El problema geotécnico referido al cálculo de la capacidad de carga en una zapata infinitamente larga se puede enfocar desde diversos puntos de vista en cuanto al método de solución a utilizar. Existen diversos métodos con los cuales se puede llegar a una estimación, sin embargo, cada una de estos posee diversas consideraciones, tanto en la satisfacción de las condiciones de equilibrio como en la compatibilidad del sistema. En este proyecto se analiza comparativamente la relación entre los valores de capacidad de carga para un suelo granular (GP) particular, mediante el método de los elementos finitos (FEM por sus siglas en inglés) y métodos analíticos, considerando variaciones tales como la profundidad de cimentación, la dimensión de la zapata o el modelo constitutivo del suelo (solo para el caso de elementos finitos). Se modeló el problema geotécnico empleando el programa PLAXIS para doce (12) zapatas diferentes. Asimismo, se estimó la diferencia entre la capacidad de carga considerando las diferentes formulaciones tanto de autores pioneros en el tema como Prandtl (1920) y Terzaghi (1948), además de autores posteriores como Meyerhof (1963), Hansen (1970), Vesić (1975) y Chen (1972). Finalmente, se definieron las principales diferencias entre los métodos empleados, las cuales refieren a la definición de estados de falla, la regla de flujo asociada (determinada por el parámetro de dilatancia) y el estado tensorial del problema. Asimismo, se precisaron tendencias en cuanto a la coincidencia entre los métodos analíticos con FEM, teniendo en cuenta las diversas variables mencionadas anteriormente.

This thesis work involve an analysis and design of two types of surface foundations used in electrical transmission towers based on international and national standards applied to the reality of the country. This study is applied to a 43.1m high transmission tower that is part of a project called "Línea de Transmisión 220 kV La Virgen - Caripa". About the design of the foundations, compression and turning verifications are made to define the geometry and size in order to respect the bearing capacity of the ground (1kg / cm2), in addition the foundation is designed by punching, cutting, bending and the verification by removal. A metal tower is modeled in the SAP2000 software, having previously defined all the loads in the structure to obtain the compression and tensile reactions at the base, with this reactions manual calculations are carried out for the different verifications and compared with the results obtained by the SAFE software when modeling the superficial foundations in this program, thus resulting in verification by compression being the determining factor for the geometry of the foundation in soils with low resistance. Finally, the types of surface foundations designed for the transmission tower are compared in terms of cost, being the footings the most economical type of foundation in comparison with a foundation slab and the structural plans of these surface foundations are presented. / El presente trabajo de tesis trata el análisis y diseño de dos tipos de cimentaciones superficiales usadas en torres de transmisión eléctrica basándose en normas internacionales y nacionales aplicadas a la realidad del país. Este estudio es aplicado a una torre de transmisión de 43.1m de altura que forma parte de un proyecto denominado “Línea de transmisión 220 kV La Virgen – Caripa”. Para el diseño de las cimentaciones se hacen verificaciones por compresión y volteo para definir la geometría y cumplir con la capacidad admisible del terreno (1kg/cm2), a su vez el diseño por punzonamiento, corte, flexión y verificación por arranque de la estructura de concreto armado. Se modela una torre metálica en el programa SAP2000 habiéndose definido previamente todas las cargas que llegan a la estructura para obtenerse las reacciones de compresión y tracción en la base; con las reacciones halladas en la base se realizan cálculos por métodos analíticos y métodos numéricos (FEM) para las distintas verificaciones comparando así los resultados que se obtiene de las hojas de cálculo con el software SAFE al modelarse las cimentaciones superficiales dando como resultado que la verificación por compresión es el factor determinante para la geometría de la fundación en suelos con baja resistencia. Finalmente, se comparan los tipos de cimentaciones superficiales diseñados para la torre de transmisión en términos de costo resultando las zapatas aisladas el tipo de cimentación más económica versus una losa de cimentación y se presentan los planos estructurales de estas cimentaciones superficiales.

