La optimización de estructuras consiste en modificar un diseño inicial mediante un método que permita obtener la mejor alternativa que satisfaga unas condiciones preestablecidas. Generalmente, la mejor alternativa o diseño óptimo es aquel que tiene el menor peso o costo posible satisfaciendo al mismo tiempo las condiciones de seguridad y servicio establecidas en las normas y reglamentos de construcción. En esta tesis se diseñó un programa de cómputo que optimiza el peso de armaduras, o estructuras articuladas, bidimensionales de acero mediante el método de optimización denominado algoritmo genético. El algoritmo genético, basado en la teoría de la evolución de Darwin, utiliza un mecanismo similar a la “selección natural”, para seleccionar mejores soluciones, y operadores inspirados en la genética, como son el cruce y la mutación, para generar nuevos conjuntos de soluciones (Sánchez Caballero, 2012). El programa de cómputo consiste en generar variantes o soluciones aleatorias de la geometría de la estructura y, posteriormente, generar nuevas soluciones utilizando operadores genéticos. Dichos operadores genéticos copian, combinan y modifican las características de las soluciones generadas previamente, proporcionando mayor probabilidad de aparecer en el proceso a las características de las mejores soluciones. El proceso se repite generando soluciones nuevas y conservando las mejores alternativas, hasta que se cumpla un criterio de convergencia (Gestal, Rivero, Rabuñal, Dorado, & Pazos, 2010). El programa de computo fue elaborado en MATLAB© y contiene una rutina para el análisis estructural, una rutina para el diseño estructural conforme a la Norma E.090 del Reglamento Nacional de Edificaciones y una rutina de algoritmos genéticos para la modificación de algunas coordenadas geométricas de la armadura que disminuyan el peso de la estructura satisfaciendo los requerimientos normativos de resistencia y deflexiones permisibles. Los datos de entrada del programa son: coordenadas fijas de nudos, coordenadas variables de nudos, límites de coordenadas variables, restricciones en los apoyos, conectividad de los elementos, cargas estáticas en direcciones “X” e “Y”, combinaciones de carga, librería de perfiles, límites de desplazamiento y los valores de las variables que definen el algoritmo genético. El programa asigna un perfil a cada elemento de manera independiente y obtiene coordenadas independientes entre sí, las cuales no se ajustan a una geometría definida. De manera opcional, el programa puede restringir los resultados para satisfacer condiciones de simetría y restricciones de desplazamientos. El programa presenta como resultados las coordenadas óptimas, el peso propio de la armadura, fuerzas internas de los elementos, perfiles seleccionados y una gráfica con la geometría resultante de la armadura. En los ejemplos, se obtuvieron estructuras óptimas con una reducción de peso entre 6% y 30% con respecto al diseño inicial. Se muestra que las soluciones óptimas dependen de la geometría de la armadura, las cargas las cargas aplicadas, el tipo de perfil a utilizar y los límites de deflexión permisible en servicio. El tiempo y exactitud de las soluciones es muy sensible a los operadores del algoritmo genético. Se concluye que es posible disminuir el peso de este tipo de estructuras de manera considerable lo que podría repercutir en ahorros considerables en material en proyectos de gran envergadura de naves industriales, almacenes, galpones, etc. / Tesis

