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A medida que el hombre ha ido creando nuevas estructuras como grandes edificios. Estos se realizan sin importar que no cumplan con los límites de resistencia impuestos por los materiales tradicionales como son el hormigón armado o las estructuras hechas de perfiles de acero. En éstas estructuras, las columnas forman parte esencial de ellas, ya que a través de éstas se transmiten a la base las acciones a las cuales queda sometida la estructura. Es por esto que para grandes esfuerzos en elementos como columnas, hace un tiempo en países como U.S.A. y Japón, entre otros, se han utilizado desde hace más de veinte años columnas compuestas. Las cuales se encuentran formadas por hormigón armado y además perfiles de acero. Las columnas compuestas pueden ser clasificadas en tres tipos: secciones de acero embebido en hormigón armado (steel reinforced concrete, SRC), secciones circulares de acero rellenas de hormigón armado (concrete filled tuve, CFT) y secciones rectangulares de acero rellenas de hormigón armado (rectangular concrete filled tuve, RCFT). Esta sinergia existente entre ambos materiales entrega distintas ventajas: (1) en columnas CFT o RCFT, el acero incrementa la resistencia y ductilidad del hormigón por su efecto de confinamiento, el hormigón inhibe el pandeo local del perfil de acero y a la vez hace innecesaria la utilización de moldajes; (2) en columnas SRC el hormigón previene el pandeo local del perfil de acero y a la vez sirve como protector del fuego. Ahora, en base a las normativas existentes y las distintas investigaciones desarrolladas en distintos tipos de columnas compuestas. El objetivo principal de la presente memoria de título fue formular recomendaciones de diseño de columnas compuestas de acero y hormigón, sometidas a esfuerzos de tracción, compresión, flexión y corte. Para que puedan ser utilizadas en Chile como recomendaciones de diseño para el ingeniero que desee información más ordenada acerca del diseño de este tipo de columna. El resultado final de diseño propuesto para cada uno de los distintos tipos de columnas sometidas a cada uno de los distintos esfuerzos, fue que las normativas americanas se destacan en sus resultados en comparación con códigos europeos. Y a la vez para aquellos tipos de ensayos en los cuales no se encontró datos experimentales para poder llevar a cabo la comparación, se sugiere al lector diseñar, según el criterio que posea, entre alguna de las dos normas americanas. En base a los resultados obtenidos en la presente memoria de título. Se recomienda llevar a cabo estudios experimentales, de tal forma de obtener en base a datos reales el comportamiento de las columnas compuestas sometidas principalmente a esfuerzos de corte y de flexión pura. Los cuales no se encontraron datos experimentales de algunas columnas para poder llevar a cabo la comparación de cual método sería el apropiado.

