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. / Los edificios históricos de tierra son vulnerables a solicitudes externas, como terremotos, tsunamis, condiciones ambientales y otros, por lo que están bajo riesgos inaceptables. Para todos estos aspectos, los edificios de tierra necesitan una intervención indispensable pero también un diagnóstico preciso para respetar los principios modernos de restauración. Hoy en día, el campo de investigación relacionado con el análisis estructural de los edificios de tierra existentes está muy lejos de un conocimiento completo y exhaustivo. Para el estudio de este tipo de edificios, las investigaciones experimentales son obligatorias. La tesis tiene el objetivo ambicioso de cubrir la falta de conocimiento sobre el comportamiento dinámico de los edificios históricos de tierra. El trabajo comenzó con el estudio de los efectos de la temperatura y la humedad en la tierra como material. Con este fin, se construyeron muros de adobe y se analizaron mediante un monitoreo continuo de los parámetros ambientales internos y externos y de las propiedades dinámicas con el objetivo de comprender su comportamiento como sistemas de construcción. Los principales desafíos en esta etapa fueron el desarrollo de un algoritmo adecuado para identificar automáticamente los parámetros dinámicos, el estudio de la distribución interna de la temperatura y la humedad, y el análisis de los efectos ambientales en el monitoreo a largo plazo. Los resultados mostraron una buena capacidad de almacenamiento de calor de los muros y la existencia de un flujo térmico interno conectado a un efecto combinado de la temperatura del aire, el viento, la radiación solar y la orientación. Además, los efectos ambientales estacionales y diarios fueron identificados primero y luego fueron aislados de la respuesta estructural, demostrando una clara relación inversa entre la temperatura y las propiedades dinámicas. El conocimiento obtenido en esta primera etapa se aplicó a un estudio de caso real para verificar los resultados obtenidos en una escala mayor. El caso de estudio elegido fue la iglesia San Pedro de Andahuaylillas. Este templo fue construido en el siglo XVI y es la muestra más emblemática de arte religioso, solemne testimonio de la cultura andina. Para esta iglesia, se aplicó un sistema de monitoreo a largo plazo para una mejor comprensión del comportamiento de los edificios de tierra. Los resultados indicaron que la variable ambiental afecta el comportamiento estructural de dos maneras: se detectó una influencia estacional a largo plazo y una diaria a corto plazo. Los efectos estacionales causaron variaciones de hasta 8% en las frecuencias naturales, y también se verificaron influencias a corto plazo, lo que causó variaciones de hasta 3.8%. Los resultados diarios mostraron un efecto retardado de las condiciones ambientales en la respuesta estructural. Finalmente, se desarrollaron modelos de regresión lineal múltiple utilizando la humedad absoluta como variable independiente para predecir con éxito la variación de frecuencia a largo plazo con el fin de evaluar la salud estructural. / Tesis

El presente trabajo de tesis consiste en realizar el análisis y diseño estructural de un edificio multifamiliar de 7 pisos y una azotea ubicado en el distrito de Miraflores con un área de piso típico igual a 360 m2 aproximadamente; usando como base o punto de partida un plano de arquitectura ya definido que consta de 15 departamentos: 12 flats y 3 dúplex. Tanto el diseño como el análisis estructural se realizó considerando las diversas normas del reglamento nacional de edificaciones (E.020, E.030, E.050 y E.060). Se elaboró un modelo pseudotridimensional basado en diafragmas rígidos de todos los elementos en ETABS, con la finalidad de realizar un óptimo análisis estructural por cargas de gravedad y sísmicas. Los resultados de dicho análisis muestran que el edificio tiene un sistema estructural del tipo muros, es regular y que las derivas en ambas direcciones (0.50% en XX y 0.07% en YY) son menores a la máxima permisible por la norma E.030 (0.70%). El sistema de techado incluye losas aligeradas en una sola dirección y losas macizas en dos direcciones. Por otro lado, la cimentación se constituye tanto de zapatas aisladas como conectadas y combinadas y en todos los casos de carga se verifica que los esfuerzos sobre el suelo son menores a la capacidad portante de este.

