad significativa de construcciones de gran valor histórico poseen una estructura de tierra. Estas construcciones son parte de nuestro patrimonio cultural y son una fuente importante de ingresos para el país debido a su valor turístico. Por estas razones es importante su preservación y asegurar un adecuado nivel de seguridad frente a eventuales movimientos sísmicosmediante una correcta evaluación de su comportamiento estructural. La presente investigación busca realizar un análisis preliminar del comportamiento estructural de una de las estructuras patrimoniales más importantes de la costa norte del Perú: la Huaca de la Luna. El estudio contempla la implementación de modelos numéricos en elementos finitos, tanto de la pirámide principal como del suelo sobre el cual se encuentra cimentada, la selección de materiales y leyes constitutivas apropiadas y la ejecución de un análisis no lineal bajo cargas de gravedad y de un análisis lineal tiempo-historia para determinar el efecto de amplificación de una señal sísmica al propagarse por los estratos de suelo. Se desarrollará un análisis paramétrico para evaluar la influencia de los cambios en la geometría causados por los daños que ha sufrido la construcción, así como de las condiciones geotécnicas de la Huaca al considerar la interacción del suelo y la estructura. La contribución de este trabajo será determinar las zonas vulnerables debido a los esfuerzos ocasionados por cargas de gravedad, y a la realización de un diagnóstico preliminar del estado de daño, así como entender el fenómeno de amplificación de ondas sísmicas en estructuras masivas de tierra. Esto se traducirá en estrategias optimizadas de intervención en el futuro. La evaluación estructural de una construcción histórica como la estudiada es un problema complejo debido al poco conocimiento de los procesos constructivos de la época, así como por la variabilidad de las propiedades mecánicas de los materiales y el deterioro sufrido con el paso de los años. Por esta razón, se tomarán como base estudios experimentales previos hechos en la Huaca, entre los que se encuentran la caracterización mecánica de los materiales, estudios geotécnicos y geofísicos, y ensayos de identificación modal. Los resultados de estos estudios serán complementados con modelos numéricos en elementos finitos. Se espera que estos modelos ayuden a identificar las zonas vulnerables en el caso de estudio, así como a comprender el estado actual de daño, y a predecir la amplificación de la aceleración experimentada en el suelo firme a través de la propagación de ondas en el sistema suelo-estructura. Posteriormente, se podrá cuantificar el efecto que produce considerar los cambios en la geometría debido al daño y la interacción suelo- estructura al evaluar su vulnerabilidad sísmica.
Evaluación estructural del Hall de San Jerónimo de la iglesia de la Natividad de Belén
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-05-08) Gonzales Paliza, Edson Mauricio; Aguilar Vélez, Rafael
El hall de San Jerónimo (HSJ) se ubica dentro del monasterio armenio que pertenece a la Iglesia de la Natividad en Belén, Palestina. Este complejo, compuesto principalmente por albañilería de piedra fue construido alrededor del siglo IV sobre la gruta de la natividad, lugar donde se cree que nació Jesús. Recientemente, un proyecto arqueológico dejó sin confinamiento la cimentación de algunos elementos estructurales en el interior del HSJ. En esta investigación, se evaluó la condición estructural actual del HSJ (con las excavaciones parciales) y el posible efecto de excavaciones adicionales. La evaluación estructural inició con visita a campo, en donde se realizó una inspección visual de daños y se utilizaron las técnicas de fotogrametría y escáner laser para la adquisición detallada de la geometría. Además, se aplicaron técnicas no destructivas para la caracterización mecánica de los materiales (ensayos sónicos) y del sistema estructural del hall (ensayos de vibración ambiental). Con todos los datos recolectados sobre la información estructural del HSJ, se implementó y calibró un Modelo de Elementos Finitos (MEF) en tres dimensiones. Este modelo sirvió para estimar el nivel actual de carga existente (análisis de cargas de servicio) en la base de columnas y muros. El MEF también se utilizó para evaluar dos escenarios de colapso en donde las excavaciones adicionales fueron modeladas como asentamientos en la base de las columnas expuestas. Finalmente, mediante un análisis paramétrico, el MEF permitió definir estados de daño y márgenes de seguridad para cada escenario de colapso.
