En varios países altamente sísmicos existen muros simplemente apoyados en el terreno que no se han volcado y se encuentran en buenas condiciones después de varios cientos de años. El Perú es un país de gran potencial sísmico (Tavera, 2019), y existen muros prehispánicos que siguen de pie luego de soportar varios terremotos. Las investigaciones de la respuesta en el tiempo de muros mediante el análisis sísmico rotacional de bloques rígidos 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). En ese sentido, el objetivo de la tesis es estudiar la estabilidad y el riesgo sísimico de volteo de algunos muros precolombinos peruanos ante futuros terremotos. Este estudio resume el análisis dinámico de estabilidad sísmica de monumentos históricos peruanos como: un muro del templo de Huiracocha en Raqchi ubicado en la provincia de Cusco y un tramo de muro del camino Inca que atraviesa el campus de la PUCP. Ambos muros fueron modelados numéricamente como bloques rígidos simplemente apoyados sobre el terreno que ante un sismo podrían tambalear alrededor de las esquinas de su base. Se determinó la estabilidad sísmica de estos monumentos históricos peruanos ante un conjunto de sismos sintéticos consistentes a magnitudes de momentos, condiciones de terreno y sismicidad locales. Luego, se graficó la respuesta de rotación en el tiempo de los muros ante los movimientos sintéticos en su base. Y finalmente, se evaluó el riesgo de volteo de los muros a posibles terremotos futuros. La conclusión principal del estudio es que probablemente el muro del camino inca (del campus PUCP) colapsará durante un sismo futuro de la magnitud 8.5 y periodo de retorno de 1 000 años, mientras que el muro de Huiracocha permanecerá en pie durante muchos siglos más.

La presente investigación tiene por finalidad corroborar los siguientes ensayos de campo: Ensayo de “Resistencia Seca” Ensayo de “Control de Fisuras con Arena Gruesa”. Cabe mencionar, que dichos ensayos fueron propuestos dentro de las conclusiones de la “Investigación Científica Innovativa: Edificaciones de Adobe en Áreas Sísmicas” realizada por la Pontificia Universidad Católica de Perú en el año de 1983 y también incluidos en los Manuales de Construcción con Tierra. Si bien es cierto, los ensayos son sencillos de difundir y en general aceptados por las comunidades de constructores en tierra, la falencia es que no cuentan con un respaldo técnico adecuado. La importancia del sustento técnico radica particularmente en la sencillez de los ensayos y por la utilización de cualquier auto-constructor, albañil o maestro de obra de las áreas rurales, cuyo objetivo es determinar la factibilidad del suelo sin herramientas ni laboratorios que conlleven a tener la seguridad de seleccionar o descartar las posibles canteras locales. Al respecto, la finalidad del primer ensayo es reconocer si una cantera de tierra tiene la suficiente cantidad y/o calidad de arcilla para poder construir, por lo cual se moldean esferas de 20 mm de diámetro, se deja secar por 48 horas, procediéndose al ensayo a compresión con los dedos de la mano tratando de romperlas. Partiendo del supuesto anterior, cabe la posibilidad de agregar dos tipos de materiales tales como: Paja, la cual es una fibra vegetal resistente a las tracciones o Arena Gruesa de partículas entre 0.5mm - 5mm; con el fin de evitar el agrietamiento durante el secado. Asimismo, el segundo ensayo tiene como propósito evitar fisuras agregando arena gruesa a la tierra, generando una mezcla óptima sin grietas que conlleva al mejoramiento de la resistencia del material. Finalmente, se ha llegado a la conclusión que ambos ensayos son complementarios para tener certeza de que la cantera y la mezcla son las óptimas para la construcción en un mínimo tiempo, con lo cual se genera eficiencia, economía y seguridad.

El presente trabajo tiene como objetivo principal el analizar experimentalmente el comportamiento sísmico del adobe confinado de dos pisos, así como estudiar el efecto del refuerzo horizontal utilizado para proveer ductilidad ante acciones coplanares del muro y ver si el refuerzo es efectivo ante acciones perpendiculares al plano del muro.