Hoy en día, el virus Sars-Cov2 en el Perú ha llevado que muchas personas trabajen y estudien desde casa, creciendo la demanda en la cobertura de internet en sectores, como educación, entidades públicas, banca, salud, etc. Estos cambios y la nueva tecnología 5G, IoT (Internet of things) han llevado que la demanda de las construcciones de infraestructura de telecomunicaciones crezca. La presente tesis busca estandarizar el análisis de diseño de infraestructura de telecomunicaciones, investigar sobre los efectos de las antenas en la población y realizar un análisis comparativo entre las normas americanas TIA/EIA-222-F, ANSI/TIA-222-G, Indian Standard y European Standard, para torres de telecomunicaciones autosoportadas en el Perú. El análisis se realiza según los siguientes parámetros: velocidad de viento, área a la exposición del viento máxima y altura de torre. Se estima que es posible acoplar las normas internacionales de diseño de estructuras de telecomunicaciones a la realidad peruana. Además, en base a lo analizado se estima que se puede realizar una estandarización de las torres autosoportadas según los requerimientos solicitados. El procedimiento usado consiste en realizar un análisis comparativo de torres autosoportadas de 30m, 42m y 54m con base cuadrada de 1.00m, 4.00m y 4.07m, respectivamente; “face panel” tipo DMH para 30m y 42m, y “face panel” tipo “XH” para 54m, analizadas en 3 velocidades básicas de viento: 75, 90 y 110 km/h con una carga de antenas de 03 APE4516R1v06, 03 RRU5502, 01 MW A23D06HAC y un EPA (effective projected área) adicional, todas las antenas a tope de torre; el AEV (área de exposición al viento) total asumido varía según la altura de la torre. Se consideran antenas tipo FLAT (planas) a excepción de la antena MW que se considera tipo SHIELDED. Las estructuras están sujeta a peso propio, carga muerta de equipos, escalerillas y feeders, carga viva y carga de viento. El análisis se dará según las normas TIA/EIA 222-F, ANSI/TIA-222-G, Indian Standard y European Standard. La presente tesis demuestra la posibilidad de poder mejorar la norma peruana bajo los estándares y cálculos usados en las normas internacionales según la realidad de región. Las verificaciones y cálculos son variables respecto a cada norma y según las características usadas. / Today, the Sars-Cov2 virus in Peru has led many people to work and study from home, increasing demand for internet coverage in sectors, such as education, public entities, banking, health, etc. These changes and the new 5G technology, IoT (Internet of things) have led the demand for telecommunications infrastructure constructions to grow. This thesis seeks to standardize the analysis of telecommunications infrastructure design, investigate the effects of antennas on the population and perform a comparative analysis between the American standards EIA-22F, 22G, Indian Standard and European Standard, for self-supporting telecommunications towers in Peru. The analysis will be carried out according to the following parameters: wind speed, maximum wind exposure área and tower height. It is estimated that it is possible to link the international standards for the design of telecommunications structures to the Peruvian reality. In addition, based on what has been analyzed, it is estimated that a standardization of the self-supporting towers can be carried out according to the requested requirements. The procedure used consists of carrying out a comparative analysis of self-supporting towers of 30m, 42m and 54m with a square base of 1.00m, 4.00m and 4.07m, respectively; DMH type face panel for 30m and 42m, and XH type face panel for 54m, analyzed in 3 basic wind speeds: 75, 90 and 110 km/h with an antenna load of 03 APE4516R1v06, 03 RRU5502 , 01 MW A23D06HAC and an additional EPA (effective projected área), all antennas at the top of the tower; the assumed total AEV (wind exposure área) varies according to the height of the tower. FLAT type antennas are considered except for the MW antenna, which is considered SHIELDED type. The structures are subject to their own weight, dead load of equipment, ladders and feeders, live load, and wind load. The analysis will be given according to the TIA/EIA 222-F, ANSI/TIA-222-G, Indian Standard and European Standard. This thesis demonstrates the possibility of being able to improve the Peruvian norm under the standards and calculations used in international norms according to the reality of the region. The verifications and calculations are variable with respect to each standard and according to the characteristics used.

Los elementos prefabricados se han abierto camino en el mercado mundial debido a sus diversas ventajas; sin embargo, se deben tener consideraciones importantes al momento de diseñar con estos. El presente trabajo de investigación expone dichas consideraciones, así como las ventajas que presentan estos elementos. Las consideraciones para el diseño con elementos prefabricados deben ser tomadas en cuanta desde la concepción del elemento a usar. Se debe definir que elemento es el prefabricado a usar y que función tendrá en la estructura para luego analizar el tipo de conexión que tendrá con los demás elementos. Posteriormente se podrá analizar también el tipo de falla que posiblemente tendría y el comportamiento sísmico de los mismos. Asimismo, se exponen las ventajas durante el proceso constructivo, las consideraciones durante este y el beneficio que tiene el uso de estos elementos en un contexto tan difícil y diferente como el actual. El distanciamiento social y la necesidad de que el sector no se detenga económicamente, brinda como opción más viable el uso de nuevas metodologías como esta. Es importante mencionar que los códigos de diseño empleados en nuestra normativa aun no cobren este tipo de elementos por lo que se debe tener en consideración al momento de proponer el uso de estos al constructor. El mercado peruano aun es conservador por lo que se requiere exponer mejor las ventajas de esos elementos y educar a los constructores acerca del uso correcto de estos al momento de instalarlos.

El presente trabajo muestra el estudio del comportamiento del sistema estructural Tubo en Tubo y la comparación de este esquema respecto de otros sistemas estructurales para edificios altos. La justificación de la investigación se presentó dada la alta demanda por desarrollar edificaciones verticales con mayores alturas en base a sistemas tubulares capaces de resistir mejor las fuerzas que ejercen el viento y los sismos. Para comprender mejor el funcionamiento de este sistema estructural se analizan casos de estudios teóricos diseñados con códigos sísmicos y de viento de la India. En todos los casos se reconocen los sistemas estructurales empleados y se idealizan tomando en cuenta las principales características, requerimientos y propiedades constructivas y estructurales. Posteriormente, todos los casos se evalúan con una serie de acciones de cargas laterales similares que permiten que los resultados se puedan comparar. La evaluación de estos casos nos permite analizar la eficiencia de cada esquema por medio de los desplazamientos máximos, deformaciones, fuerzas cortantes y estados de daño obtenidos en los análisis.