Este trabajo consiste en la evaluación constructiva y económica de dos métodos de mejoramiento de terreno para la cimentación de un Espesador de Concentrados de tipo tanque elevado metálico de 43 metros de diámetro, la descripción del proceso constructivo y desarrollo del cronograma de ejecución de la alternativa seleccionada. El primer método planteado fue el mejoramiento de terreno mediante el retiro de 7 metros de profundidad aproximadamente y reemplazo de material inadecuado por una capa de cuatro metros de enrocado y sobre ello colocar tres metros de concreto ciclópeo para sostener a una losa de concreto armado de 2 metros de espesor y la segunda alternativa propuesta fue de mejoramiento del terreno de fundación con la ejecución de 305 micropilotes (de 12 y 16 pulgadas de diámetro) dispuestos radial y concéntricamente debajo del área donde se ubicaría la losa de cimentación (43 metros de diámetro). Las facilidades de construcción, ahorro económico y ventajas técnicas fueron las razones por las cuales se escogió la alternativa de mejoramiento del terreno mediante la ejecución de micropilotes, el cronograma propuesto en este trabajo está basado en la experiencia y se muestran las oportunidades de mejora que se identificaron para optimizar los plazos y el uso de los recursos. El mejoramiento del terreno mediante micropilotaje es un trabajo especializado que requiere de una adecuada planificación basada en la disponibilidad de espacios, maquinaria y mano de obra para poder realizarse sin inconvenientes en el plazo deseado, se recomienda la aplicación de ésta metodología especialmente para casos como éste en el cual en el terreno a mejorar mediante reemplazo es abundante y presenta un nivel freático alto.

Aún con los constantes avances en la industria de la construcción, existen puntos clave que continúan siendo relevantes en la toma de decisiones para el diseño y ejecución de un proyecto. Puntos como la selección de un suelo apropiado para cada tipo de proyecto. Ahora bien, uno de los principales impedimentos está relacionado a no poder obtenerse un suelo adecuado que permita garantizar la estabilidad y durabilidad que se requiere. Si a esta problemática le añadimos que, la constante demanda en infraestructura a nivel mundial exige a su vez un incremento en la demanda del hormigón, cuya producción contribuye en la emisión de gases de efecto invernadero y alternativas como la implementación de impresión 3D aplicada a la industria de la construcción introduce varios retos de ingeniería desde el punto de vista de los materiales. La búsqueda de una manera apropiada de estabilizar el suelo, así como poder generar la capacidad de auto-reparación en los elementos impresos, se traduce en una necesidad que requiere pronta atención. Esta tesis propone el desarrollo de una metodología para estabilizar el suelo y para auto-reparar matrices empleadas en impresión 3D catalizadas por la enzima ureasa. De los resultados adquiridos para la estabilización de suelos, la evaluación de durabilidad frente a la erosión por agua nos indicó que la mezcla de suelo modificado con CaCl2-urea con concentración equimolar de 1 M y solución enzimática de 5 U, presenta una pérdida de masa de sólo el 18.35 %, en comparación con la erosión completa de la muestra en el agua en el caso de la mezcla de suelo con agua. Por su parte, el ensayo de compresión indicó que el uso de una solución enzimática afectó negativamente a las propiedades mecánicas del material con un nivel de resistencia a la compresión inferior de 35.5 % con respecto al de las muestras no estabilizadas. Por otro lado, los resultados adquiridos luego del proceso de reparación para el caso de matrices de suelo muestran que los defectos intervenidos se pudieron rellenar casi por completo, aunque se evidencia la presencia de erosión debido a la inestabilidad de la propia matriz de suelo frente al contenido líquido propio de la solución enzimática. Lo cual no se evidencia en matrices cementicias, donde los defectos se repararon sin evidencia de erosión. Finalmente, el ensayo de compresión en las muestras auto-reparadas indicó que, el uso de una solución enzimática afectó negativamente a las propiedades mecánicas de matrices de suelo. Esto debido a la erosión mencionada con anterioridad al aplicarse la solución enzimática directamente. Por su parte, el uso de una solución enzimática logra mantener las propiedades mecánicas de matrices cementicias, donde se alcanza un valor idéntico en resistencia a la compresión con respecto al de las muestras intervenidas. / Even with the constant advances in the construction industry, there are crucial points that continue to be relevant in the decision-making process for the design and execution of a project. Points such as the selection of an appropriate soil for each type of project. However, one of the main impediments is related to not being able to obtain adequate soil to guarantee the required stability and durability. If we add to this problem that the constant demand for infrastructure worldwide requires an increase in the demand for concrete, whose production contributes to the emission of greenhouse gases, and alternatives such as the implementation of 3D printing applied to the construction industry introduce several engineering challenges from the point of view of materials. The search for an appropriate way to stabilize the soil, as well as to be able to generate the capacity of self-healing in the printed elements, translates into a need that requires early attention. This thesis proposes the development of a methodology to stabilize soil and to self-repair matrices used in 3D printing catalyzed by the enzyme urease. From the results acquired for soil stabilization, the evaluation of durability against water erosion indicated that the soil mixture modified with CaCl2-urea with equimolar concentration of 1 M and 5 U enzyme solution, presents a mass loss of only 18.35 %. In comparison with the complete erosion of the sample in water in the case of the soil-water mixture. The compression test indicated that the use of an enzyme solution negatively affected the mechanical properties of the material with a level of compressive strength 35.5 % lower than that of the non-stabilized samples. On the other hand, the results obtained after the repair process for the case of soil matrices show that the intervened defects could be almost filled, although the presence of erosion is evidenced due to the instability of the soil matrix itself against the liquid content of the enzymatic solution. This is not evident in cementitious matrices, where the defects were repaired without evidence of erosion. Finally, the compression test on the self-repaired samples indicated that the use of an enzyme solution negatively affected the mechanical properties of soil matrices. This was due to the previously mentioned erosion when the enzyme solution was applied directly. However, the use of an enzymatic solution did not show a significant increase in the mechanical properties of cementitious matrices, where an identical value in compressive strength was achieved with respect to that of the treated samples.