El proyecto se lleva a cabo en Puno en la ciudad de Juliaca, la más importante económica y demográficamente en la región. Esta se destaca por el predominio del adobe como material de construcción en zonas urbanas, conformando cerca de 2/3 del total según el censo nacional del 2017. No obstante, el uso de este material ha disminuido en los últimos años, debido a la desconfianza ante la baja sismorresistencia de las estructuras de adobe no reforzadas adecuadamente o, en su defecto, sin ello. Por tal motivo, el propósito de este trabajo es servir de referencia para el análisis y diseño de edificaciones de adobe sismorresistente, demostrando así la factibilidad de este tipo de construcciones. En primer lugar, se describe el objetivo y los antecedentes que definen el proyecto. Los siguientes apartados describen el contexto en el cual se desarrolla, teniendo en cuenta la cartografía y topografía de la zona, así como las propiedades del suelo; la climatología y la sismología de la zona. Una vez establecidos los condicionantes, se lleva a cabo el predimensiomamiento de la estructura, donde se aplican los criterios geométricos recomendados por la Norma E.080 de Adobe en un esquema en planta propuesto. Posteriormente, se realiza el diseño de la estructura, empezando por el techo compuesto por tijerales y viguetas de caña Guayaquil, sobre los cuales reposa una cubierta de caña y barro. Definida la estructura superior, se procede al diseño de los muros de adobe, verificando su resistencia por cortante y flexión ante los esfuerzos sísmicos definidos por norma. Cabe destaca que, la resistencia a tracción por flexión es soportada por el refuerzo externo: la geomalla, el cual se diseña utilizando el software ETABS, capaz de modelar la estructura por el método de elementos finitos, logrando así precisión en los resultados.

Después del terremoto de Mw 6.0 en 1950, la ciudad de Cusco fue casi reconstruida y expandida. Sin embargo, la ciudad evolucionó de forma desorganizada y mantuvo el uso de la mampostería de adobe como material principal para los edificios. Hoy en día, el adobe continúa siendo utilizado por los habitantes debido a su bajo costo, sus propiedades térmicas, el uso de mano de obra no calificada y la tradición de construir con adobe en las tierras altas peruanas. Según las encuestas realizadas en Perú en 2017, casi el 67% de las viviendas rurales en Cusco están hechas de mampostería de adobe. Los terremotos anteriores y las pruebas de laboratorio han demostrado que las viviendas de adobe (sin refuerzo) pueden colapsarse durante un terremoto. Por lo tanto, la evaluación de la vulnerabilidad de las viviendas de Cusco es necesaria para desarrollar políticas de contingencia y mitigación de riesgo. Las curvas de fragilidad son parámetros clave en la evaluación de la pérdida sísmica. Relacionan la probabilidad de sobrepasar un cierto estado de daño en función de un determinado parámetro de demanda de ingeniería, como el PGA. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar curvas de fragilidad para los edificios de adobe de la ciudad del Cusco, teniendo en cuenta los parámetros locales. Se examinó casas de adobe de uno y dos niveles, representativas de la tipología de construcción local, con el fin de recopilar información relacionada con sus propiedades geométricas. Luego, se crearon 1000 edificios artificiales siguiendo la simulación de Monte Carlo basada en las estadísticas investigadas. La capacidad estructural de cada edificio se representó mediante una curva de capacidad bilineal simplificada para el mecanismo en el plano y una curva de capacidad trilineal para el mecanismo fuera del plano.

La localidad de Túcume, presenta gran variedad de edificaciones de barro, este tipo de construcciones con adobe y quincha no son solo parte de nuestra cultura, sino que representan el legado de nuestros antepasados, actualmente estos sistemas están desapareciendo, debido a pseudos conceptos, sociales y económicos, que desestiman su uso, además el poco conocimiento del trabajo con estos materiales y la poca propagación de los beneficios del mismo. Mediante esto se establece como objetivo identificar el adecuado funcionamiento de los sistemas constructivos de tierra, a través del mapeo de las viviendas, sus características arquitectónicas y los elementos que conforman el sistema constructivo. La metodología usada tiene un enfoque mixto, donde se utilizan herramientas de redibujo, fotografías, fichas de observación, además de entrevistas. Mediante este contexto la localidad de Túcume, presentó las condiciones adecuadas para desarrollar la presente investigación, donde se evidencio los distintos sistemas en las viviendas y como estos la conforman. / The locality of Túcume features a wide variety of mud constructions. These adobe and wattle-and-daub buildings not only form part of our culture but also represent the legacy of our ancestors. Currently, these systems are disappearing due to misconceptions of social and economic nature that discourage their use. Additionally, the limited knowledge of working with these materials and the lack of awareness about their benefits contribute to their decline. Through this, the objective is to identify the proper functioning of earth construction systems by mapping the houses, their architectural characteristics, and the elements that constitute the construction system. The methodology used has a mixed approach, using tools such as redrawing, photography, observation cards, as well as interviews. In this context, the locality of Túcume presented suitable conditions for conducting this research, revealing the various systems in the houses and how they are constructed.