Ingeniero Civil / El código utilizado en Chile para el diseño de elementos de hormigón armado se basa en el documento ACI318-08 Building Code Requirements for Structural Concrete And Commentary . Ambas normativas no hacen referencia y carecen de recomendaciones sobre la capacidad al corte de las columnas sometidas a cargas laterales biaxiales de corte. Producto de esto, se hace necesario entender el comportamiento de las columnas solicitadas por cargas de corte biaxial, con el fin de aplicarlo en el diseño de elementos de hormigón armado. Como objetivo global del estudio se buscó entender el comportamiento de las columnas cuadradas y rectangulares sometidas a fuerzas biaxiales de corte. Para lograr dicho objetivo se realizaron las siguientes tareas: se realizó una amplia revisión bibliográfica; se inspeccionó la normativa internacional vigente y sus disposiciones especiales en el diseño de estos elementos; se examinaron los ensayos sobre columnas fallando por corte al ser solicitadas de forma biaxial, formando una amplia base de datos; y se recolectó información sobre el comportamiento de las columnas en estudio. Cabe destacar que este trabajo consiste en una recopilación de información y en un análisis de datos, por lo que no incluye un programa experimental. Mediante el análisis de los datos recolectados, que consiste de 59 ensayos de columnas cortas fallando por corte, se dio validez a las metodologías usadas para predecir la capacidad al corte biaxial de las columnas. Estas metodologías fueron dos, una basada en el estudio de Umehara y Jirsa (1982) llamada curvas de interacción y la otra basada en el estudio de Woodward y Jirsa (1980) llamada análisis mecánico. Además de esto, se incluye una discusión sobre la manera en que se diseñan las columnas cortas de hormigón armado bajo cargas biaxiales. Y, por último, se midió la precisión de las expresiones dentro del ACI318-08. Los resultados de esta investigación indicaron que es posible estimar la capacidad al corte en direcciones no principales de una columna, si se conoce la capacidad en las direcciones principales. Utilizando esto, se observó que la capacidad al corte entregada por las expresiones del ACI es conservadora para las columnas solicitadas uniaxialmente y biaxialmente, siempre que se considere el impacto en la capacidad por la aplicación simultanea de las cargas. Basándose en la discusión sobre el diseño actual de estos elementos en conjunto con la metodología de las curvas de interacción, se llegó a la conclusión de que, considerar que trabajan independientemente ambos ejes principales de las columnas para el diseño, puede llegar a entregar un 30% menos de capacidad que la necesaria para las columnas cuadradas; y, para el caso de columnas rectangulares es necesario evaluar específicamente cada geometría. A pesar de que las expresiones del ACI son conservadoras uniaxialmente, algunas columnas en este estudio no alcanzaron sus capacidades esperadas por no estar considerado el efecto de las solicitaciones biaxiales.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / Una de las energías renovables más prometedoras hoy en día corresponden a las mareomotrices y undimotrices, siendo esta última el foco principal de este informe. La energía undimotriz se manifiesta como energía mecánica que se transporta a través de las olas marítimas, y los métodos para aprovecharla, junto con los procedimientos de máxima extracción de energía son un tema que merecen un estudio bien detallado. La energía undimotriz, posee diversas diversas ventajas con respecto al resto de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC), las cuales pueden utilizarse como motivación para el desarrollo de este trabajo. Algunas de ellas son: Posee menor variabilidad, es fácil de predecir, la generación prevalece en el tiempo, posee gran potencial a nivel mundial y posee bajo impacto negativo en el medio ambiente. La necesidad de buscar nuevos métodos de extracción de energía marina, se basa en el reemplazo de los sistemas hidráulicos que utilizan las centrales undimotrices, por las siguientes razones: Existe un impacto medio-ambiental asociado al uso de pistones con fluidos tóxicos, fomentando las siguientes consecuencias: Contaminación de la fauna oceánica circundante, se añade complejidad al sistema, los costos en construcción son elevados, existe una mayor cantidad de pérdidas y alta probabilidad de falla. Lo anterior impulsa la búsqueda de generación energética marina minimizando costos y de manera sustentable, aplicando sistemas que no requieran de un intermediario hidráulico. En este trabajo de memoria, se procede a evaluar y comparar la posibilidad de generar energía undimotriz a través de dos métodos de extracción: El primero, consiste en la generación a través de Columnas de Agua Oscilantes (OWC), el cual utiliza una Máquina de Inducción Doblemente Alimentada (DFIM) que genera energía eléctrica a nivel costero o en alta mar. El segundo método, se concentra en el movimiento unidimensional de boyas flotantes acopladas con Máquinas Lineales Doblemente Alimentadas (DFLM), cuyas unidades se encuentran operando en mares de alta profundidad, debido a su capacidad de operar a bajas velocidades pero sometida a grandes fuerzas. Al utilizar el regulador de deslizamiento para el DFIG que permite evitar el estancamiento de la turbina, se demuestra una mayor eficiencia en la generación eléctrica. Mientras que al utilizar el diseño de flujo híbrido se prueba que la generación de energía es convincente. Lo anterior se concluye debido al aumento de la potencia RMS o promedio para el caso del DFIG, y por la generación de potencia instantánea sinusoidal sobre el DFLG.

La presente investigación titulada “Análisis Comparativo Estructural Y Económico Del Diseño Con Columnas De Concreto Armado Y Columnas Mixtas (Concreto Y Acero) Del Complejo Parroquial San Juan De Dios En El Distrito De Chiclayo, 2018-2019”, se ha desarrollado en un contexto en donde las edificaciones al día de hoy, han buscado una mejora, en cuanto a la resistencia de los materiales de diseño y de forma consecuente, un menor costo de incidencia de estos, en la edificación en su totalidad. En base a lo expuesto, se ha establecido el siguiente objetivo general: El diseño estructural y análisis comparativo entre la construcción con elementos de concreto armado y columnas mixtas del complejo parroquial San Juan de Dios en el distrito de Chiclayo. El tipo de investigación ha sido el aplicado, con un diseño descriptivo, no experimental, en el que se ha tomado como tamaño muestral, a una nueva edificación para el complejo parroquial “San Juan de Dios” ubicado en la ciudad de Chiclayo a la cual se hará un análisis comparativo tanto estructural como económico, recolectando la información, por medio de la ficha de observación y la revisión documental. Mientras que, los resultados han señalado que, respecto al diseño estructural y análisis comparativo entre la construcción con elementos de concreto armado y columnas mixtas del complejo parroquial San Juan de Dios en el distrito de Chiclayo, que se ha llegado a contar con una mejor respuesta mecánica, de las estructuras mixtas; así como, la respuesta reológica de esta, en cuanto a dimensiones menores, menor incidencia de materiales y a consecuencia de ello, una mejor resistencia a las fuerzas verticales. Mientras que, el costo ha llegado a haber sido muy superior, en relación a las estructuras de concreto armado y las estructuras mixtas. Mientras que, Se ha concluido, respecto al análisis dinámico de la edificación con diferentes diseños estructurales (columnas de concreto armado y columnas mixtas), el hecho de haber alcanzado una reducción del peso total, menor en un 50%, en relación a las columnas mixtas y las columnas de concreto armado. Mientras que, la mayor capacidad de resistencia de las estructuras mixtas, al haber sido muy superior, se ha podido alcanzar con menores derivas para el segundo caso, al haber encontrado de forma consecuente, menor peso.

