El área metropolitana de Lima y Callao está ubicada en una zona de alto peligro sísmico. Los efectos del suelo han demostrado tener una influencia importante en los daños reportados por terremotos ocurridos en la historia reciente (Lima, 1940; Chimbote, 1966; Ancash, 1970 y Lima, 1974). La ciudad cuenta con mapas de microzonificación sísmica y estudios del comportamiento dinámico del suelo. Sin embargo, el uso de acelerómetros y la omisión de los periodos altos (T> 0.8 s) asociados a la profundidad del conglomerado de Lima estarían sesgando resultados. Por ejemplo, registros con sismómetros de banda ancha encontraron que el suelo en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) presenta un periodo predominante de 1 segundo no reportado en estudios previos (Ríos, 2016). En ese sentido, es necesario evaluar el comportamiento dinámico del suelo en la ciudad con un enfoque que utilice las Funciones de Transferencia Empírica (FTE) para proveer información de la estratigrafía del suelo hasta el sustrato rocoso. Para ello, este trabajo utiliza la técnica del cociente espectral H/V en 38 estaciones acelerográficas de Lima y Callao, y 100 estaciones de registro de ruido ambiental. Se utiliza la teoría de las vibraciones casuales (Reinoso et al, 1990; Ordaz y Reinoso, 1987) para estimar espectros de respuesta con terremotos históricos de gran magnitud y provenientes de distintas fuentes sismogénicas. Además, esta metodología permite generar mapas de intensidad sísmica en la ciudad para construcciones con distintos periodos estructurales. El procedimiento de análisis se ejecuta a una menor escala en el distrito de Bellavista. En consecuencia, se demuestra que el comportamiento dinámico del suelo en distintas zonas de Lima y Callao no muestra las mismas aceleraciones ni frecuencias dominantes. Los resultados de este trabajo pretenden aportar mejoras en los espectros de diseño y contribuir en futuras revisiones del código sísmico. Además, se intenta que los resultados sean la base de un enfoque distinto a cerca de la dinámica del suelo que pueda plasmarse en una nueva microzonificación de la ciudad. / Tesis

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La teoría clásica en sismología que explica la transmisión de ondas en un medio elástico se sustenta sobre las bases de la ley de Hooke, la cual relaciona linealmente los esfuerzos aplicados a un cierto sólido con la deformación que éste sufre. Si bien ésta es válida en la mayoría de los casos, es posible que no explique todos los fenómenos ondulatorios en medios elásticos. Para algunos casos es necesaria una relación constitutiva que incluya términos de mayor orden, o términos nolineales. Esto es posible debido a la existencia de una relación entre la Energía Interna de Deformación y los invariantes del tensor de deformación. El trabajo teórico desarrollado en este estudio incorpora la transmisión de ondas dispersivas en un medio nolineal, la cual entrega ecuaciones diferenciales nolineales. Éstas, bajo ciertas condiciones, presentan soluciones de Ondas Solitarias, es decir, son ondas viajeras que no pierden su forma de onda a medida que se propagan. Las soluciones a los modelos presentan velocidades de fase levemente mayores a la velocidad de la onda S, periodos cercanos a los 150 s, deformaciones permanentes y amplitudes de onda inversamente proporcionales a la raíz de los coeficientes de nolinealidad. Estas ondas se observan principalmente en zonas cercanas al hipocentro de sismos de magnitud moderada y donde las rocas se comporten nolinealmente con endurecimiento, esto significa que a medida que los esfuerzos aplicados sean mayores, la roca será más dificil de deformar. Estos resultados se comparan con observaciones de sismos registrados en Estados Unidos: un sismo Mw 5.1 ocurrido el 29 de Septiembre del 2004 y otro Mw 4.8 que ocurrió el 8 de octubre del 2006. El análisis de señales comprende: pruebas de ruido que muestran que las señales son parte del sismo y no ruido sísmico ambiente, gráficos distancia vs tiempo que muestran una velocidad de fase relativamente constante para la onda y estudios de polarización y amplitudes esperadas en cada estación que muestran movimientos de partícula concordante con el 50% de los datos. En las réplicas estudiadas del terremoto de Chile del 27 de Febrero del 2010, de los registros estudiados, no se observaron las señales de periodo largo, lo cual muestra que la geología de Chile no cumple las condiciones necesarias para la propagación de ondas solitarias. Por otro lado, al revisar la literatura se puede establecer que sismos de profundidad intermedia y mayor no generan estas ondas de baja frecuencia, sólo se observan en sismos superficiales (intraplaca). Es por esto que no se espera observar estas señales en las réplicas del terremoto de Chile. Si bien estos resultados muestran que hay observaciones que cumplen con las condiciones del modelo, no es una conclusión definitiva. Se deben realizar más pruebas para demostrar que la totalidad de los datos sean consistentes con la teoría, éstas deben incluír: estudios de la reología de la zona y estudios de otros procesos nolineales en la zona de ruptura del terremoto.

