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.

En el presente trabajo se desarrolla un procedimiento general para el an alisis din amico de estructuras usando m etodos num ericos. Se usa el M etodo de los Ele- mentos Finitos (MEF) para la discretizaci on espacial del dominio de la estructura y los m etodos de superposici on modal, integraci on expl cita e integraci on impl cita para la integraci on en el dominio del tiempo de las ecuaciones que gobiernan la respuesta din amica de la estructura provenientes del MEF. Se realiza un repaso de los m etodos anal ticos para el an alisis de sistemas de un grado de libertad y del m etodo de los elementos nitos, de niendo los par ametros m as importantes a ser usados en la programaci on de los c odigos o en el uso de programas de simulaci on comerciales. Las caracter sticas m as representativas de cada operador de integraci on son presentadas, as como los par ametros de decisi on entre uno y otro m etodo. El procedimiento propuesto se aplica a un problema de din amica estructural de dos maneras: mediante la programaci on de un c odigo de MEF en MatLab y mediante la simulaci on del mismo problema usando el programa comercial ANSYS R14, en am- bos casos se indica como se introducen los par ametros necesarios para el an alisis. Los resultados de estas simulaciones son comparados con los resultados obtenidos por medio de las t ecnicas anal ticas cl asicas y con los resultados indicados en la biblio- graf a. La evaluaci on de los resultados muestra las caracter sticas m as importantes de cada m etodo como es la sensibilidad al paso de tiempo en el caso de integraci on directa y la elecci on del n umero de modos de vibraci on en el caso de superposici on modal. Los resultados obtenidos mediante las simulaciones concuerdan con los de la bibliograf a, demostrando as que el MEF es una herramienta con able en tanto se controlen adecuadamente los par ametros de cada fase del an alisis.

Debido al constante crecimiento en la construcción de estructuras, los sistemas de monitoreo estructural han tomado bastante importancia. Estos sistemas permiten obtener información de parámetros varios que acompañada de su respectivo análisis, se puede determinar los daños en una estructura y aplicar las medidas que crean convenientes. El presente trabajo de tesis se basa en el diseño e implementación de un sistema de monitoreo inalámbrico de parámetros de estructuras civiles, los cuales podrán ser visualizados en una interfaz de usuario en tiempo real. Este sistema contará con tres módulos de medición, un módulo coordinador y una computadora, con los que se probará el principio de funcionamiento para la adquisición, procesamiento y visualización de los parámetros de interés. Para el análisis de las estructuras, es necesario conocer tres parámetros importantes: la magnitud de las vibraciones a las que están sometidas y la humedad y la temperatura a las que se hacen estas mediciones. Para esto, se seleccionó un acelerómetro digital que estará presente en cada uno de los módulos de medición y un sensor ambiental digital que es necesario solo en uno de estos, ya que los parámetros ambientales no presentan grandes cambios en una misma estructura. Una vez realizado el montaje de los módulos de medición en distintos puntos de la estructura, estos inician la adquisición de los parámetros estructurales y los envían hacia el módulo coordinador cada vez que este último hace la petición. Para este fin, se utiliza una red de sensores en configuración punto-multipunto conformada por módulos Xbee. Luego, el módulo coordinador se comunica con la computadora utilizando una tarjeta para el acondicionamiento de nivel de voltaje mediante un puerto USB de la misma. Toda la información recibida es procesada para asignar las mediciones a los módulos de medición correspondiente y obtener las magnitudes reales. Los parámetros de interés podrán ser visualizados en tiempo real en la interfaz implementada, con la cual el usuario también podrá controlar el inicio y fin del proceso de monitoreo. En el capítulo 1, se explican conceptos generales sobre el monitoreo estructural y cómo fue su evolución tecnológica; asimismo, se describen algunos equipos comerciales. En el capítulo 2, se aborda el marco problemático y los objetivos del presente trabajo de tesis. En el capítulo 3, se desarrolla el diseño e implementación del sistema de monitoreo estructural. Finalmente, en el capítulo 4, se describen los ensayos realizados y se muestran los resultados del sistema implementado.

