Este trabajo explora el manejo de métodos no destructivos para la caracterización mecánica y evaluación de la calidad de concretos de mediana resistencia. Los métodos no destructivos tomados en cuenta para esta investigación fueron el ensayo de resonancia por impacto y el ensayo de vibración basado en respuestas ambientales. Los ensayos de resonancia por impacto fueron comparados con el ensayo de resistencia a la compresión en dos campañas experimentales. La primera campaña se llevó a cabo en 20 especímenes de concreto fabricados y curados en laboratorio, con el propósito de realizar un monitoreo continuo del desarrollo del módulo de elasticidad dinámico del concreto en el tiempo. En la segunda campaña, se evaluaron 265 especímenes provenientes de diferentes proyectos de la ciudad de Lima, con finalidad de obtener una correlación entre el módulo de elasticidad dinámico y la resistencia a la compresión. Las correlaciones preliminares fueron validadas en 181 especímenes adicionales. Por otra parte, los ensayos de vibración ambiental se aplicaron para monitorear de forma continua el desarrollo del módulo de elasticidad estático del concreto desde el momento del vaciado. Estos resultados se compararon con los obtenidos en laboratorio a través del método tradicional de lectura del módulo de elasticidad de cuerda. Además se analizó la relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el módulo de elasticidad estático del concreto. La aplicación de ensayos no destructivos son de gran interés en el campo de la mecánica de materiales. En el caso del concreto permiten determinar algunas propiedades mecánicas, desde edades muy tempranas, de forma rápida y sin la necesidad de realizar largas y costosas campañas de laboratorio.

Debido al crecimiento continuo del consumo de concreto como material de construcción, resulta de ayuda contar con métodos de evaluación no destructivos que, de manera sencilla y rápida, permitan caracterizar una estructura de concreto en términos de Resistencia a Compresión; en función de ello la presente investigación propone el Ensayo de Ultrasonido para la estimación de dicho parámetro, basándose en un modelo de aproximación que correlacione la Resistencia a Compresión con la Velocidad de Pulso Ultrasónico, con un grado de confiabilidad asociado. La idea es realizar un control de calidad permanente in situ, que permita la continuidad correcta de labores y/o evitar retrabajos probablemente costosos, en resumen, generar ahorros para la industria de la construcción. El trabajo experimental desarrollado comienza en Laboratorio con la preparación, muestreo y control de seis diseños patrón de concreto, para los cuales se establece algunas variables de estudio: la relación Agua/Cemento y el tamaño del agregado (representado por el Huso del mismo). La siguiente etapa importante se realiza a Escala Industrial, para ello se hace una selección, muestreo y control de las mezclas de producción que son de mayor consumo en el entorno de la construcción de Lima, considerando que el rango de resistencias a compresión es similar al del trabajo en Laboratorio. Con los resultados de Velocidad de Pulso Ultrasónico y de Resistencia a Compresión, obtenidos de ensayos en estado endurecido para ambas etapas (Laboratorio y Escala Industrial), se establecen relaciones y se realiza un análisis de confiabilidad, a fin de determinar ecuaciones de tendencia que se ajusten al comportamiento de los concretos. Finalmente, identificando la relación Agua/Cemento y el Huso del agregado, se evalúan los márgenes de error al simular estimaciones de la Resistencia a Compresión con las ecuaciones establecidas, observando en qué medida se presentan los casos de sobreestimación o subestimación.

Esta investigación tiene como objetivo principal comparar el comportamiento sísmico de un muro confinado hecho con ladrillos de arcilla y otro muro confinado construido con ladrillos de concreto vibrado. Para ello se construyó a escala natural un muro confinado por cada tipo de ladrillo, con las mismas dimensiones y refuerzo de acero en los elementos de confinamiento. El ensayó consistió en aplicar a los muros una carga lateral cíclica con desplazamiento controlado.