Las instalaciones subterráneas son parte importante de la actividad minera en cavernas y forman parte de diferentes etapas de proceso en la producción minera, operaciones con equipos de gran magnitud y peso, áreas de almacenamiento, sectores habitacionales de personas, etc. En Chile las instalaciones subterráneas están frecuentemente sometidas a actividad sísmica, registrándose tasas de daños menores que en instalaciones superficiales, es por esto que se hace importante conocer y comparar el comportamiento de las estructuras subterráneas respecto de las superficiales, con el fin de desarrollar los diseños acorde a las solicitaciones sísmicas en niveles inferiores del terreno. Este trabajo está orientado a determinar las diferencias que existen entre los fenómenos dinámicos que ocurren en superficie respecto de los subterráneos, haciendo un análisis teórico de propagación de ondas en suelos para luego trabajar con registros sísmicos, identificando los fenómenos de superficie y así calibrarlos en profundidad. Siguiendo la metodología de autores anteriores se analizó el efecto de las ondas Rayleigh en un registro de aceleraciones superficiales del terremoto de 1985, en particular la estación de la UTFSM (roca), midiendo sus efectos en las aceleraciones peak y espectros de respuesta. De los resultados se concluyó que para este registro, los efectos de las ondas Rayleigh tienen nula influencia en la aceleración peak y los espectros de respuesta superficiales. Esto implica que el registro está controlado por ondas de cuerpo al igual que un ambiente subterraneo. Luego se analizó la propagación de ondas de corte en un estrato semi-infinito para varios registros sísmicos y diferentes características del estrato. Analizando las aceleraciones en profundidad para estratos rocosos (1500 m/s velocidad onda de corte promedio), se observan atenuaciones del orden del 30% a los 60 metros de profundidad, manteniéndose constantes bajo esta profundidad. Este fenómeno es producido por las condiciones de borde del estrato, ya que el esfuerzo de corte es nulo en superficie. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran el comportamiento de un perfil de aceleraciones en profundidad, esto de manera teórica en base a modelos simplificados, por lo que más allá de entregar un valor concreto para diseño sísmico, se identifica un fenómeno a considerar en el diseño de cada proyecto. Por lo anterior es necesario un buen detallamiento y recopilación de antecedentes para el proyecto y así lograr un diseño acorde a las características y condiciones a las que se somete.