La respuesta estructural ante terremotos es compleja debido a las componentes aleatorias y al cambio de propiedades que las estructuras experimentan durante el movimiento. Para simplificar el análisis y el diseño, las normas y códigos de ingeniería tienen métodos para estimar la respuesta inelástica usando procedimientos elásticos. Una de las simplificaciones empleadas en la norma peruana de diseño sismorresistente RNE E.030, es el cálculo de los desplazamientos inelásticos empleando un factor (α R) que multiplica al desplazamiento resultantes de un análisis elástico con solicitaciones sísmicas reducidas (por R). Ambos factores (αR y R) según E030 son independientes del periodo estructural; sin embargo de acuerdo a investigaciones realizadas en otros países esto no es así para la zona de periodos cortos. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de las estructuras inelásticas en la zona de periodos cortos con la finalidad de sugerir una relación entre el factor de reducción y el periodo estructural para curvas de ductilidad constante. Se emplearon 10 registros de la región para construir espectros de ductilidad constante (μ= 1.5 a 10). Con cada una de las estructuras correspondientes a estas ductilidades y en un rango de periodos de T=0 a T= 3 s se obtuvieron los factores de reducción de solicitaciones sísmicas. Luego se construyeron superficies de ajuste (μ, R y T). Con la finalidad de contribuir a la norma peruana se han asumido factores de sobrerresistencia (Ω=2.5) siguiendo las recomendaciones del ASCE7-16 y se hacen 2 sugerencias para la variación de R en periodos cortos. La primera considerando que para periodos cortos la aceleración espectral es una plataforma y no tiene caída hacia el PGA (versión actual E.030-2018); y la segunda considerando el cambio del espectro actual de la norma para incluir la caída hacia el PGA. Para estructuras de periodo corto, entre 0 y 0.25 s, los desplazamientos calculados con estructuras inelásticas de 1GLD son de 1.62 a 6.72 veces los estimados con la norma actual para estructuras de periodo corto. Si se actualizara la norma con la rampa creciente estos desplazamientos serían de 2 hasta 8.5 veces. Para estructuras de periodo largo, los desplazamientos calculados con estructuras inelásticas de 1GDL son 1.25 a 1.33 veces mayores a lo estimado con la norma actual. Se presenta como resultado una expresión de ajuste de resultados que permite construir espectros de ductilidad constante, precisando que las fuerzas sísmicas que se empleen en el diseño en ningún caso serían menores a las indicadas en la norma actual. Para mejorar la predicción de resultados de la norma se sugiere seguir estudiando la relación ya que se identificó que el valor α de la norma debería tomar el valor de 1 para estructuras con ductilidad demandada de 2 o menor y el valor de α=0.9 para estructuras con demandas de ductilidad mayor a 2. Los valores elegidos tienen una excedencia de sólo el 5% de los casos. En la zona de periodos cortos se sugiere continuar los estudios a una escala mayor para modificar el factor de reducción de acuerdo con la expresión propuesta en este trabajo y considerando una rampa creciente hasta el PGA. Con ello se podrá construir espectros de ductilidad constante, pero teniendo en consideración que las fuerzas sísmicas para el diseño no serían menores a los de emplear la plataforma horizontal de la norma actual.

En la actual Norma Peruana de Diseño Sismorresistente, las características del suelo de fundación y su impacto en la respuesta de la estructura se representan en una modificación de la aceleración en el sitio de la edificación. Dicho factor se magnifica en la medida de la cantidad de energía remanente después de la disipada por la deformación del suelo debido a un determinado nivel de sismo. Por lo tanto, el efecto del suelo incide directamente en la construcción del espectro de diseño. Sin embargo, no se acompaña dicha consideración de las propiedades del terreno durante el proceso de análisis. El desarrollo de la investigación y planteamiento de modelos más acertados con el comportamiento estructural surge con la necesidad de incrementar la confiabilidad de los resultados acordes a los objetivos de la ingeniería de desempeño y resiliencia. Por tal motivo, la interacción suelo-estructura es una de las principales líneas de estudio y busca conocer la modificación del movimiento del sistema de fundación. En el presente trabajo de investigación se realiza un análisis modal espectral de un pabellón escolar de dos niveles y una azotea de muros de concreto armado, cimentado sobre un suelo arcilloso de baja plasticidad (clasificación S2 según Norma E.030). Se pretende validar los modelos dinámicos de interacción suelo-estructura propuestos en las guías de diseño sismorresistente ASCE 41-13 y GBDS 2020. Asimismo, se compara los resultados obtenidos frente a un modelo de base fija en términos de fuerzas y desplazamientos del sistema y los elementos estructurales, dentro de los lineamientos de la Norma Peruana. Finalmente, a partir de las comparaciones de cada modelo, se concluye que la flexibilización de la base genera un estiramiento del periodo, incremento de las derivas, así como problemas de irregularidad torsional. Asimismo, la incidencia en las fuerzas de diseño tiene una mayor variabilidad según el tipo de elemento y su ubicación.