El concreto es el principal material que se utiliza en la industria de la construcción. Se caracteriza por ser heterogéneo y poroso, por tanto propenso al ingreso de agentes agresivos que causan su deterioro físico y químico afectando su durabilidad. La propiedad del concreto que facilita su ingreso es la permeabilidad. Según Mehta la permeabilidad es la propiedad del concreto que mide la velocidad de flujo de un fluido cuando pasa a través del concreto, depende de su relación agua/cemento, del tamaño máximo del agregado, el tiempo de curado y del tipo de cemento. Esta propiedad del concreto ha sido investigada ampliamente de tal manera que entidades internacionales han establecido ensayos normados que determinan el procedimiento a seguir para su medición a través de dos mecanismos: capilaridad y permeabilidad. En este estudio se realizaron ensayos para medir la permeabilidad mediante la norma europea EN 12390-8. La presente tesis contempló la implementación de esta norma europea en el laboratorio LEDI-PUCP y una posterior capacitación de su personal. Además, se elaboraron 60 especímenes de concreto que fueron elaborados de la siguiente manera: 5 especímenes por cada mezcla de relación agua/cemento (0.45, 0.5, 0.6 y 0.7) y se repitió cada mezcla tres veces con el objetivo de tener mayores resultados. Estos especímenes fueron ensayados siguiendo las instrucciones del manual adaptado de la EN 12390-8. Con los resultados de estos ensayos, se elaboraron curvas de coeficiente de permeabilidad vs relación a/c. Estos resultados sirvieron para concluir que la permeabilidad varía de forma exponencial respecto a la relación a/c, que a menor relación a/c menor permeabilidad y que el tiempo de curado húmedo es determinante para una baja permeabilidad, entre otros. La presente tesis ha sido determinante para demostrar que la permeabilidad depende de diversos factores y que es necesario evaluar cada uno de ellos para poder determinar si un concreto tiene o no alta permeabilidad.

El comportamiento sísmico de los módulos escolares 780 existentes en el Perú ya ha sido estudiado en la dirección longitudinal de pórticos de concreto armado, mas no en la dirección transversal, compuesto por muros de albañilería confinada. Asimismo, la normativa peruana presente no especifica lineamientos a seguir para incluir la interacción suelo-estructura en el modelamiento matemático de estructuras, en especial no hay antecedentes en albañilería confinada. En esta investigación se busca analizar la respuesta estructural sísmica de este tipo de módulo escolar en la dirección de los muros de albañilería confinada, así como comparar las variaciones en sus respuestas, cuando se considera interacción suelo-estructura. En primer lugar, se recopilaron investigaciones acerca de la no linealidad de los materiales, la interacción suelo-estructura y el análisis no lineal en estructuras de albañilería confinada. En suma, se identificó un módulo escolar 780 de tres aulas por piso y dos niveles, ubicado sobre un suelo intermedio, tipo S2 de la Norma E.030 Diseño Sismorresistente (2018). A continuación, mediante un software comercial, se generaron cuatro modelos matemáticos, uno con base empotrada y tres con base flexible para considerar la interacción suelo-estructura. Seguidamente, se aplicó el método pushover de control de desplazamientos laterales, para obtener la curva de capacidad en todos los modelos y comparar sus respuestas. Los resultados muestran un incremento en los periodos fundamentales y desplazamientos laterales, con una disminución en la rigidez inicial y ductilidad estructural, además una casi nula variación de la fuerza cortante basal en los modelos con base flexible respecto al de base empotrada. Estos resultados implican que es recomendable usar metodologías de interacción suelo-estructura para modelar y analizar edificaciones con muros de albañilería confinada con el tipo de suelo utilizado y suelos más blandos a fin de obtener resultados adecuados, que influyen en el diseño estructural.