La presente investigación tiene como objetivo es evaluar el comportamiento mecánico de un suelo arcilloso con inclusiones de fibras de polipropileno, con la finalidad de mejorar las propiedades del suelo aumentando los valores de sus parámetros de resistencia y retrasando la proliferación de grietas por la disminución en sus cambios volumétricos. Las fibras de polipropileno son utilizadas como refuerzo de una arcilla extraído del distrito de Wanchaq en Cusco. Las fibras de polipropileno son de 0.88 mm de diámetro y 5 mm de longitud en diferentes porcentajes: 0.3%, 0.6%, 0.9% y 1.2% respecto al peso seco del suelo. Se realizaron ensayos en laboratorio tales como la humedad, granulometría por tamizado, gravedad específica de sólidos, límites de consistencia, ensayo de compactación Proctor modificado, CBR y corte directo. Como resultado, se obtuvo que la arcilla de baja compresibilidad y reforzada con 0.3% y 0.6% de fibras, pasó de clasificación de subrasante insuficiente a subrasante regular, según el Manual de Carreteras del MTC, y de subrasante regular a subrasante buena, según la norma CE.010 Pavimentos Urbanos. También se obtuvo que la arcilla reforzada con 0.3% de fibras obtuvo una mejora de los parámetros de resistencia al corte, de ángulo de fricción y cohesión del 34% y 71%, respectivamente, con respecto al suelo sin reforzamiento.

Actualmente, la omisión de las deformaciones del suelo durante el proceso de análisis estructural de edificaciones se ha convertido en una práctica usual en el Perú que desestima el efecto de la ISE en el margen de seguridad de los elementos estructurales diseñados. Esto se debe a que la fundación usualmente es modelada como nodos sin libertad de movimiento, hecho que puede concluir en un diseño poco conservador. El objetivo de esta investigación es determinar el impacto de la ISE en el margen de seguridad de los elementos estructurales de un pórtico de 4 niveles, diseñado de forma convencional y cimentado sobre arena medianamente densa a densa. La tesis se sustenta en el comportamiento compresible del suelo, descrito inicialmente por Kondner (1963) mediante una relación hiperbólica entre el asentamiento y el esfuerzo aplicado en una zapata, y el procedimiento metodológico desarrollado por Picón & Ruiz (2019), que introduce la ISE en un pórtico plano en base a estudios de Li & Liu (2012) y el método de Winkler (1867). La metodología utilizada insertó la ISE en un pórtico diseñado frente a cargas de gravedad mediante dos procedimientos independientes, un proceso sistematizado de aplicación de ISE y una progresión creciente de distorsiones angulares aplicadas sobre la zapata más cargada. Por último, el impacto de la interacción fue determinado tras analizar la variación de parámetros de seguridad de flexión, corte y carga axial (RM, RV y RP) entre los estados inicial y final. En conclusión, en relación al primer procedimiento, la ISE resulta determinante en la integridad estructural a flexión de las vigas del pórtico analizado en particular, asimismo, el impacto crítico del fenómeno es más evidente al término del segundo procedimiento, donde α2=1/500 disminuye de forma alarmante el margen de seguridad.