Los monumentos arqueológicos y arquitectónicos forman parte importante de la historia, identidad y cultura de un país. A lo largo de los años, estos monumentos están sometidos a fenómenos naturales y antropogénicos que desgastan su estructura, deformando la geometría del patrimonio. Frente a esta situación, en los últimos años se han propuesto y desarrollado metodologías para preservarlos y/o reconstruirlos. Se inicia digitalizando las estructuras: se representa la geometría del monumento como una serie de puntos que describen la super cie del objeto. Y estos puntos son usados para construir modelos 3D (modelos de mallas). Esta digitalización se puede llevar a cabo a través de diferentes técnicas, cuya diferencia se encuentra en el dispositivo utilizado: la estación total, el sensor Kinect, el escáner láser terrestre y drones con cámaras fotográ cas. En la actualidad se prioriza el estudio con escáner láser y la fotogrametría. Estas metodologías tienen ciertas limitaciones como la iluminación del objeto para la fotogrametría y las características geométricas ubicadas fuera del rango de vista para el escáner láser. Por otra parte, una de las aplicaciones más importantes de los modelos 3D son los modelos sólidos. Sin embargo, debido a la cantidad de datos que se obtiene de los modelos 3D, no pueden ser usados directamente para construir modelos sólidos, sino que deben darse pasos previos. Por otro lado, estos modelos sólidos tienen la ventaja de ser manipulados en cualquier programa de ingeniería. En esta tesis se desarrollan metodologías para construir modelos de mallas 3D basados en estudios de fotogrametría, escáner láser terrestre y una fusión de ambos estudios. También se presentan algoritmos para realizar recorridos virtuales, construir modelos sólidos y dibujar planos de arquitectura. Además se estudiará la precisión, exactitud, tiempo y costo de distintas metodologías de digitalización tomando como referencia el modelo del escáner láser. Las metodologías se aplicarán a una serie de monumentos como son los siguientes: una sección del Qhapaq Ñan o Camino Inca, la iglesia San Juan Bautista de Huaro, la iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, la Quinta del Marqués de Presa, el Cementerio Presbítero Matías Maestro y la Huaca de la Luna. Los algoritmos propuestos muestran resultados óptimos en términos de tiempo de procesamiento, resolución y efectividad de acuerdo a otros estudios similares. Los recorridos virtuales presentan a los monumentos de forma más amena y pueden ser usados para promover el turismo. Los planos de arquitectura muestran una representación más real y completa de la estructura en comparación con los típicos planos de arquitectura. Los modelos sólidos son obtenidos a partir de la base de datos de los modelos de mallas, lo cual es más óptimo que usar herramientas de ingeniería inversa o una biblioteca de sólidos compuesto por cubos, tetraedros y esferas. / Tesis

El objetivo de esta investigación es el estudio de la estabilidad estructural de las viviendas existentes típicas de adobe de dos pisos en Canta, zona rural con peligro sísmico alto, con la finalidad de diagnosticar su estado actual y plantear lineamientos para su estabilización sísmica. Se plantea la hipótesis de que las viviendas de adobe de dos o más pisos presentan características constructivas que son distintas de la construcción tradicional de viviendas de un piso. Estas viviendas han podido soportar los sismos leves y medianos que han ocurrido en las últimas décadas, sin embargo se estima que estas viviendas son vulnerables en caso de sismos severos, por ello es necesario estudiar el mecanismo de falla para formular sistemas de refuerzo o estabilización que permitan mejorar el comportamiento de estas viviendas ante sismos de mayor intensidad. El desarrollo de la investigación consta de un trabajo de evaluación en campo para determinar la tipología arquitectónica y características estructurales de las viviendas existentes así como un levantamiento de daños comunes. Luego del trabajo de campo se realizará una evaluación numérica para definir los elementos vulnerables y plantear alternativas de refuerzo que les permitan resistir sismos severos.