Historical earthen buildings are vulnerable to external solicitations, as earthquakes, tsunamis, environmental conditions and others, and, often, they are under unacceptable risks. For all these aspects, earthen buildings need an indispensable intervention but also an accurate diagnosis to respect the modern restoration principles. Nowadays, the research field related to the structural analysis of existing earthen buildings is very far from a complete and exhaustive knowledge. For studying these types of buildings, experimental investigations are mandatory. The thesis has the ambitious goal to fill the lack of knowledge about the dynamic behavior of historical earthen buildings. The work started with the study of effects of temperature and humidity on the “earth material”. For this reason, single adobe walls were built and analyzed by a continuous monitoring of the internal and external environmental parameters and dynamic properties to understand their behavior as simple adobe construction systems. The main challenges in this stage were the development of a suitable algorithm to automatically identify the dynamic parameters, the study of the internal distribution of temperature and humidity, and, the analysis of the environmental effects on the long-term monitoring of simple adobe systems. The results showed a good heat storing capacity of the walls and the existence of an internal thermal flow connected to a combined effect of air temperature, wind, solar radiation, and wall orientation. Furthermore, environmental seasonal and daily effects were first identified and subsequently isolated from the structural response, demonstrating a clear inverse relationship between temperature and dynamic properties. After this first stage, the application of the achieved knowledge was applied to a real case study to verify the obtained results in a larger scale. The Church of San Pedro de Andahuaylillas was chosen as case study. This church was built in the sixteenth century and represents a suitable example of historical earthen building. This architecture is one of the most amazing and beautiful example of religious art, solemn testimony of the Andean culture. To this church, a long-term monitoring system was applied for a better understanding of the earthen building behavior. The results indicated that he environmental variable affect the structural behavior at two levels: a seasonal long-term influence was detected as well as a daily short- term one. Seasonal effects caused variations of up to 8% in natural frequencies, and shorter-term influences were also verified causing variations of up 3.8%. Daily results showed a delayed effect of the environmental conditions in the structural response. Finally, multiple linear regression models were developed using the absolute humidity as independent variable to successfully predict the long-term frequency variation of the analyzed case study for structural health assessment purpose. / Los edificios históricos de tierra son vulnerables a solicitudes externas, como terremotos, tsunamis, condiciones ambientales y otros, por lo que están bajo riesgos inaceptables. Para todos estos aspectos, los edificios de tierra necesitan una intervención indispensable pero también un diagnóstico preciso para respetar los principios modernos de restauración. Hoy en día, el campo de investigación relacionado con el análisis estructural de los edificios de tierra existentes está muy lejos de un conocimiento completo y exhaustivo. Para el estudio de este tipo de edificios, las investigaciones experimentales son obligatorias. La tesis tiene el objetivo ambicioso de cubrir la falta de conocimiento sobre el comportamiento dinámico de los edificios históricos de tierra. El trabajo comenzó con el estudio de los efectos de la temperatura y la humedad en la tierra como material. Con este fin, se construyeron muros de adobe y se analizaron mediante un monitoreo continuo de los parámetros ambientales internos y externos y de las propiedades dinámicas con el objetivo de comprender su comportamiento como sistemas de construcción. Los principales desafíos en esta etapa fueron el desarrollo de un algoritmo adecuado para identificar automáticamente los parámetros dinámicos, el estudio de la distribución interna de la temperatura y la humedad, y el análisis de los efectos ambientales en el monitoreo a largo plazo. Los resultados mostraron una buena capacidad de almacenamiento de calor de los muros y la existencia de un flujo térmico interno conectado a un efecto combinado de la temperatura del aire, el viento, la radiación solar y la orientación. Además, los efectos ambientales estacionales y diarios fueron identificados primero y luego fueron aislados de la respuesta estructural, demostrando una clara relación inversa entre la temperatura y las propiedades dinámicas. El conocimiento obtenido en esta primera etapa se aplicó a un estudio de caso real para verificar los resultados obtenidos en una escala mayor. El caso de estudio elegido fue la iglesia San Pedro de Andahuaylillas. Este templo fue construido en el siglo XVI y es la muestra más emblemática de arte religioso, solemne testimonio de la cultura andina. Para esta iglesia, se aplicó un sistema de monitoreo a largo plazo para una mejor comprensión del comportamiento de los edificios de tierra. Los resultados indicaron que la variable ambiental afecta el comportamiento estructural de dos maneras: se detectó una influencia estacional a largo plazo y una diaria a corto plazo. Los efectos estacionales causaron variaciones de hasta 8% en las frecuencias naturales, y también se verificaron influencias a corto plazo, lo que causó variaciones de hasta 3.8%. Los resultados diarios mostraron un efecto retardado de las condiciones ambientales en la respuesta estructural. Finalmente, se desarrollaron modelos de regresión lineal múltiple utilizando la humedad absoluta como variable independiente para predecir con éxito la variación de frecuencia a largo plazo con el fin de evaluar la salud estructural. / Tesis