El área metropolitana de Lima y Callao está ubicada en una zona de alto peligro sísmico. Los efectos del suelo han demostrado tener una influencia importante en los daños reportados por terremotos ocurridos en la historia reciente (Lima, 1940; Chimbote, 1966; Ancash, 1970 y Lima, 1974). La ciudad cuenta con mapas de microzonificación sísmica y estudios del comportamiento dinámico del suelo. Sin embargo, el uso de acelerómetros y la omisión de los periodos altos (T> 0.8 s) asociados a la profundidad del conglomerado de Lima estarían sesgando resultados. Por ejemplo, registros con sismómetros de banda ancha encontraron que el suelo en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) presenta un periodo predominante de 1 segundo no reportado en estudios previos (Ríos, 2016). En ese sentido, es necesario evaluar el comportamiento dinámico del suelo en la ciudad con un enfoque que utilice las Funciones de Transferencia Empírica (FTE) para proveer información de la estratigrafía del suelo hasta el sustrato rocoso. Para ello, este trabajo utiliza la técnica del cociente espectral H/V en 38 estaciones acelerográficas de Lima y Callao, y 100 estaciones de registro de ruido ambiental. Se utiliza la teoría de las vibraciones casuales (Reinoso et al, 1990; Ordaz y Reinoso, 1987) para estimar espectros de respuesta con terremotos históricos de gran magnitud y provenientes de distintas fuentes sismogénicas. Además, esta metodología permite generar mapas de intensidad sísmica en la ciudad para construcciones con distintos periodos estructurales. El procedimiento de análisis se ejecuta a una menor escala en el distrito de Bellavista. En consecuencia, se demuestra que el comportamiento dinámico del suelo en distintas zonas de Lima y Callao no muestra las mismas aceleraciones ni frecuencias dominantes. Los resultados de este trabajo pretenden aportar mejoras en los espectros de diseño y contribuir en futuras revisiones del código sísmico. Además, se intenta que los resultados sean la base de un enfoque distinto a cerca de la dinámica del suelo que pueda plasmarse en una nueva microzonificación de la ciudad. / Tesis

El litoral es uno de los ecosistemas que exhiben mayor dinamismo en la naturaleza. La actividad humana es un factor determinante para dicha dinámica, ya que está relacionada a la infraestructura de protección, puertos o edificaciones en dicha zona. Por ende, conocer los procesos morfodinámicos del cambio y tendencias sobre las medidas de cambio costero es una de las metas actuales de la ingeniería. Para tal fin, el presente trabajo busca describir el estado del arte de la dinámica costera y caracterizar los procesos de cambio del litoral peruano mediante un análisis númerico del cambio de posición de las costas. Con uso de la metodología descrita, se analizaron tres casos de estudio en el Perú, las cuales son costas cercanas a Paita, Lima y Matarani. Para dicho análisis, se usaron imágenes satelitales, plataformas GIS y programas de análisis númerico con los que se obtuvo espectros de variación de la señal costera que ayudan a medir la variabilidad del cambio costero. Dentro de los resultados obtenidos, se encontró un comportamiento autosimilar (fractales) en escalas pequeñas de hasta 1 km. Mientras que, en escalas mayores, la variablidad creció hasta una escala que puede ser denominada como la escala característica de la costa, la cual tiene un tiempo de estabilización asociado en el que se puede afirmar que la costa llega a un estado de equilibrio. Asimismo, se encontró que los procesos dinámicos que predominan en los litorales analizados están relacionados con escalas características de gran longitud (mayores a las de 1 km). Por tal motivo, se deben aunar esfuerzos para seguir en esta línea de investigación, a partir de cual se puede llegar a definir la forma de evolución de una línea costera. / Tesis

En la tesis se expone la comparativa entre los modelos de predicción de Perera et al. (2005) y el Modificado de Kovács (Aubertin et al., 2003), los cuales predicen la Curva Característica Suelo-Agua en base a los resultados de ensayos de granulometría o límites de Atterberg. La comparativa se ha realizado con cuatro muestras de suelo, de las cuales se han obtenido sus Curvas Características Suelo-Agua, a través de los modelos de predicción, y estas han sido comparadas eligiendo la Curva que mejor represente al tipo de muestra de suelo estudiado. Luego con la Curva Característica elegida para cada una de las muestras, se ha realizado un ajuste con el modelo de Fredlund & Xing (1994). Como resultado del ajuste se han obtenido cinco parámetros, los cuales se han usado como datos de entrada para realizar el modelo de infiltración en el programa SEEP/W. En el modelado, se presentan dos casos de estudio, el primero es el análisis del caudal de agua, aplicando propiedades del suelo no saturado, como su Curva Característica y Curva de conductividad hidráulica. En el segundo modelo, se ha realizado la evaluación con las propiedades del suelo en un estado saturado, aplicando los conceptos estudiados en la mecánica clásica para el suelo saturado. Finalmente, se han comparado los caudales de agua de ambos modelos en un mismo punto de estudio, ubicado dentro del botadero, obteniendo como resultado un menor caudal en el modelo con propiedades del suelo no saturadas.

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.