La presente investigación muestra las características de los sistemas de protección sísmica por amortiguamiento, dando énfasis a los de fluido-viscoso. Luego expone una metodología de diseño para estructuras con sistemas de amortiguamiento enfocada en el desempeño y fundamentada en las disposiciones del ASCE (American Society of Civil Engineers), el FEMA (Federal Emergency Management Agency) y el ACI (American Concrete Institute). Con el propósito de ilustrar la metodología, se seleccionó una estructura aporticada de 7 niveles con 730 m2 de área techada por nivel, cuya deriva (10 ‰) superaba el límite permitido por la norma NTE E-030 (7 ‰). Para cumplir satisfactoriamente con este límite se incluyó un sistema de amortiguamiento de fluido-viscoso. Como objetivo de diseño se fijó la reducción del daño a nivel moderado frente a un sismo raro (500 años de retorno). La estrategia se orienta a mantener la deriva por debajo de 5.8 ‰, valor propuesto por el HAZUS (Methodology for Estimating Potential Losses from Disasters). Con el sistema de amortiguamiento fluido-viscoso se logró incrementar el amortiguamiento al 23% y reducir la deriva a 5.8 ‰. Como parte del trabajo se diseñan las columnas adyacentes a los dispositivos y el brazo metálico. Los resultados de la evaluación económica basada en ratios y precios propuestos por el fabricante indican que el costo del sistema de amortiguamiento de fluido-viscoso en esta estructura y para este nivel de desempeño, está alrededor de los 30 $/m2 y la incidencia en el costo total del proyecto bordea el 7%.

En los últimos 130 años, en el país no hemos tenido terremotos severos y nuestras edificaciones de concreto armado no han sido probadas en condiciones sísmicas severas. Las normas de edificaciones del Perú y la mayoría de las normas del mundo están basadas en criterios de protección ante un solo nivel de amenaza sísmica. Por esta razón es necesario estudiar el desempeño sísmico de nuestras edificaciones ante diferentes niveles de demanda sísmica. Se diseñó y evaluó un edificio aporticado de 7 pisos ubicado sobre una zona sísmica y cimentado sobre suelo bueno; con planta rectangular de 33x22m y columnas espaciadas cada 5.5m. Para el diseño se emplearon las normas peruanas y para la evaluación del desempeño se usó la propuesta del Comité Visión 2000 del SEAOC; para estimar la respuesta se utilizaron procedimientos de análisis no lineal basado en espectros de demanda y capacidad. El diseño condujo a un edificio con columnas de 45x45cm y vigas 25x50cm con una deriva máxima de 10 0/00, bajo las solicitaciones de las normas peruanas (terremoto de 500 años de periodo de retorno). De los resultados obtenidos, la estructura del edificio tiene una ductilidad de 3.95 y una sobrerresistencia de 1.2, respecto a la fluencia efectiva. Respecto a la demanda del código el edificio alcanzó una sobrerresistencia al colapso de 2.1. De acuerdo al desempeño desarrollado en el edificio para un sismo frecuente y ocasional la estructura presentaría pequeñas incursiones inelásticas y quedaría en estado funcional para la dirección transversal (X-X); pero para la dirección longitudinal (Y-Y) la estructura quedaría operacional en un sismo frecuente y funcional para un sismo ocasional. Para un sismo raro en la dirección transversal la estructura quedaría cerca al colapso. De acuerdo a la propuesta del SEAOC el edificio tendría un excelente comportamiento en sismos frecuentes y un comportamiento cercano al colapso en sismos raros. Los resultados de este trabajo indican que los nuevos limites de deriva establecidos permiten estructuras no tan robustas cumpliendo con las demandas de los sismos; de tal manera de tener estructuras mas económicas que cumplan con las exigencias de las normas sismorresistentes.