La presente tesis consiste en el análisis y diseño estructural de un edificio que se encuentra ubicado en el distrito de Surco, Lima. El proyecto cuenta con un área de terreno de 151 m² y que se asienta en un suelo gravoso con una capacidad portante de 4 kgf/cm². Los elementos estructurales del edificio multifamiliar cuentan con una resistencia a la compresión f’c=210 kgf/cm². El edificio cuenta con seis niveles y una azotea por lo cual se eligió un sistema estructural de muros de corte y pórticos compuestos por vigas y columnas. Además, este sistema cuenta con losas macizas y losas aligeradas. El uso de este sistema permite tener una mayor facilidad para la construcción y, además, de garantizar una adecuada resistencia, un adecuado peso y control de costos reducido. En el análisis de cargas de gravedad y sísmico del edificio se realizó con un modelo tridimensional de los elementos estructurales en el programa de computo Etabs. En el análisis y diseño se realizaron siguiendo las recomendaciones del Reglamento Nacional de Edificaciones. En el análisis se obtuvieron fuerzas, desplazamientos y derivas que se encuentran dentro de los valores permitidos por la norma. Además, el presente trabajo cuenta con criterios de estructuración, predimensionamiento, metrado de cargas, análisis y diseño de elementos que actúan sobre cargas de gravedad.

El presente proyecto de fin de carrera consiste en el análisis estructural y diseño en concreto armado de un edificio multifamiliar de ocho pisos y dos sótanos. La primera planta está destinada para áreas comunes y un departamento; las plantas superiores, a departamentos y los sótanos, a estacionamientos. El área del terreno es de 742.5 m2 y se encuentra ubicado en el distrito de Jesús María, provincia de Lima. Se ha considerado que el suelo tiene una resistencia de 5 kg/cm2. La estructura del edificio consiste en columnas, vigas y placas de concreto armado, el techo es aligerado convencional y macizo en zonas donde se requiera. Los elementos fueron diseñados siguiendo lo estipulado en el reglamento nacional de edificaciones. En primer lugar, se realizó una estructuración del edificio tratando en lo posible de no modificar la arquitectura y siguiendo criterios de simplicidad y simetría. Luego se pre dimensionaron los elementos estructurales considerando una resistencia del concreto f’c de 210 kg/cm2 y siguiendo recomendaciones prácticas de libros escritos por ingenieros civiles de vasta experiencia. Posteriormente se hizo el análisis sísmico y de carga vertical con ayuda del programa ETABS 2017. Se corroboró que las derivas máximas no superaran lo establecido en la norma E.030 de Diseño Sismorresistente y que el edificio cumpliera con los demás requerimientos de la norma para estructuras ubicadas en la zona 4 de peligro sísmico. Luego, con los resultados del análisis sísmico y de carga vertical, se diseñó los elementos estructurales siguiendo lo estipulado en la norma E.060. Finalmente, se elaboraron los planos de estructuras correspondientes a la edificación con el detalle de refuerzo en los elementos estructurales de forma que se permita una fácil lectura de ellos y una correcta práctica constructiva.

La presente tesis tiene por objetivo realizar el análisis y diseño estructural de un edificio de concreto armado de 5 pisos destinado para vivienda multifamiliar en concreto armado, ubicado en el distrito de Pueblo Libre. El proyecto cuenta con 390 m2 como área de terreno y 1146.8 m2 de área techada total. El edificio contará con dos departamentos por nivel, una caja de ascensor y un tanque elevado. El terreno en el cual se cimentará el edificio tiene una capacidad portante de 4 kg/cm2. La tesis cuenta con 13 capítulos los cuales abarcarán con todo el conocimiento necesario para realizar el diseño sismorresistente de la edificación, cumpliendo los requisitos mínimos que exige las normas técnicas. En los primeros tres primeros capítulos se mencionan las razones por las que el desarrollo estructural para diseño de edificaciones es de gran importancia, las consideraciones generales del diseño y se presenta el caso de estudio. En los siguientes capítulos se mencionan los criterios que se utilizan para el predimensinamiento de los elementos, el análisis sísmico según las consideraciones de la norma E.030 y en los capítulos restantes se realiza el análisis y diseño estructural, indicando los tipos de diseños a realizar (corte, flexión, punzonamiento, etc) y las verificaciones ante cargas de servicio, aplicándolo a elementos representativos del caso de estudio. Para realizar el análisis con mayor rapidez se realizaron modelos del sistema estructural en programas como ETABS, SAP2000 y SAFE, estos programas son de gran utilidad para realizar el análisis estático y dinámico, con los que se obtienen resultados satisfactorios y de manera sencilla. Finalmente, en el último capítulo, se da a conocer las conclusiones que genera el desarrollo integral del análisis y diseño estructural de un edificio multifamiliar.

