El presente trabajo de tesis consiste en el desarrollo del análisis y diseño estructural de los elementos de concreto armado que conforman un edificio de siete pisos destinado a oficinas ubicado en el distrito de Lince, Lima – Perú. El edificio se ubica sobre un terreno rectangular de 858 m2 de área con suelo de capacidad portante de 4 kg/cm2. La edificación cuenta con siete pisos de 588 m2 de área techada piso y 4112 m2 en total. El primer piso está destinado al hall de ingreso y los estacionamientos, y los pisos restantes son típicos con dos oficinas por piso haciendo un total de doce oficinas. La circulación vertical se dará por medio de dos ascensores y la escalera principal. La estructura del edificio está conformada por placas y pórticos (columnas y vigas) de concreto armado distribuidos en ambas direcciones. El sistema de techado está compuesto por losas aligeradas en una dirección y losas macizas. La cimentación es del tipo superficial conformada por zapatas aisladas, zapatas conectadas, una zapata combinada y cimientos corridos. La primera parte de esta tesis abarca la estructuración y predimensionamiento de los principales elementos estructurales donde se buscó cumplir los criterios de simplicidad, simetría y poseer una adecuada rigidez en las dos direcciones principales. En la segunda parte se realizó el análisis sísmico para comprobar que la estructura cumpla con lo establecido en la Norma Sismorresistente E.030. El análisis se realizó utilizando el programa ETABS con el cual se realizaron los análisis dinámicos considerando tres grados de libertad y en traslación pura, además del análisis estático para así realizar una comparación de los resultados. La tercera parte consistió en realizar el diseño estructural de todos los elementos del proyecto. Para ello, se cumplió con todas las exigencias de la Norma de Concreto Armado E.060. Finalmente, se procedió a la elaboración a detalle de los planos estructurales. / Tesis

El mayor porcentaje de damnificados y victimas mortales que ocasiona un evento sísmico intenso es debido a la falla y colapso de las edificaciones de albañilería, especialmente aquellas construidas sin ningún criterio técnico. El problema principal de la autoconstrucción de viviendas es que son sísmicamente vulnerables debido a que tienen inadecuada configuración estructural, uso de materiales de baja calidad, mano de obra no calificada, etc. En las últimas décadas, la población de Lima ha mostrado un crecimiento exponencial acompañado de una expansión urbana desorganizada. Lima ha tenido una expansión horizontal con una proliferación de viviendas y edificaciones de pocos pisos hasta 2-3 pisos), construidos en su mayoría con ladrillos de arcilla cocida. Se estima que un 60% de las viviendas peruanas son autoconstruidas. Por lo tanto, es altamente probable que ante un sismo severo, muchas de estas viviendas colapsen. El presente trabajo se enfocó en la construcción de curvas de capacidad e identificar tres estados de daño asociados con el desempeño estructural y metodologías de reparación de los muros de albañilería confinada. Con el propósito de que puedan ser usadas para la construcción de funciones de fragilidad. Estas curvas de fragilidad son muy útiles para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras de albañilería confinada y para estimar las pérdidas económicas inducidas por sismos. Para ello, se desarrolló una campaña experimental que consistió en construir nueve muros a escala natural (de un nivel) que posteriormente fueron ensayadas bajo carga lateral cíclica en su plano. Los ensayos cíclicos fueron realizados en el laboratorio de estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), siguiendo los lineamientos del FEMA 461. Se ensayaron tres (3) muros con carga vertical equivalente a 3 niveles y seis (6) muros sin carga vertical. De estos últimos, tres (3) muros fueron ensayados hasta un límite de reparabilidad con la finalidad de repararlos y ensayarlos nuevamente. Como parte preliminar a los ensayos cíclicos se realizaron pruebas de control en unidades de arcilla y en el mortero. Así mismo, se elaboración de prismas de albañilería que permitieron caracterizar las propiedades mecánicas de la albañilería. Del análisis de resultados, la curva de capacidad fue simplificada con tres puntos notables: (a) Límite elástico, asociado a un drift de 0.12% (muros con y sin carga vertical), (b) Resistencia máxima a carga lateral, para un drift de 0.58% (muros sin carga axial) y 0.47% (muros con carga axial), (c) Estado último, para un drift de 0.87% (muros sin carga axial) y 0.65% (muros con carga axial). También se evaluó la rigidez lateral, la cantidad energía disipada, el amortiguamiento viscoso equivalente y la ductilidad. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / En este trabajo, se presenta la implementación del programa SafePy en Python , plata- forma para el modelamiento, simulación y análisis de la respuesta de estructuras ante cargas estáticas y dinámicas. El programa se desarrolla siguiendo la filosofía de programación en base a objetos bajo Python , lo cual permite reducir el tiempo de cálculo e implementación de nuevos componentes (elementos, materiales, métodos de análisis). En este trabajo de tesis, se pretende validar la plataforma para análisis no-lineal en muros de hormigón armado, utilizando elementos tipo membrana compuesto por capas. Para el desarrollo de esta plataforma, resulta necesario definir y argumentar la correcta aplicación de algoritmos y parámetros relevantes en el análisis no-lineal dinámico, tanto para los procesos de cálculo como para la definición de la respuesta de la estructura. Adicionalmente, se presenta un complemento para los métodos de integración y algoritmos de solución utilizados en análisis no-lineal, el cual busca reducir los problemas de convergencia de manera flexible. Este complemento puede ser aplicado tanto en métodos de integración estáticos (Control de carga o desplazamiento) como dinámicos (Cargas dinámicas o aceleraciones basales). Para conseguir esto, se introduce un parámetro que modifica el enfoque de solución para problemas no-lineales, imponiendo la necesidad de iterar en cada paso del análisis, incluso en el rango lineal, donde se obtienen los mismos resultados, pero con un costo computacional mayor. Lo anterior ocurre ya que este parámetro apunta a reducir complicaciones en el rango no-lineal. El nuevo enfoque permite entregar información de la estructura a la carga externa, logrando reducir la cantidad de iteraciones en que la fuerza resistente supera el valor de esta carga. Además, específicamente para el caso dinámico, este planteamiento permite independizar el comportamiento del material del incremento de tiempo, logrando controlar de forma separada la convergencia en no-linealidades y la estabilidad del método de integración.

The recent development of technological systems implies a high complexity of behaviors for today’s systems. An answer to the increased systems’ complexity is to look at them as a multitude of heterogeneous subsystems and develop distributed techniques to control and manage them. This raises a number of problems. Firstly, as the size and number of components increase, so does the number of fault occurrences that may drive the system to undergo critical failures. Fault detection and isolation (FDI), maintenance and repair are an increasing part of the operational every day’s tasks and they impact drastically the total cost of final products. This thesis focuses on fault detection and isolation. Among the different methods to generate diagnosis tests by taking advantage of analytical redundancy, this thesis adopts the so-called parity space approach based on analytical redundancy relations (ARRs). Given a model of the system in the form of a set of differential equations, ARRs are relations that are obtained from the model by eliminating non measured variables. This can be performed in an analytical framework using elimination theory but another way of doing this is to use structural analysis. Structural analysis is based on a structural abstraction of the model that only retains a representation of which variables are involved in which equations. Despite the rusticity of the abstract model, structural analysis provides a set of powerful tools, relying on graph theory, to analyze and infer information about the system. Interestingly, it applies indifferently to linear or nonlinear systems. The goal of this thesis is to develop effective techniques based on structural analysis for diagnosis of distributed continuous systems. In this framework, the system is decomposed into a set of subsystems according to functional, geographical or privacy constraints. The thesis is organized in two parts, highlighting the redundancies that are built into the global structural model and that can be used to generate diagnosis tests starting from the redundancies existing in the subsystem’s models and formulating and solving the optimization problem linked to the choice of a subset of diagnosis tests at the subsystems level that can lead to a set of diagnosis tests achieving maximum diagnosability for the global system. The first part takes benefit of the concept of Fault-Driven Minimal Structurally Overdetermined