En los últimos años se ha incrementado significativamente la construcción de viviendas utilizando muros de concreto. Debido a que las demandas sísmicas en términos de fuerzas y desplazamientos son importantes en nuestro país, los edificios construidos con este sistema deben tener una gran densidad de muros en sus dos direcciones de análisis y apoyados de la resistencia inherente que otorga los muros de concreto es que se construyen con bajas resistencia de concreto (entre 15 y 20 MPa) y espesor reducido (80, 100 y 120 mm). En muros de espesores reducidos resulta imposible confinar sus extremos con estribos a corto espaciamiento o usar doble malla de refuerzo. A las edificaciones que emplean estos muros se les denomina Edificios con Muros de Ductilidad Limitada (EMDL). En relación a los defectos constructivos que estas edificaciones presentan, se ha observado la presencia de fisuras por contracción de secado del concreto y a la formación de cangrejeras debido a la congestión de acero de refuerzo en su interior. Si a estas deficiencias constructivas se suma que las estructuras de concreto están inmersas ante sismos durante toda su vida útil, entonces es importante considerar una metodología de reparación y reforzamiento de los muros de ductilidad limitada luego de un evento sísmico severo. Ante el problema anterior, la presente tesis consiste en una propuesta de reparación y reforzamiento a partir de tres muros de ductilidad limitada luego de haber sido ensayados en laboratorio ante carga lateral cíclica. Dichos muros fueron llevados hasta un nivel de daño asociado al límite de reparación para luego volver a ser ensayados reparados y reforzados.

En este estudio se ha empleado el modelo constitutivo UBCSAND disponible en el programa de elementos finitos TNO Diana. Este modelo basado en plasticidad es empleado en la literatura para evaluar el fenómeno de licuefacción de arenas saturadas. En esta investigación el UBCSAND es adaptado y empleado para predecir el comportamiento del concreto simple en ensayos triaxiales a partir de la calibración de la data experimental de ensayos de compresión uniaxial. El modelo es empleado para predecir el incremento de la resistencia y ductilidad debido al confinamiento sobre elementos de concreto. Cualquier confinamiento en el material puede ser considerado y los efectos de la falla del concreto debido al confinamiento pueden ser modelados. Para estimar los parámetros del modelo se usan datos de ensayos de probetas de concreto sometidas a compresión uniaxial. Esto permite que el modelo de elementos finitos realice la predicción del comportamiento generalizado del concreto bajo carga de compresión triaxial. Con el mismo propósito se utilizan tres modelos constitutivos implementados en el programa de elementos finitos TNO Diana. Estas relaciones constitutivas basadas en deformación total y concebidas para predecir el comportamiento esfuerzo-deformación del concreto son los modelos de Thorenfeldt, Parabólico y Maekawa. Dichos modelos de manera similar al UBCSAND son calibrados con base en ensayos de concreto en compresión uniaxial. Después, el modelo de Thorenfeldt es empleado junto al criterio de falla “Hsieh-Ting-Chen” para predecir el comportamiento del concreto en compresión bajo esfuerzos de confinamiento. También es realizado un análisis comparativo entre los modelos UBCSAND, Thorenfeldt, Parabólico y Maekawa mediante un indicador de bondad de ajuste con base en los modelos calibrados de los ensayos de compresión uniaxial. Para este fin se emplea el coeficiente de determinación mostrando el buen desempeño del modelo UBCSAND para reproducir las curvas esfuerzo-deformación del concreto bajo compresión uniaxial en relación con los modelos numéricos concebidos para concreto. Esta precisión es alcanzada hasta el pico de resistencia, ya que el UBCSAND, al estar formulado en el espacio de esfuerzos, no puede predecir el ablandamiento del material post pico. Finalmente, se realiza una comparación de la predicción del comportamiento del concreto en compresión triaxial entre los modelos UBCSAND y Thorenfeldt. El desempeño de los modelos está en buen acuerdo con los resultados experimentales tanto en la predicción del incremento de la resistencia, así como en la predicción del incremento de la ductilidad para distintos niveles de confinamiento. Los resultados del análisis comparativo demuestran la utilidad del modelo UBCSAND, concebido inicialmente para modelar arenas, como una herramienta para predecir el comportamiento del concreto bajo compresión simple y confinada. / Tesis