El Perú se caracteriza por tener una gran variedad de materiales de construcción que son usados en todo el territorio de acuerdo a su disponibilidad local. Es así que se lograron construir distintas edificaciones que, con el tiempo, adquirieron un gran valor histórico y arquitectónico. Esta investigación se basa, principalmente, en los materiales y sistemas estructurales que se usaron para construir dichas estructuras; tales como adobe, piedra y ladrillo. La información sobre las propiedades de los materiales históricos es muy escasa y más aún sobre las características mecánicas de la mampostería híbrida adobe/ladrillo, adobe/piedra, piedra/ladrillo. Estas propiedades, sin embargo son necesarias para evaluar la resistencia última de la mampostería cuando es sometida a fuerzas verticales combinadas con fuerzas sísmicas horizontales usando el criterio de falla de Mohr- Coulomb para materiales frágiles como la mampostería. El objetivo del presente proyecto de investigación consiste en la determinación experimental de las propiedades de cohesión y ángulo de fricción de la mampostería de adobe, ladrillo y piedra. Este trabajo se dividió en 4 partes principales. La primera consistió en la recopilación de información y bibliografía. La segunda parte comprende la recopilación de materiales correspondientes a las estructuras tipo (edificaciones históricas peruanas). La tercera parte consiste en la implementación y aplicación de un prototipo que nos permita aplicar fuerzas verticales y horizontales en las muestras de ensayo. Finalmente, se realizó el procesamiento y análisis de los resultados de los ensayos obteniendo un valor promedio de cohesión de 0.38 Kg/cm2 y ángulo de fricción de 35º en los especímenes construidos con mortero de barro y un valor de cohesión de 1.14 Kg/cm2 y ángulo de fricción de 42º en los especímenes construidos con mortero de cal.

El presente estudio aborda sobre la caracterización de las propiedades mecánicas de resistencia del adobe y el ladrillo de arcilla cocida, de edificaciones históricas del Perú, a la compresión axial y diagonal en mampostería. Como parte del Proyecto Técnicas de Estabilización Sísmica de Patrimonio en Tierra (SRP), donde se evaluaron los materiales, elementos y sistemas constructivos que conforman el patrimonio histórico. Con la finalidad de determinar la resistencia del adobe y ladrillo de arcilla cocida de edificaciones histórica, se extrajo en Lima, material del Antiguo Hotel El Comercio, de la Casona del Jr. Ancash, contigua a la primera, y de la Casa Welsch. En Ica, de La Catedral y finalmente del Cusco, de la Iglesia Kuño Tambo. Cabe resaltar que las muestras obtenidas de los inmuebles fueron con el permiso y la supervisión del Ministerio de Cultura del Perú. En total se ensayaron cincuenta especímenes; entre pilas, muretes, cubos y bloques de adobe y ladrillo cocido; siete de ellos directamente extraídos de los muros del Hotel Comercio; los demás fueron reconstruidos en el laboratorio con bloques y mortero originales. Además de 9 cubos de cal y arena, que se usó en el mortero de las pilas y muretes de ladrillo elaborados en laboratorio con los bloques históricos El programa de ensayos experimentales incluyó la compresión uniaxial en pilas, compresión diagonal en muretes, compresión en unidades y análisis granulométrico tierra en el caso del adobe. De la evaluación de éstas muestras, se determinó que las edificaciones históricas estudiadas, en lo general, presentan cimentos y sobrecimientos de piedra y/o ladrillo y muros de adobe. Asimismo, se obtuvo que los esfuerzos a compresión axial y diagonal se encuentran por encima de los esfuerzos mínimos admisibles (0.2 y 0.025MPa respectivamente de la Norma). En cuanto a la resistencia a compresión axial del ladrillo en el Hotel Comercio se obtuvo en promedio 1.7MPa, para los muretes directamente extraídos, y 6.04MPa, para los especímenes reconstruidos en laboratorio. Mientras que para compresión diagonal se obtuvo 0.16 y 0.55MPa, para los muretes directamente extraídos y los reconstruidos en laboratorio, respectivamente. En ambos casos, adobe y ladrillo, los valores hallados como módulos de elasticidad E y corte G resultaron muy dispersos. Esto se debe a la fragilidad de los materiales, por su composición molecular y su deterioro en sí; que hace que la etapa elástica, de donde se consideran las deformaciones para el cálculo de estos módulos, sea muy corta para ser medida con los deformímetros utilizados.

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.