Actualmente, se presentan nuevos retos en la construcción de infraestructuras y con ello una mayor demanda de nuevas soluciones en múltiples disciplinas de ingeniería, incluido en el campo de las cimentaciones. El presente estudio analiza teóricamente el comportamiento de un pilote cimentado en arena ante una carga lateral estática. El análisis de la interacción suelo-estructura se describe con los modelos Winkler, Ideal lineal elastoplástico y curva P-Y que representan el comportamiento del suelo utilizando curvas esfuerzo-deformación linealmente elástico, elastoplástico perfecto y curvo. Estos resultados permiten obtener la distribución de fuerza lateral, momento flector y deflexión del pilote a lo largo de la profundidad de análisis. En esta tesis se programa en Matlab la elaboración de la curva esfuerzo–deformación del suelo para cada uno de los modelos y los resultados de este análisis se desarrollan con los programas Matlab, D-Sheet Piling y L-Pile. El objetivo de esta tesis es presentar un análisis comparativo de la respuesta de cada modelo con relación a sus curvas esfuerzo-deformación, para determinar el mejor modelo que represente el comportamiento del suelo. Esta comparación se realiza con la metodología del MCA (Análisis Multicriterio) en la cual se asigna una serie de criterios de comparación basado en el marco teórico de los modelos y el análisis de la respuesta del pilote al aplicar una carga lateral estática de pequeña y gran magnitud. Se espera que la curva P-Y sea mejor modelo para analizar el comportamiento de un pilote cimentado en arena ante una carga lateral estática, porque ha sido desarrollado a través de múltiples ensayos, respaldado por múltiples fuentes científicas y recomendaciones de la API (Instituto Americano del Petróleo), por lo tanto, puede representar mejor el comportamiento del suelo y su interacción con el pilote.

Uno de los métodos más conocidos en el cálculo de asentamientos sobre suelos granulares es el método de Schmertmann. Este propone la obtención del valor del asentamiento a partir del uso del gráfico del factor de influencia de la deformación unitaria, el cual describe la variación de la deformación unitaria debido a la carga aplicada sobre la zapata a lo largo de la profundidad. Este gráfico tiene una configuración para el caso de zapatas cuadradas y otro para el caso de zapatas corridas, y plantea una interpolación lineal de los valores pico del gráfico y de la profundidad de influencia para obtener el asentamiento en una zapata. El principal objetivo de esta tesis ha sido determinar la validez de la interpolación lineal que Schmertmann plantea en su método de cálculo de asentamiento sobre suelos granulares para zapatas rectangulares, ya que este procedimiento es impreciso. Para tal fin, se llevó a cabo una serie de cálculos de asentamiento de manera manual con el método de Schmertmann y con las modificaciones planteadas por diversos autores. Estos valores se han comparado con los obtenidos a través de métodos computacionales por el software Plaxis 3D Foundation y haciendo uso del modelo constitutivo Hardening Soil. Se analizaron en total 17 casos de zapatas rectangulares de ancho constante de 2.4 m apoyadas sobre un estrato uniforme de arena limosa de parámetros calibrados a través del software y el modelo constitutivo anteriormente mencionados, sometidas a una carga constante de 200 kN/m2. Adicionalmente, se evaluó la variación de la deformación unitaria a partir de la construcción de las gráficas del factor de influencia planteado por Schmertmann. Los valores de asentamiento obtenidos a través del método computacional describen una variación no lineal, diferente a la planteada por Schmertmann. No obstante, los valores de asentamiento obtenidos por el método de Schmertmann difieren poco de los obtenidos por medio del método computacional, por lo que se puede inferir que la interpolación lineal del método de Schmertmann resta precisión al mismo. Se espera que futuras investigaciones puedan confirmar los resultados obtenidos en esta tesis a fin de establecer una metodología más precisa para el procedimiento de interpolación. PALABRAS CLAVE: Asentamiento, zapata rectangular, interpolación lineal, Plaxis 3D Foundation, Hardening Soil Model.