La presente tesis consiste en la preparación del comparativo técnico-económico para una nave industrial entre dos sistemas estructurales, el de pórticos de acero y tijerales sobre columnas de concreto armado. La nave industrial a diseñar estará situada en la zona industrial del Cercado de Lima y se utilizará para el almacén de materiales de construcción. El proyecto de ingeniería consta del predimensionamiento, estructuración, análisis y diseño de dos modelos (uno por cada sistema estructural). Los diseños respectivos se realizarán de acuerdo a los lineamientos estipulados en las normas vigentes descritas a continuación: Norma E020: Cargas; Norma E030: Diseño Sismorresistente; Norma E050: Suelos y Cimentaciones; Norma E060: Concreto Armado; Norma E070: Albañilería; Norma E090: Estructuras Metálicas. La estructura de la tesis está dividida en 6 sub-ítems que cubren la metodología y entregables del proyecto; el primer subtema relata la situación actual, la aspiración, estrategia y el alcance del proyecto. El segundo subtema expone el marco teórico que envuelve a los dos sistemas estructurales, el cual será necesario dominar para realizar el diseño de las configuraciones estructurales. El tercer subtema detalla el predimensionamiento y la estructuración de los elementos estructurales de cada sistema. El cuarto subtema comprende el análisis de los dos tipos de estructuras bajo cargas de gravedad que contiene el análisis de coberturas de techo, vigas y columnas para el caso de pórticos como también de los perfiles de acero existente en el sistema de tijerales, además del análisis por cargas de viento que afecta a ambos sistemas constructivos. El quinto subtema trata del análisis de desplazamientos para ambos sistemas estructurales dónde se considerará la ubicación del emplazamiento para obtener los desplazamientos, derivas y cortantes basales debido a solicitaciones sísmicas y de viento. En el sexto subtema se presenta el diseño del sistema de tijerales y pórticos. Posteriormente, en el séptimo subtema se realizan los metrados de casco estructural para ambos sistemas para luego realizar el presupuesto de los mismos y obtener las proporciones de costo para ambas estructuras para luego realizar la comparación técnica y económica entre los mismos. Finalmente, se detallan las conclusiones para el proyecto de tesis, dónde se discutirá qué sistema convendría utilizar para la construcción de la nave industrial contrastando conceptos económicos y técnicos que evidencien la mejor elección de la estructura a ejecutar.

En el presente trabajo se desarrolla el diseño estructural de un edificio de albañilería confinada a escala natural y se propone un modelo a escala reducida a ensayar, dejando para un futuro trabajo la simulación en mesa vibradora y la interpretación de resultados.

El presente trabajo se desarrolla dentro del marco del convenio entre el Banco Mundial, el CISMID y la PUCP, titulado “Propuesta técnica de actualización del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) para incorporar el reforzamiento incremental en las edificaciones escolares tipo 780 construidas antes de 1997". Esta tesis se centra en el estudio de la respuesta dinámica de dos módulos con características de un aula representativa de un edición escolar tipo 780 construido antes de 1997 (tipo 780-Pre), sin y con reforzamiento, a través de ensayos en una mesa vibradora unidireccional. El edificio escolar tipo 780-Pre, presenta el problema de columnas cortas y elevada flexibilidad lateral. La técnica de reforzamiento estudiada consistió en la inserción de diagonales de acero en forma de cruz integrados a un marco de acero entre los pórticos de CA existentes. Además, consistió separar los tabiques de albañilearía mediante juntas de una determinada longitud y medida. Los módulos fueron escalados en la proporción de 1:2 debido a la capacidad del simulador de sismos del laboratorio de estructuras de la PUCP. Además, los módulos se construyeron siguiendo el proceso constructivo convencional, tanto los pórticos de CA como las estructuras de refuerzo de acero. Para los ensayos de simulación dinámica (fases) en la mesa vibradora, los módulos se instrumentaron con sensores de desplazamiento lineal y con acelerómetros. Antes de dar inicio a cada fase, se hizo un ensayo de vibración libre. Cada fase corresponde a un desplazamiento nominal de la señal comprimida del registro de aceleraciones correspondiente al terremoto del 31 de Mayo de 1970. Cada módulo fue sometido a cuatro (4) fases y cinco (5) vibraciones libres. Los resultados de los ensayos demuestran que: (1) Se logró reproducir la falla tipo corte de los edificios escolares 780 - Pre, en el módulo (Módulo 780 - Pre) según lo previsto por el análisis teórico, el módulo después del ensayo no perdió su estabilidad global. (2) Con el sistema de reforzamiento con marcos y diagonales de acero y la liberación de juntas (a partir de 50 cm de la base del parapeto) se evitó la formación de columna corta en el módulo y lo cual dio inicio a la falla por exo-compresión. (3) El sistema de reforzamiento permitió mejorar considerablemente el desempeño del módulo, reduciendo los daños en cada fase de ensayo de simulación dinámica. / Tesis