Las propuestas de intervención y restauración que garanticen la conservación de una edificación histórica deben estar orientadas a solucionar los problemas detectados en un diagnóstico estructural previo. El uso de métodos no destructivos durante la ejecución del diagnóstico estructural es recomendable debido a su carácter no invasivo. Dentro de este tipo de métodos se encuentra la termografía infrarroja que tiene la ventaja de proporcionar información en tiempo real y no requerir un contacto directo con la superficie estudiada. El objetivo de la presente tesis es explorar una herramienta de diagnóstico estructural no destructiva mediante el uso de termografía infrarroja pasiva y activa desde un enfoque cualitativo. Para alcanzar este fin se realizó una revisión bibliográfica de la aplicación de termografía infrarroja en ingeniería civil. Además, se realizaron ensayos de termografía infrarroja pasiva y activa en dos casos de estudio en laboratorio para evaluar las ventajas que proporcionan ambos métodos en la visualización de inserciones y anomalías estructurales. Luego, se formularon protocolos de ensayos de termografía infrarroja pasiva y activa, recolección de datos y post-procesamiento de datos (integración de la termografía infrarroja con fotogrametría). Por último, los protocolos propuestos fueron validados mediante su uso en el diagnóstico estructural de una casona de adobe y quincha del siglo XX ubicada en Lima y la fachada de un módulo de adobe. Los resultados obtenidos muestran que la termografía infrarroja se presenta como una útil herramienta de diagnóstico estructural para estudiar anomalías superficiales y sub-superficiales, visualizar sistemas estructurales como la quincha y detectar cambios de material. Por otro lado, la integración de termografía infrarroja con fotogrametría demostró ser capaz de proveer información espacial de las anomalías detectadas en los termogramas y posibilita diferenciarlas de irregularidades geométricas. Finalmente, los protocolos propuestos demostraron ser herramientas que facilitan la ejecución de ensayos de termografía infrarroja y que podrían ser empleados por profesionales involucrados en el ámbito del estudio y conservación de patrimonio cultural. / Intervention and restoration proposals that guarantee the conservation of a historic building must be aimed at solving the problems detected in a previous structural diagnosis. The use of non-destructive methods during the execution of a structural diagnosis is recommended due to its non-invasive nature. This type of method includes infrared thermography, which has the advantage of providing information in real time and does not require direct contact with the surface being studied. The objective of this thesis is to explore a non-destructive structural diagnostic tool using passive and active infrared thermography from a qualitative approach. To this end, a bibliographic review of the application of infrared thermography in civil engineering was carried out. In addition, passive and active infrared thermography tests were performed in two laboratory case studies to evaluate the advantages provided by both methods in the visualization of insertions and structural anomalies. Then, protocols for passive and active infrared thermography, data collection and post-processing (integration of infrared thermography with photogrammetry) were formulated. Finally, the proposed protocols were validated through their use in the structural diagnosis of a 20th century adobe and quincha house located in Lima and the façade of an adobe module. The results indicate that infrared thermography is presented as a useful structural diagnostic tool to study surface and sub-surface anomalies, visualize structural systems such as the quincha and detect material changes. On the other hand, the integration of infrared thermography with photogrammetry proved to be capable of providing spatial information of the anomalies detected in the thermographs and makes it possible to differentiate them from geometric irregularities. Finally, the proposed protocols proved to be tools that facilitate the execution of infrared thermography tests and that could be used by professionals involved in the study and conservation of cultural heritage.

Las viviendas de adobe son muy comunes en el mundo, y predominan en las zonas rurales de los países en desarrollo debido a su bajo costo. Estas viviendas presentan una alta vulnerabilidad sísmica, lo que pone a quienes las habitan en serio riesgo ante la ocurrencia de un sismo. Este trabajo de investigación se justifica por la evidente necesidad de lidiar con la inseguridad de estas viviendas y la falta de un método de diseño de refuerzo sísmico que use materiales económicos y accesibles. Aquí se evalúa la eficacia de un método como el recién citado con malla de cuerdas para viviendas de adobe de un piso. Como parte de la metodología de este proyecto, se propuso un refuerzo sísmico para un modelo de adobe a escala natural. El modelo se construyó con muros de 250 mm de espesor y se reforzó con malla de cuerdas de 5/32” de diámetro. Este modelo fue sometido a un ensayo de simulación sísmica en la mesa vibradora del Laboratorio de Estructuras Antisísmicas de la Pontificia Universidad Católica del Perú (LEDI - PUCP). El modelo reforzado tuvo un comportamiento sísmico adecuado, pues el refuerzo permitió conservar su integridad. Adicionalmente, se realizaron análisis de modelos numéricos con métodos de elementos discretos y elementos finitos para comprobar el método de diseño. Así se logró demostrar que el método de diseño de refuerzo para viviendas de adobe de un piso es conservador, práctico y eficaz.

La presente investigación se desarrolló con el objetivo de determinar los sistemas de refuerzos estructurales en monumentos históricos de la Región del Cusco, a través del registro y evaluación de los tipos de refuerzo estructural utilizados en la restauración de una iglesia de adobe, la determinación de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales usados en restauración, y evaluación de la efectividad de los refuerzos estructurales.