En varios países altamente sísmicos existen columnas sueltas que no se han volcado a pesar de haber soportado fuertes terremoto. Es claro, entonces que, estas columnas han tenido un comportamiento oscilante alrededor de su base (Pitilakis & Tavouktsi, 2010). Esta resistencia ante la volcadura de las columnas ha sido un tema interesante de estudio durante décadas (Housner, 1963)(Pitilakis & Tavouktsi, 2010)(Hogan, 1989)(Makris & Zhang, 1999)(Caliò & Marletta, 2003)(Manos, Petalas, & Demosthenous, 2013). Las ecuaciones que rigen el comportamiento oscilante de la columna son difíciles de resolver. Sin embargo, hoy en día, el avance de la tecnología permite hallar soluciones numéricas precisas y estables. Este estudio resume el análisis dinámico de estabilidad de columnas basculantes sometidas a sismos de subducción. Primero, se desarrollaron las ecuaciones del movimiento de una columna simplemente apoyada sobre un terreno rígido que oscila o no ante movimientos en su base. Luego, se resolvieron numéricamente estas ecuaciones ante excitaciones armónicas (método de aceleración angular lineal). Se variaron los parámetros más importantes como las dimensiones características de la columna, el coeficiente de restitución, las características del sismo (amplitud y frecuencia), el periodo natural de la columna, frecuencia de muestreo de fijación del movimiento del suelo y la respuesta de la columna. Finalmente, se visualizaron los movimientos de las columnas con animaciones.

Se compila el resultado de varias investigaciones realizadas en diversas regiones sísmicas del mundo, referidas al comportamiento sísmico en flexocompresión de secciones de columnas y de muros estructurales. Se usa el modelo de pandeo longitudinal de barras de acero, que considera el efecto “Bauschinger” estudiado por Rodríguez, Botero & Villa (1999), profundizado por Ortiz, Rodríguez & Torres (2014) e Iñiguez & Rodríguez (2015). En primer lugar, se presentan las propiedades mecánicas del concreto confinado y no confinado; las propiedades mecánicas de las barras de acero de refuerzo, considerando los parámetros que definen los diagramas esfuerzo-deformación; y las consideraciones para el pandeo del acero de refuerzo longitudinal ante acciones sísmicas. Luego, se presentan los diagramas momento-curvatura de secciones de columnas y de muros estructurales, ya que éstos permiten definir el comportamiento sísmico de dichos elementos estructurales. También se muestra la determinación del cálculo de los momentos máximos probables en columnas y muros estructurales. Para columnas, el enfoque es para secciones circulares y rectangulares; en cambio, para muros se estudian las secciones rectangulares y las secciones de forma compuesta con bordes extremos simétricos. Se especula acerca de la capacidad cortante de columnas cortas versus su capacidad en flexión; con algunos pocos resultados experimentales se muestra que la falla por corte ocurre antes que la falla por flexión. Con la información recopilada y los modelos planteados, se desarrollan ocho ejemplos analíticos de aplicación: una columna de sección cuadrada, un muro estructural de sección rectangular, un muro estructural de sección “T”, una sección circular convencional, una sección circular reforzada externamente con una funda de láminas de acero “roladas” y soldadas, una sección circular reforzada con láminas delgadas de polímero reforzado con fibras (FRP), el análisis del efecto de la resistencia del concreto en el incremento de capacidad de una sección circular convencional, y el reforzamiento con “aletas” de un pórtico de uno y dos niveles. Las secciones se analizan usando diagramas de interacción y diagramas de contorno, con la ayuda “Mathcad”. Todas las sub-rutinas necesarias desarrolladas se presentan adjuntas en la Sección Anexos de esta Tesis. Finalmente –para ilustrar la aplicación de los temas desarrollados-, se analizan y diseñan los elementos estructurales (viga, columna y muro) de un sistema estructural dual, pertenecientes a un edificio de concreto armado, aplicando las normas peruanas E.020 (2006), E.030 (2018) y E.060 (2009). Se comparan los resultados del diseño reglamentario, con los resultados del modelo de pandeo longitudinal. En ese contexto, se concluye que para garantizar una rotulación continua en las zonas críticas de extremos de columnas y/o muros estructurales, el espaciamiento de estribos no debe ser mayor a 5cm, para el caso de barras longitudinales de diámetro superior a 5/8’’.