Set (FMSO set) that is introduced in the thesis. An FMSO set determines a subset of equations of the model with minimal redundancy from which an ARR sensitive to a set of faults can be obtained. Two solutions for generating FMSOs for the global system are presented, in a decentralized framework with supervisors at each level of a hierarchy and in a totally distributed framework. These are based on the properties of the FMSO sets for the subsystems in relation to those of the global system derived in the thesis. The second part formulates the optimization problem in a heuristic search framework and proposes three solutions based on iterating an A* algorithm combined with a function able to assess whether a global FMSO set can be achieved from the selected local FMSO sets. The concepts introduced in the thesis and the results are applied to the case study of a Reverse Osmosis Desalination Plant and a Spacecraft Attitude Determination and Control System of a Low Earth-Orbit Satellite. / Tesis

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

Ingeniero Civil / Un marco autocentrante de acero consiste básicamente en una unión viga columna que tiene la particularidad de no quedar con deformaciones remanentes significativas cuando es sometida a cargas laterales. Dicho sistema consiste, a grandes rasgos, en involucrar un cable pretensado a lo largo del sistema resistente del edificio. Este sistema de unión fue ideado y diseñado en la universidad de Lehigh, Pennsylvania, Estados Unidos; y aunque no se han probado modelos a escala real, se han ensayado especímenes a menor escala junto con modelos analíticos, mostrando en base a estos resultados las bondades de dicha estructuración. Este trabajo consiste en el estudio del comportamiento sísmico de edificios estructurados a partir de marcos autocentrantes de acero. Los objetivos del trabajo son la obtención de los parámetros de diseño sísmico (en base a análisis no lineales) y la propuesta de las respectivas recomendaciones de diseño. Primero, se revisó antecedentes generales acerca del predimensionamiento de los edificios utilizados, involucrando la metodología a utilizar en su dimensionamiento, así como las consideraciones de diseño (ubicación, importancia, entre otros). Posteriormente, se procedió a realizar el diseño de tres edificios prototipo (de 3, 10 y 20 pisos), revisando el cumplimiento de las normas vigentes. Luego, se realizó los análisis no lineales de cada estructura, estudiando los edificios diseñados a partir del análisis de modelos planos de los ejes resistentes, utilizando no linealidades debido a cargas (estáticas y dinámicas) y materiales. Esto involucra la determinación de la capacidad y la demanda sísmica de la estructura. Para el caso de la capacidad, se tiene dos alternativas de evaluación: Análisis no lineal estático (Pushover) y análisis no lineal dinámico (time-history), mediante el uso de registros escalados del terremoto del 27 de Febrero de 2010. Con esto, se procedió a determinar el factor de modificación de la respuesta estructural para este tipo de edificio, así como también el factor de sobreresistencia Ω_0 y el factor de amplificación de la deflexión, C_d. Finalmente, se realizó un análisis de sensibilidad respecto al uso del corte mínimo estipulado en la norma de diseño correspondiente, estudio que proporciona recomendaciones de diseño importantes en cuanto a comportamiento y optimización de elementos estructurales. El resultado de los análisis arroja que de acuerdo a las consideraciones bibliográficas es correcto diseñar edificios prototipo considerándolos como marcos especiales. Sin embargo, para edificios altos no es necesario considerar la restricción de corte mínimo, lo cual posibilita tener diseños menos pesados y con mejores comportamientos. Se encontró que los diseños poseen una alta sobrerresistencia y una nula reducción por ductilidad, teniéndose en consecuencia, para este tipo de estructuración, un valor de R_0 = 4. Esto se debe al aumento de resistencia que poseen los marcos al estar integrados con cables lo que conlleva al poco daño ocasionado por los registros usados. La evaluación de la respuesta de estos sistemas, frente al conjunto de acelerogramas chilenos, indica desplazamientos máximos de piso iguales o inferiores al 0.2% de la altura de éstos. La comparación entre la respuesta lineal-elástica y la respuesta no lineal de los modelos sugiere que los edificios diseñados no incursionaron en el rango inelástico. Finalmente, se obtuvo la comparación entre marcos convencionales y marcos autocentrantes, teniéndose la nula presencia de desplazamientos laterales para los últimos.