Los suelos arcillosos blandos son un problema para la industria de la construcción debido a su alta plasticidad y baja capacidad portante. Para mejorar estas condiciones existen diversas metodologías de carácter mecánico y químico. Estas últimas logran incrementar la resistencia, trabajabilidad y durabilidad del suelo empleando aditivos durante el proceso de estabilización. Para el caso del estudio escogido, carretera Canta Huayllay Km 57 – 59, el expediente técnico del proyecto propone un mejoramiento de subrasantes por el método de sustitución de suelos. Dicha alternativa pretende ser evaluada en la presente tesis comparándola con una propuesta de estabilización química con cal de obra, debido a que experiencias previas demuestran una mejora significativa en el comportamiento físico-mecánico de arcillas blandas mezcladas con cal. Por tal motivo, el objetivo de la presente tesis es estudiar el comportamiento de la mezcla suelo-cal de obra para ser empleada como subrasante de pavimento flexible, considerando la metodología de la National Lime Association (NLA). También, se analizan los cambios en los parámetros de consistencia y resistencia de la mezcla suelo-cal de obra con respecto al suelo natural. Por otro lado, se diseña un pavimento flexible empleando mejoramiento de subrasante por sustitución y por adición de cal de obra para un posterior análisis de espesores de las capas del pavimento. Se demuestra que se obtienen mejores resultados en todos los parámetros mencionados tras la adición de cal de obra a suelos arcillosos blandos en comparación de una estabilización mecánica por sustitución.