La presente investigación consiste en la evaluación del comportamiento inelástico de un pabellón educativo con aislamiento sísmico diseñado en concreto armado y acero estructural. Además, se pretende revisar el desempeño y capacidad de ductilidad a partir del comparativo entre sistemas estructurales. La investigación comienza con el desarrollo los modelos estructurales para el pabellón educativo con aisladores elastoméricos de núcleo de plomo, e introducir las propiedades inelásticas de los elementos, para lo cual se utilizará los diagramas momento-curvatura de cada sección que requiera ser analizada para cada sistema estructural. Seguido a ello, se realizan los análisis no lineales: el análisis estático no lineal y el análisis dinámico no lineal. El primero corresponde a exponer a los sistemas estructurales a cargas monotónicas; y el segundo, expone a las estructuras a registros sísmicos reales, los cuales deben ser debidamente escalados. Finalmente, se determina el comportamiento estructural, la secuencia de agotamiento de las secciones de cada sistema estructural con y sin aislador, y el desempeño inelástico de cada propuesta estructural con base aislada, el cual debe ser funcional frente a un sismo raro de acuerdo a lo indicado por el comité VISION 2000. La finalidad de la presente investigación es demostrar cuál de los sistemas estructurales, sobre un sistema de aislamiento sísmico, tendrá un mejor comportamiento inelástico.

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. / Tesis

El presente proyecto de tesis consiste en el análisis y diseño de un edificio de concreto armado de 10 pisos destinado a oficinas ubicado en el distrito de Miraflores, Lima. La capacidad portante del suelo donde se ubica la edificación es de 4 kg/cm2. Las dimensiones en planta del edificio son de 12 m x 30 m, teniendo un área de terreno total igual 360 m2; en cuanto a la altura, considerando desde un nivel de piso terminado a un nivel piso terminado superior, es de 3.3 metros, teniendo una altura total de 33 metros. El primer piso estará destinado al uso de estacionamiento y se contará con un total de 5. Del piso 2 al 10 son típicos y se contará con dos oficinas por piso, teniendo un total de 18 oficinas. El sistema estructural de la edificación consiste en muros estructurales perimetrales e interiores, distribuidos de tal forma que proporcionen una buena rigidez lateral para ambas direcciones. El sistema de techado consiste en losas aligeradas en una dirección y losas macizas en ambas direcciones para la región central de la edificación. La primera etapa del proyecto consiste en la estructuración y predimensionamiento de los elementos estructurales; para ello, se empleó los criterios proporcionados por el libro ¨Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado¨ (Blanco, 1997). Se buscó una estructura simple; ya que, ésta tiene un mejor comportamiento durante los sismos, además que resulta más fácil de analizar y predecir su comportamiento. La segunda etapa consiste en el análisis sísmico; para ello, se empleó el programa ETABS 2016 v.16.1. Se buscó estimar el comportamiento sísmico de la edificación según los lineamientos de la Norma E.030 - Diseño Sismorresistente; para con ello, evaluar si nuestra estructuración y predimensionamiento son los adecuados. La tercera etapa consiste en el diseño de todos los elementos estructurales de la edificación, tales como: vigas, placas, losas macizas, losas aligeradas, cimentación y escalera. Para ello, se empleó los criterios indicados en la Norma E.060 - Concreto Armado.

La Tesis comprende el análisis y el diseño de una estructura de diez (10) pisos de concreto armado; la misma que incluye una comparación del diseño de la estructura sea con o sin aislamiento sísmico en su base. La edificación se encuentra ubicada en la ciudad de Lima sobre un terreno que tiene una buena capacidad portante, y su uso está destinado para oficinas. El proyecto contempla el uso de aisladores sísmicos para el análisis y el diseño del edificio. Así, para la elección del sistema de aislación más apropiado, se han diseñado dos (2) sistemas: (i) aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDR); y, (ii) aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB). Luego de ello, se ha realizado un análisis dinámico modal espectral al edificio en estudio aislado, según el ASCE7-10, con el propósito de evaluar cuál es el sistema de aislación más adecuado. Una vez elegido el sistema, se ha realizado una comparación de respuesta entre la estructura de base fija y aislada mediante el análisis tiempo-historia; así como, una simple valorativa de sus costos directos.