El mejoramiento de los suelos utilizando columnas de grava es un procedimiento constructivo desarrollado desde el siglo XIX en Europa debido al incremento en la demanda de suelos adecuados para la construcción de infraestructura que sirviera para el desarrollo de una sociedad. Nuestro país posee gran diversidad de suelos, muchos de los cuales, especialmente en la costa, están conformados por depósitos de arena que no servirían como base de cimentación para la construcción de edificaciones debido a su baja densidad relativa. El mejoramiento de suelos arenosos mediante el uso de columnas de grava es un método de mejora del terreno no muy difundido en nuestro país pese a la gran cantidad de beneficios que obtenemos de su uso, entre los cuales tenemos el incremento de la densidad relativa del terreno, reducción de asentamientos, aceleración del proceso de consolidación, disminución del riesgo de licuefacción, entre otros. Basándonos en este problema, este proyecto de tesis iniciará dando una vista general de los métodos de mejoramiento de suelo utilizados en la actualidad, enfocándonos principalmente en el uso de columnas de grava, se describirán sus características generales, el procedimiento de diseño de las columnas y los diferentes procesos constructivos que se utilizan. Se identificarán también los tipos de suelo en los cuales se obtienen resultados óptimos, se describirán los beneficios adicionales que ofrecen las columnas de grava en comparación con otros métodos de mejoramiento y los ensayos de verificación que se realizan para comprobar la eficiencia del mejoramiento; posteriormente se presentarán los resultados obtenidos en el suelo luego de haber realizado un mejoramiento con columnas de grava y se compararán estos resultados con las características del suelo natural con la finalidad de determinar el grado de mejoramiento alcanzado. Por último se realizará el diseño de una cimentación superficial analizando las zapatas por corte y asentamiento, se realizará el diseño de una cimentación profunda basada en la resistencia a la penetración de los suelos y se analizarán los resultados obtenidos.

La presente tesis se ha realizado con el objetivo de estudiar el comportamiento mecánico de una columna corta, reforzada con bandas de fibra de carbono (CFRP) y con bandas de fibra de vidrio (GFRP), ante carga lateral cíclica. Para ello se construyeron tres especímenes que representarían el comportamiento de la columna corta; el primer espécimen no tuvo refuerzo externo, el segundo espécimen fue reforzado con dos bandas de fibra de carbono de 7.5 cm cada uno, el tercer espécimen fue reforzado con tres bandas de fibras de vidrio de 7.5 cm cada una. Los tres especímenes fueron ensayados mediante carga lateral cíclica con el actuador dinámico del Laboratorio de Estructuras de la PUCP. Los resultados obtenidos muestran un incremento en la resistencia ante cargas laterales de los especímenes reforzados con FRP (polímero reforzado con fibras de carbono o fibras de vidrio), en comparación con el espécimen de control. También se aprecia que los refuerzos con FRP controlaron el grosor de las grietas diagonales que se formaron en el espécimen de control. / Tesis

A lo largo de los años el uso común de solo cimentaciones superficiales y profundas como alternativa de estructuras de apoyo sobre el terreno ha limitado el uso óptimo de los recursos disponibles. Esto conlleva que en muchos casos se plantee la utilización de cimentaciones profundas, pilotes, en proyectos en lo que se puede aprovechar las condiciones geomecánicas del terreno y poder plantear una cimentación mucho más eficiente y efectiva. El método de columnas de grava es una alternativa de cimentación intermedia entre las dos antes mencionadas que consiste en mejorar las características resistentes y elásticas del suelo. El sistema se basa en tomar estas propiedades como ángulo de fricción interna, cohesión y módulo de deformación para incorporarle la mejora a través de las columnas de grava, las cuales poseen características conocidas y controladas. El objetivo es obtener un suelo con propiedades geotécnicas más favorables que las iniciales como resultado de la suma de las condiciones del suelo sin mejora y el aporte de las inclusiones. El presente estudio consiste en revisar los métodos de diseño y constructivos de las distintas metodologías de tratamiento de terreno, en especial las columnas de grava. Esto para desarrollar el diseño de esta metodología de mejora a través de un caso práctico y comparar las ventajas de esta sobre el diseño de una cimentación profunda mediante pilotes. En el caso práctico se realiza el diseño de la cimentación en estudio a partir de los resultados de las investigaciones geotécnicas proporcionadas, las cuales permiten determinar los parámetros resistentes y deformacionales del terreno natural. Es así como se pasa a desarrollar y presentar los resultados del diseño, los cuales muestran que la alternativa de mejoramiento de terreno resulta mucho más eficiente en términos económicos e ingenieriles, ya que se obtienen parámetros geotécnicos favorables que cumplen con las solicitaciones de la estructura a proyectar que en un inicio eran insuficientes, las características del suelo, para los requerimientos del proyecto.