Ingeniera Civil, Mención Estructuras / Las tecnologías para la rehabilitación de estructuras dañadas resultan de especial relevancia en países sísmicos. En el caso de estructuras frágiles de hormigón armado y de albañilería se han estudiado diferentes sistemas de reparación estructural, en busca de un refuerzo cuyas propiedades sean compatibles con las del sustrato y que restituyan la integridad y recuperen o aumenten de buena manera la capacidad portante de los elementos. El objetivo principal del presente trabajo de título consiste en el estudio de la metodología de diseño de uno de estos sistemas de refuerzo, sistema conocido como FRCM*. Este tipo de refuerzo es un material compuesto, constituido por aglomerante cementíceo como matriz y malla de fibras minerales como refuerzo, el cual se adhiere externamente a los elementos de hormigón armado, con mínima alteración arquitectónica. Este sistema de refuerzo es considerado como una solución prometedora para la recuperación de estructuras dañadas. En este trabajo se realiza primeramente una revisión bibliográfica de manera de contextualizar los avances y las principales características del refuerzo y comparar con el método actualmente en uso, refuerzo conocido como FRP**, variante del cual surge el desarrollo del FRCM. Uno de los objetivos de esta memoria es el estudio la precisión del método de diseño, que se realiza a partir de las disposiciones que establece el manual de diseño ACI 549, para elementos representativos de vigas y columnas a partir de resultados experimentales obtenidos de estudios de laboratorios de otros autores. De estos análisis comparativos se concluye que la norma de diseño cuantifica de manera conservadora los aumentos de capacidad de los elementos. Como aplicación de la metodología a un caso práctico, se estudia el diseño del refuerzo FRCM para una estructura real, que ha sufrido deterioro en su manto, con agrietamiento y deslaminación. Se trata de una chimenea de hormigón armado perteneciente a una termoeléctrica de carbón, ubicada en Ventanas, V región. Se propone realizar la consolidación del manto exterior, lo que permite llevar la estructura a su estado original, recuperando la capacidad estructural y prolongando su período de servicio. *FRCM: Fabric Reinforced Cementitious Matrix **FRP: Fiber Reinforced Polymer

Ingeniero Civil / Los arriostramientos convencionales de acero se pandean en compresión y se fracturan en pocos ciclos. Por dicho motivo se propone como elemento de protección sísmica, un arriostramiento de pandeo restringido que usa un material no tradicional para confinar el elemento de acero con el fin de evitar el pandeo. Este trabajo tiene como objetivo estudiar experimentalmente el comportamiento de un arriostramiento de pandeo restringido por un material no tradicional ante solicitaciones monotónicas y cíclicas. El ensayo consiste, básicamente, en imponer a los arriostramientos desplazamientos monotónicos o cíclicos, alternadamente de tracción y compresión, a niveles crecientes de amplitud hasta llegar a la falla del elemento. Además se verifican las propiedades dinámicas (módulo de corte G y amortiguamiento β) del elastómero utilizando una máquina para ensayar probetas a corte directo y las propiedades mecánicas del núcleo de acero. Se fabrican 4 probetas con distintas configuraciones del tubo exterior y de la interfaz entre el núcleo y el material confinante. La primera consta de un tubo cuadrado, una interfaz no adherida o unbonded; la segunda consta de un tubo cuadrado, una interfaz unbonded; la tercera consta de un tubo cuadrado, una interfaz adherida o bonded y la cuarta consta de un tubo exterior cuadrado con tapas en sus extremos, una interfaz unbonded. A la primera se le aplica una acción monotónicamente creciente y a las otras tres acciones cíclicas crecientes en magnitud. Se concluye que el nuevo material confinante restringe parcialmente el pandeo del núcleo de acero, los ciclos de histéresis presentan mayor capacidad en tracción que en compresión, en tracción se observa la fluencia del acero y los arriostramientos tienen capacidad de disipación de energía. Además, el peso del prototipo es menor que los arriostramientos rellenos con mortero de hormigón, lo que avala continuar con el estudio de estos prototipos. Esta investigación es financiada por el proyecto CA13I10026 del Programa IDeA Fondef Conicyt.

Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo de título es reproducir los acelerogramas observados en superficie sobre distintos tipos de suelo durante el terremoto de Tohoku de 2011. Primero, se implementa la metodología estocástica de falla finita propuesta por Otárola y Ruiz (2016) para generar registros de aceleración en el basamento rocoso de los sitios a partir del modelo de ruptura del terremoto propuesto por Kurahashi e Irikura (2011). Este método genera acelerogramas sintéticos en dos componentes horizontales ortogonales y en la vertical, considerando ondas sísmicas compresionales y de corte, polarizadas en la horizontal SH y en la vertical SV. Posteriormente, estas ondas sísmicas se propagan a través del suelo mediante el uso de funciones de transferencia que se deducen a partir del Método de Rigidez desarrollado por Kausel (1981). Los registros sintéticos de aceleración obtenidos en este trabajo capturan los impulsos asociados a las asperezas del modelo de ruptura. Además, se logran simular apropiadamente los espectros de respuesta observados en la base de las estaciones y se verifica la proporcionalidad de la amplificación respecto a su rigidez. Al incorporar el efecto de sitio a través de las funciones de transferencia, se verifica que las componentes horizontales se amplifican en las mismas frecuencias que el registro observado y con la misma amplitud. Sin embargo, aunque la componente vertical captura razonablemente la magnitud de las aceleraciones, no ajusta las frecuencias donde ocurren los peaks de energía. La metodología propuesta en este trabajo contempla fundamentos físicos de la propagación de ondas sísmicas, tanto en la corteza terrestre como en su superficie, logrando reproducir la evolución temporal del registro sísmico, lo que es fundamental en problemas como el análisis no lineal de estructuras.

Con la utilización de una nueva generación de telescopios robóticos se ha hecho posible la observación sincronizada de objetos desde cualquier lugar del planeta. Un problema aun no resuelto es el diseño de domos para este tipo de telescopios, los que deben resistir ráfagas de viento, nieve, terremotos, suciedad, radiación solar y variación de temperatura entre otros fenómenos. El objetivo de este trabajo es poder seleccionar el mejor tipo de domo existente en el mercado, para poder albergar a un telescopio robótico con un espejo de 50 cm de diámetro y toda su instrumentación, basándose en el comportamiento mecánico de la estructura frente a las condiciones adversas que debe soportar en el Cerro Tololo, La Serena, Chile. En donde se incluyeron cargas de nieve, gradiente térmico con radiación solar y cargas de viento. Se estudiaron 4 modelos de domos: 2 con un sistema de gajos rotatorios que permiten la apertura y cierre de la cúpula; y 2 con una estructura que permite la rotación total de esta con respecto a su eje vertical. Dentro de los domos con gajos, se realizó el estudio de un modelo construido 100% con fibra de vidrio y otro con una estructura metálica en su interior; dentro de los domos con estructura giratoria, se estudio un modelo construido 100% con fibra de vidrio y otro con su cubierta de aluminio. Parte importante del estudio se realizó a través del método de elementos finitos usando el software computacional COMSOL Multiphysics 3.5a para el estudio térmico y mecánico estructural; además, se utilizó el software Fluent 6.2.16 para el estudio fluido dinámico. Los resultados obtenidos mostraron que los domos con estructura giratoria según su eje vertical, presentan esfuerzos internos menores que los domos con sistema de gajos, para todas las cargas externas aplicadas. El domo de aluminio presento una concentración de esfuerzos similar al de fibra de vidrio, en términos de magnitud máxima, a pesar de que se consideró un espesor de 2 mm menor que el de fibra. El domo con gajos con estructura metálica interna, presentó un mejor comportamiento mecánico que el domo con gajos construido 100% con fibra de vidrio, para todas las simulaciones, sin embargo, el costo de construcción de la estructura es menor para este último. El gradiente térmico y la radiación solar presente en la zona no generaron concentración de esfuerzos considerables para la estructura.