Las construcciones sobre subrasantes arcillosas son en algunos casos no recomendables debido a la inadecuada capacidad portante de este tipo de suelo para soportar las cargas de tránsito trasmitidas por la estructura de un pavimento. Ante ello, la estabilización de suelos es una técnica muy utilizada en la construcción de vías pavimentadas y vías no pavimentadas ubicadas sobre subrasantes pobres. Esto debido a que los métodos de estabilización permiten mejorar las propiedades ingenieriles y de durabilidad de las subrasantes. Entonces, esta investigación busca dar a conocer una técnica de estabilización de suelos a través del uso de cenizas de cáscara de arroz. Este agente estabilizador además de mejorar las propiedades mecánicas de una subrasante, al mismo tiempo representa una solución ecoamigable. Ello puesto que el uso de las cenizas de cáscara de arroz ayuda a minimizar la producción de desechos que se eliminarán al medio ambiente. Este trabajo de investigación consistió en el desarrollo de una revisión bibliográfica de estudios experimentales en donde se estabilizaron muestras de arcillas de baja plasticidad (CL) con diferentes porcentajes de cenizas de cáscara de arroz. Ello con el objetivo de identificar que propiedades ingenieriles mejoran en una arcilla con la aplicación de este agente estabilizador. Además, se determinó porcentajes de contenido óptimo de cenizas para las propiedades físicas, las propiedades mecánicas, las propiedades de resistencia y las propiedades hidráulicas en muestras de arcilla estabilizadas. Respecto a las propiedades físicas, los resultados muestran un incremento del límite líquido y una disminución del límite plástico conforme aumenta el porcentaje de cenizas de cáscara de arroz. Además, la gravedad específica del material estabilizado disminuye entre un 5% a 9% con el incremento del agente estabilizante. Las propiedades mecánicas de arcillas estabilizadas muestran un incremento de la capacidad portante CBR conforme se aumenta la presencia de cenizas de cáscara de arroz; sin embargo, luego del porcentaje óptimo, el cual es cercano al 15%, el valor máximo de CBR tiende a disminuir. De los ensayos de compactación tipo Proctor, se observó que conforme se incrementa las cenizas de cáscara de arroz, la máxima densidad seca (MDD) disminuye y el contenido óptimo de humedad (OMC) aumenta. Respecto a las propiedades de resistencia, de los ensayos de comprensión no confinada se obtuvo un contenido óptimo del 25% de cenizas de cáscara de arroz, luego del cual la resistencia a la comprensión tiende a disminuir. Lo mismo se observó de la recopilación bibliográfica de ensayos triaxiales llevados a cabo en muestras arcillosas estabilizadas con cenizas, en donde, el porcentaje óptimo fue del 25%, pasado este valor las propiedades resistentes como la cohesión y el ángulo de fricción disminuían. Finalmente, del análisis de las propiedades hidráulicas, se observó que, a mayores porcentajes de cenizas de cáscara de arroz, el coeficiente de permeabilidad tiende a disminuir debido a la cementación de las partículas de suelo que reduce la tasa de flujo en el suelo estabilizado. La investigación concluye que el uso de cenizas de cáscara de arroz como material estabilizante de subrasantes arcillosas demuestra ser una técnica muy apropiada y óptima debido al mejoramiento de las propiedades como la capacidad portante, el ángulo de fricción y la cohesión. Además, otras ventajas favorables es su disponibilidad y el menor impacto ambiental en comparación con otras técnicas de estabilización. / Constructions on clayey subgrade are in some cases not recommended due to the inadequate bearing capacity of this type of soil to support the traffic loads transmitted by the structure of a pavement. Soil stabilization is a widely used technique in the construction of paved roads and unpaved roads located on poor subgrade. This is because the stabilization methods allow to improve the engineering properties and durability of the subgrade. So, this research seeks to present a soil stabilization technique through the use of rice husk ash. This stabilizing agent improving the mechanical properties of a subgrade, at the same time represents an eco-friendly solution. This is because the use of rice husk ash helps to minimize the production of waste that will be disposed of into the environment. This research work consisted in the development of a bibliographic review of experimental studies where samples of low plasticity clays (CL) were stabilized with different percentages of rice husk ash. This with the aim of identifying which engineering properties improve in a clay with the application of this stabilizing agent. In addition, percentages of optimum ash content were determined for physical properties, mechanical properties, resistance properties and hydraulic properties in stabilized clay samples. Regarding the physical properties, the results show an increase in the liquid limit and a decrease in the plastic limit as the percentage of rice husk ash increases. In addition, the specific gravity of the stabilized material decreases between 5% to 9% with the increase of the stabilizing agent. The mechanical properties of stabilized clays showed an increase in the CBR bearing capacity as the presence of rice husk ash increases; however, after the optimal percentage, which is close to 15%, the maximum CBR value tends to decrease. From the Proctor type compaction tests, it is carried out that as the rice husk ash increases, the maximum dry density (MDD) decreases and the optimum moisture content (OMC) increases. Regarding the strength properties, the unconfined compression tests obtained an optimum content of 25% of rice husk ash, after which the compressive strength tends to decrease. The same was done from the bibliographic compilation of triaxial tests carried out on clayey samples stabilized with ash, where the optimum percentage was 25%, after this value the resistant properties such as cohesion and friction angle decreased. Finally, from the analysis of the hydraulic properties, it was achieved that, at higher percentages of rice husk ash, the permeability coefficient tends to decrease due to the cementation of the soil particles that reduces the flow rate in the soil. stabilized. The research concludes that the use of husk ash as a stabilizing rice material for clayey subgrade proves to be a very appropriate and optimal technique due to the improvement of properties such as bearing capacity, friction angle and cohesion. In addition, other favorable advantages are its availability and the lower environmental impact compared to other stabilization techniques.

El ser humano se enfrenta cada vez a mayores retos geotécnicos para construir estructuras, ya que las zonas geológica y geotécnicamente favorables son cada vez más escasas. Una de las técnicas más antiguas y que siguen siendo utilizadas para el mejoramiento del terreno es el uso de la precarga. El objetivo de la precarga en suelos blandos saturados es reducir el asentamiento cuando se lleva a cabo la construcción real en el sitio. Este objetivo se logra acelerando el proceso de consolidación de estos suelos, ejerciendo presiones e implementando medios para el drenaje de agua. En esta investigación se busca comparar los distintos tipos de precarga que son ejecutados en proyectos de ingeniería, los cuales son el sistema de precarga con material de relleno y con vacío. Este último tiene dos tipos: precarga con vacío con membrana hermética y precarga con vacío de dren a dren. Se recopila información de cada uno de estos sistemas, tanto en sus características propias y como su aplicación en distintas obras de ingeniería. Al finalizar, se presentan tablas comparativas de cada método, donde se detallan ventajas, aplicabilidad, desventajas y limitaciones.