De acuerdo al continuo progreso en el conocimiento del patrimonio cultural, la realización de modelos digitales 3D orientados a las construcciones históricas se ha convertido en un procedimiento estándar. Asimismo, los diversos ensayos de diagnóstico, conservación y restauración que se realizan en estas estructuras requieren de sistemas de información que permitan una constante actualización y colaboración entre los diferentes involucrados. En este sentido, la integración de esta información semántica con el modelo 3D en un único entorno virtual resulta de gran interés ya que permitiría un manejo unificado de toda la información, siendo las herramientas brindadas por el Building Information Modeling (BIM) las más adecuadas. El objetivo de la presente tesis es proponer la metodología SHBIM como una herramienta que permita una documentación totalmente digital del estado de conservación estructural de edificaciones patrimoniales. El procedimiento inicia con la recolección de información en campo (e.g. escaneo láser, fotogrametría aérea, ensayos termográficos, ensayos sónicos, entre otros) para crear modelos digitales 3D en un entorno BIM. Se emplea modelado paramétrico y modelado semi-automático mediante programación gráfica para generar geometrías complejas como bóvedas y rellenos. Una vez generado el modelo 3D, se añade la información de diagnóstico de manera gráfica y textual. Se modelan patologías estructurales como elementos sólidos de espesor muy delgado que se adaptan a superficies curvas como bóvedas y cornisas. Además, la información textual del estado de conservación, procedimientos de restauración y resultados de ensayos no destructivos se ingresa como parámetros en cada elemento del modelo 3D, lo que permite generar mapas de daño de manera automática por medio de filtros de visualización. La metodología S-HBIM se valida en la iglesia de la Compañía de Jesús en Cusco, Perú. Los resultados muestran que es posible integrar información tanto geométrica como semántica en un único entorno virtual 3D. Asimismo, se observa que las herramientas BIM también son aplicables a estructuras patrimoniales, y otorgan gran ventaja visual, de almacenamiento y gestión de la información respecto a métodos de representación 2D tradicionales. La metodología S-HBIM permite el desarrollo de un procedimiento estándar para el reporte de resultados en estudios de diagnóstico estructural de edificaciones existentes, así como la creación de repositorios digitales para un manejo ordenado de información dentro del marco de la evaluación y diagnóstico estructural de edificaciones patrimoniales.

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. / Los edificios históricos de tierra son vulnerables a solicitudes externas, como terremotos, tsunamis, condiciones ambientales y otros, por lo que están bajo riesgos inaceptables. Para todos estos aspectos, los edificios de tierra necesitan una intervención indispensable pero también un diagnóstico preciso para respetar los principios modernos de restauración. Hoy en día, el campo de investigación relacionado con el análisis estructural de los edificios de tierra existentes está muy lejos de un conocimiento completo y exhaustivo. Para el estudio de este tipo de edificios, las investigaciones experimentales son obligatorias. La tesis tiene el objetivo ambicioso de cubrir la falta de conocimiento sobre el comportamiento dinámico de los edificios históricos de tierra. El trabajo comenzó con el estudio de los efectos de la temperatura y la humedad en la tierra como material. Con este fin, se construyeron muros de adobe y se analizaron mediante un monitoreo continuo de los parámetros ambientales internos y externos y de las propiedades dinámicas con el objetivo de comprender su comportamiento como sistemas de construcción. Los principales desafíos en esta etapa fueron el desarrollo de un algoritmo adecuado para identificar automáticamente los parámetros dinámicos, el estudio de la distribución interna de la temperatura y la humedad, y el análisis de los efectos ambientales en el monitoreo a largo plazo. Los resultados mostraron una buena capacidad de almacenamiento de calor de los muros y la existencia de un flujo térmico interno conectado a un efecto combinado de la temperatura del aire, el viento, la radiación solar y la orientación. Además, los efectos ambientales estacionales y diarios fueron identificados primero y luego fueron aislados de la respuesta estructural, demostrando una clara relación inversa entre la temperatura y las propiedades dinámicas. El conocimiento obtenido en esta primera etapa se aplicó a un estudio de caso real para verificar los resultados obtenidos en una escala mayor. El caso de estudio elegido fue la iglesia San Pedro de Andahuaylillas. Este templo fue construido en el siglo XVI y es la muestra más emblemática de arte religioso, solemne testimonio de la cultura andina. Para esta iglesia, se aplicó un sistema de monitoreo a largo plazo para una mejor comprensión del comportamiento de los edificios de tierra. Los resultados indicaron que la variable ambiental afecta el comportamiento estructural de dos maneras: se detectó una influencia estacional a largo plazo y una diaria a corto plazo. Los efectos estacionales causaron variaciones de hasta 8% en las frecuencias naturales, y también se verificaron influencias a corto plazo, lo que causó variaciones de hasta 3.8%. Los resultados diarios mostraron un efecto retardado de las condiciones ambientales en la respuesta estructural. Finalmente, se desarrollaron modelos de regresión lineal múltiple utilizando la humedad absoluta como variable independiente para predecir con éxito la variación de frecuencia a largo plazo con el fin de evaluar la salud estructural.