En este trabajo se desarrolló un análisis comparativo entre dos procedimientos usados para la estabilización de taludes, uno corresponde al uso de calzaduras y el otro al de muros anclados. El estudio parte haciendo una breve introducción en donde se describe la normativa vigente y se presentan las obras en estudio. Estas obras cuentan con dos y tres sótanos y medio respectivamente, con la idea de identificar a partir de cuántos sótanos resulta económicamente conveniente utilizar muros anclados. Las comparaciones comienzan haciendo un resumen de cada procedimiento con el fin de identificar diferencias entre ambos procedimientos, este análisis sirve de base para realizar la comparación referente al planeamiento en donde se puede observar que el procedimiento de muros anclados en ambos casos resultó ser 16% y 33% más rápido que el de calzaduras en condiciones estándar. Por otro lado, para el análisis económico, se usaron los rendimientos y análisis de precios unitarios de la empresa EDIFICA, empresa ejecutora de ambas obras, con la finalidad de llegar a valores reales económicamente y poder hacer una mejor comparación. Los resultados obtenidos muestran un ahorro de 14% y de 41% para el caso de dos y tres sótanos y medio respectivamente, utilizando el procedimiento de muros anclados. Como parte del estudio se hizo un análisis de seguridad, evaluando los principales peligros involucrados en cada procedimiento, en este caso se obtuvieron resultados similares ya que en ambos casos se tiene actividades como excavación masiva y perfilado que se consideran actividades de alto riesgo. Finalmente, se realizó un análisis sobre el impacto causado en las viviendas aledañas; por un lado, el impacto durante la construcción en donde ambos procedimientos generan los mismos inconvenientes hacia los vecinos; y por el otro, un impacto futuro económicamente positivo asumiendo que el vecino construirá un edificio de similares características. En este sentido, se ahorraría todos los gastos involucrados en la estabilización de taludes pues ya estarían los sótanos construidos, ahorro mucho mayor a la eliminación del sistema de estabilización que se encontraría en el terreno propio.

Existen diversos tipos de estructuras de suelo reforzado, entre los que destacan los muros de suelo reforzado con elementos extensibles y los reforzado con elementos inextensibles. Los elementos de refuerzo inextensibles consisten en flejes o mallas de acero, mientras que los elementos de refuerzo extensible son las geomallas o geotextiles. Con el propósito de poder establecer una comparación entre ambos sistemas de muros de suelo reforzado, se realizó el diseño para ambos sistemas, teniendo en consideración los mismos parámetros de diseño. En el diseño de muros de suelo reforzado con elementos extensibles, se puede verificar que los elementos de refuerzo (Geomallas) están afectados por numerosos factores de reducción, los cuales reducen significativamente su resistencia a la tracción en un 72%, lo cual genera un mayor factor de seguridad para la estructura. El factor de reducción de resistencia más influyente para los refuerzos extensibles es el que se debe al creep. Mientras que para los refuerzos inextensibles el factor más importante en la reducción de la resistencia es la disminución del espesor. Es por ello que el diseño para muros de suelo reforzado con elementos extensibles es mucho más conservador que para los muros reforzado con elementos inextensibles. Se puede concluir que los muros de suelo reforzado con elementos inextensibles son entre un 23 a 34% más costosos que los muros de suelo reforzado con elementos extensibles. Esta tendencia solo pudo ser verificada hasta una altura de diseño de 11.25m, la cual corresponde a la máxima altura diseñada para cada uno de los dos sistemas de muro de suelo reforzado. La envergadura de ambos sistemas de muros de suelo reforzado tiene influencia en los costos de los materiales. En el caso de los muros de suelo reforzado con elementos extensibles y fachada de bloques de concreto, para cualquier altura, el movimiento de tierra es el que tiene mayor influencia en el costo total del muro (de 46 a 51%) para el rango de alturas diseñadas (H=4.5m a H=11.25m). RESUMEN En el caso de los muros de suelo reforzado con elementos inextensibles y fachada de paneles de concreto, para cualquier altura, los elementos de refuerzo y el movimiento de tierra son los materiales que más influencia tienen en el costo total del muro de suelo reforzado.