Integración de ingeniería inversa y modelamiento numérico para la evaluación sísmica de construcciones históricas de adobe
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-06-01) Noel Tapia, María Fernanda; Aguilar Vélez, Rafael; Ferreira da Silva Ramos, José Luis
El extenso legado de construcciones históricas de tierra en el Perú se encuentra en constante riesgo debido principalmente a la elevada actividad sísmica que afecta al país y a la fragilidad del adobe como material de construcción. En consecuencia, el valor histórico y cultural de estos monumentos, así como la vida de los visitantes se encuentran bajo peligro inaceptable. Con la finalidad de reducir la vulnerabilidad es necesario desarrollar modelos precisos para el análisis sísmico, capaces de simular el comportamiento no lineal de la albañilería y un desempeño bien definido. Es por ello que la presente investigación pretende establecer una metodología basada en técnicas avanzadas no intrusivas de ingeniería inversa y en métodos no lineales simplificados. Se propone el uso en conjunto de escáner láser terrestre (TLS) y fotogrametría como proceso estratégico para la obtención de modelos 3D precisos, debido a su efectividad en la rápida y confiable adquisición de datos. Asimismo, se implementan técnicas para la construcción de modelos CAD que faciliten el proceso de discretización. Ensayos de identificación modal también son empleados para la obtención de los parámetros dinámicos de la estructura y consecuentemente la calibración del modelo numérico construido. Para la evaluación sísmica se ha adoptado un enfoque basado en el desplazamiento, utilizando la metodología no lineal simplificada N2 (Fajfar, 2000). Además, se propone analizar el desempeño estructural en base al nivel de daño probable desarrollado en la edificación ante diferentes escenarios sísmicos. La investigación también busca evaluar la aplicabilidad de dicho procedimiento, utilizando como caso de estudio la iglesia de San Juan Bautista de Huaro ubicada en Cusco, Perú. Este templo data del siglo XVI y se destaca por sus impresionantes pinturas murales que cubren la totalidad del interior de la iglesia, demostrando la fusión del estilo andino y el arte colonial. Sin embargo, la falta de mantenimiento y ocurrencia de eventos sísmicos ha conllevado a su mal estado de conservación desde un punto de vista estructural. Los resultados de la evaluación sísmica de la iglesia evidenciaron que sufriría daño sustancial a fuerte en el caso de un sismo raro con periodo de retorno de 475 años Según la clasificación de daño de la Escala Macrosísmica Europea (EMS-98) esto significaría el desarrollo de grietas generalizadas en los muros, caídas de piezas considerables de recubrimiento y falla de elementos no estructurales individuales como los tímpanos. Asimismo, en el caso de un sismo muy raro (970 años) la estructura alcanzaría un nivel de daño muy fuerte que conllevaría a la falla parcial estructural de muros y techos. Se ha podido identificar durante el análisis los elementos estructurales críticos que controlan el comportamiento global y el nivel de daño durante un evento sísmico. Uno de ellos es la fachada principal, cuyo desplome es el primer mecanismo de colapso de la estructura. Debido a la vulnerabilidad en la que se encuentra la iglesia es altamente recomendable intervenir la construcción con la finalidad de proteger su valor cultural y arquitectónico.
Intrumentación estructural de edificios en países sísmicos
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-03-18) Felices Gilvonio, Christian Andree; Aguilar Vélez, Rafael
Este trabajo explora la normativa internacional referida a la instrumentación sísmica de edificios y la aplicación de un sistema de procesamiento de señales sísmicas registradas en edificios instrumentados bajo la normativa de instrumentación sísmica peruana. Las normativas revisadas pertenecen a Colombia, Venezuela, Chile, Costa Rica, Turquía, Estados Unidos y Filipinas. Esta recopilación se presenta en cuadros informativos con las principales disposiciones de cada capítulo de instrumentación. Asimismo, se incluye una comparación entre las estipulaciones de una de las normativas estudiadas versus las disposiciones sugeridas por las principales guías internacionales de monitoreo sísmico de edificaciones. Finalmente, se sugieren aspectos normativos a incluir en el capítulo de instrumentación sísmica peruana propuestos en base a la información estudiada. Por otra parte, se revisan los conceptos básicos de señales sísmicas y su procesamiento. Luego, se presentan los conceptos y especificaciones técnicas de estaciones sísmicas y acelerómetros. Después, se realiza el estudio de los métodos numéricos usados para el cálculo de la respuesta dinámica de modelos de un grado de libertad y la construcción de espectros de respuesta de desplazamiento, velocidad y aceleración. Finalmente, se desarrolla un programa en LabVIEW para la construcción de espectros de respuesta y la creación de reportes automáticos con la información obtenida del evento sísmico registrado en una edificación instrumentada.