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Ingeniero Civil / Los elementos estructurales como vigas altas, vigas en voladizo, muros cortos e intersecciones vigas columnas son muy comunes en diferentes tipos de obras como puentes, edificios habitacionales y edificios de oficinas. En particular las vigas de hormigón armado son uno de los elementos estructurales más utilizados en los diferentes proyectos civiles que existen. Las vigas altas o vigas cortas (deep beams), son aquellas que tienen una relación de aspecto entre su largo y su altura menor a cuatro. Estos elementos no esbeltos son utilizados fundamentalmente como conectores o dinteles entre muros. La falla de éste tipo de vigas está gobernada por el esfuerzo de corte y su predicción es más difícil que las fallas de flexión. Actualmente las normas se enfocan en las vigas largas, donde predomina la falla por flexión, siendo de suma importancia estimar la capacidad de las vigas de menor longitud para entender el comportamiento sísmico de las estructuras. Es por esto que la presente memoria tiene como objetivo aplicar un modelo teórico que permita predecir la capacidad al corte en vigas altas de hormigón armado. El modelo tipo panel implementado para predecir la capacidad al corte de las vigas altas de hormigón armado asume que la dirección principal de tensiones del elemento es igual a la dirección principal de deformaciones y considera un solo elemento que representa el estado de deformaciones y tensiones promedio de la viga. Respecto a los materiales, la ley constitutiva del hormigón tiene un comportamiento biaxial al considerar la degradación de la capacidad de compresión debido a las fisuras provocadas por la tracción en la dirección perpendicular y el acero sigue un comportamiento uniaxial. Además supone un ángulo de falla que puede ser fijo o variable, en particular en esta memoria, se utilizan los modelos de ángulo fijo (ángulo en función de la relación de aspecto y niveles de carga axial) por ser aquellos que entregaron mejores resultados en el análisis de muros cortos (Ulloa L. 2013, basado en el modelo de Kaseem). Para analizar el comportamiento del modelo teórico se acoplaron ensayos existentes en la literatura, generando una base de datos con 182 ensayos. Estas vigas ensayadas fueron sometidas a cargas verticales en distintas disposiciones, fundamentalmente pares de cargas puntuales a iguales distancias desde los bordes. En los ensayos se varía la armadura al corte o estribos (transversal), la cuantía de armadura longitudinal (horizontal), las dimensiones de la viga, la distancia al borde de la armadura y las propiedades del material. La comparación entre el modelo tipo panel modificado (Ulloa L, 2013) y los resultados empíricos dio valores promedios para la estimación de la capacidad de 0.87 para mod. α_((σ_r=f_ct ) ) σ_L=N/A , 0.91 para mod. α_((σ_r=〖0.5f〗_ct ) ) σ_L=N/A y 0.92 para mod. α_((σ_r=f_ut=0) ) y σ_L=N/A. Las dispersiones fueron 0.27, 0.28 y 0.28. Además el modelo alcanza un promedio del 98% de la deformación por corte alcanzada en los ensayos. En general, se aprecia que cuando el ángulo se fija a mayores tensiones de tracción, los resultados son mejores, para el modelo original y para las distintas modificaciones realizadas.

Ingeniero Civil / El objetivo principal del trabajo es establecer una metodología para construir un modelo de redes neuronales artificiales (R.N.A.) que utilice como entrada datos de modelos de análisis de estructuras con el fin de estimar los costos de obra gruesa con cierto nivel de precisión o confianza durante la etapa de diseño de un edificio que permita realizar cambios en etapas tempranas para ajustarse a los requerimientos de presupuesto. Además de la metodología, se presenta un modelo matemático resultante del uso de las redes neuronales para estimar los costos. Se desarrolló así una metodología, tanto para extraer variables de entrada para el modelo de redes neuronales desde los modelos de análisis de estructuras, como para la calibración de estas variables, obteniendo una serie de relaciones que permiten reproducir los datos reales de cubicaciones a partir de los modelos de análisis. Complementario a esto, se desarrolló una recolección de variables a partir de una revisión de diversos estudios relacionados al tema de estimación de costos. Se presenta también una metodología para reducir las variables, haciendo uso de software estadístico. Por otra parte, se presenta el procedimiento que se debe llevar a cabo para utilizar el modelo matemático, resultado de la red neuronal y las calibraciones hechas, se presenta el modelo matemático final basado en redes neuronales y se presenta una primera aproximación para estimar, basada solo en las calibraciones de las cubicaciones. Se concluye que los modelos de análisis estructural son una fuente práctica para realizar estimaciones en etapas tempranas de un proyecto, permitiendo realizar cambios de gran impacto en etapas de diseño, para ajustarse a los costos que el mandante está dispuesto a asumir.