Actualmente existen diferentes sistemas de sostenimiento que se utilizan en las construcciones que demanden excavaciones subterráneas, como los muros pantallas, calzaduras, entre otros. Sin embargo, en los últimos años se han desarrollado nuevas tecnologías que son más eficientes y óptimas; una de ellas es el sistema de Cutter Soil Mixing (CSM). El propósito principal de la investigación es analizar la aplicación del CSM como sistema de sostenimiento de excavaciones subterráneas en suelos arenosos. Para ello, se analizó mediante el programa Plaxis, una excavación de 11.25 m de profundidad utilizando los sistemas de sostenimiento con muros de CSM y con muros pantallas. Finalmente, en base a los resultados obtenidos del modelamiento se realizó una comparación económica y técnica de ambos sistemas de sostenimiento. Por un lado, los resultados obtenidos de la comparación económica muestran un costo total de $ 284 604.65 para la construcción de un muro pantalla, pero con la alternativa de muros de CSM, el presupuesto final fue de $ 188 661.86. Por otro lado, los resultados de la comparación técnica muestran que tanto los desplazamientos y los asentamientos fueron menores que los valores admisibles, esto aplica para ambas alternativas. Asimismo, en el análisis de infiltración, en ambos casos se obtuvo un factor de seguridad frente al fenómeno de sifonamiento de 3.64. Finalmente, se concluye que el sistema de CSM se adecua apropiadamente en excavaciones subterráneas sobre suelos arenosos. De este modo el uso de muros de CSM representa una solución económica ya que en comparación con los muros pantallas, su costo es un 50% menor. Además, este sistema tiene diversas ventajas técnicas y ambientales, por ejemplo, su implementación genera una remoción mínima de desechos, es un método libre de vibraciones, no necesita la provisión del concreto y tiene un mayor control y registro de los parámetros en el terreno.

En la actualidad existen y se han aplicado técnicas de protección de taludes, algunas basadas en estructuras de contención dirigidas a estabilizar el talud y otras con una fuerte componente vegetacional orientadas a controlar, principalmente, la erosión superficial. Actualmente, en Chile no existe normativa que regule estas últimas soluciones que incluyen bioingeniería de suelos y estabilización biotécnica. Surge interés de conocer más el Estado del Arte y Estado de la Práctica en el Mundo y, en particular, en Chile. En Chile han existido experiencias aisladas de soluciones integradas para proteger los taludes tanto de la erosión superficial como de la inestabilidad; por ejemplo Camino La Pólvora, Carretera del Cobre, Camino Costero Bucalemu-Cahuil, con resultados poco efectivos, presentando incluso desplazamiento de masas de suelo. Se revisará estas tres situaciones, con diferentes soluciones entre si, y analizará el comportamiento de las ellas, frente a las condiciones climaticas y el tiempo. Este trabajo de título analiza aquellos factores que influyen en la erosión superficial y en la estabilidad de los taludes de la zona central de Chile. Se analizará el comportamiento de las soluciones aplicadas en algunos caminos de la zona central, para verificar la efectividad de la solución empleada. Mediante una planilla de cálculo – autor Prof. John Greenwood – que estima el Factor de Seguridad y considera la presencia de vegetación se compararán los valores de entregados para cuantificar estimativamente el aporte de la vegetación a la protección del talud. La vegetación no será perjudicial para un talud. Produce un incremento en el factor de seguridad. La vegetación ideal es aquella nativa de la zona en intervención, de poco biomasa aérea, pero con raíces largas para que la solución en el mediano plazo sea autosustentable.

La presente investigación tiene como fin utilizar residuos agroindustriales en conjunto con Cal, para estabilizar la subrasante pobre de una carretera no pavimentada. Se estudió la influencia de la Ceniza de Bagazo de Caña de Azúcar (CBCA) en conjunto con la Cal para la mejora de las propiedades mecánicas de un suelo arcilloso de baja plasticidad y perteneciente al subgrupo A-6 (8), según AASHTO. Los ensayos que se realizaron fueron, la compactación AASHTO estándar y CBR, para comparar la muestra natural de suelo con las proporciones globales de 5%, 15% y 25% de Material Estabilizante aplicada a esta en estado seco. Así mismo, estas proporciones contienen 4 combinaciones parciales de 100% CBCA; 75%CBCA + 25%Cal; 50%CBCA + 50%Cal; y 100%Cal. Entre los resultados más destacables se tuvieron las mejoras del suelo en características de compactación y CBR, reduciendo la incidencia de la Cal en un 50%. La proporción de material estabilizante que presenta la mejora eficiente e inmediata se obtiene con el 5% de Material Estabilizante respecto a la masa seca de arcilla; con una combinación parcial de 50% de Cal y 50% de CBCA, aumentando el CBR en un 110.81% respecto a la del suelo natural. / The aim of this research work is to use agroindustry’s wastes in conjunction with Lime to stabilize the poor subgrade of an unpaved road. The influence of Sugarcane Bagasse Ash (SCBA) in conjunction with Lime was studied in order to improve the mechanical properties of a low plasticity clayey soil belonging to subgroup A-6 (8), according to AASHTO. The tests that were carried out were the AASHTO standard compaction and CBR, to compare the natural soil sample with the global proportions of 5%, 15% and 25% of Stabilizing Material applied to it in the dry state. Likewise, these proportions contain 4 partial combinations of 100% SCBA; 75% SCBA + 25% Lime; 50% SCBA + 50% Lime; and 100% Lime. Among the most noteworthy results were soil improvements in compaction and CBR characteristics, reducing the incidence of Lime by 50%. The proportion of stabilizing material that presents the immediate and efficient improvement is obtained with 5% Stabilizing Material with respect to the dry mass of clay; with a partial combination of 50% Cal and 50% CBCA, increasing the CBR by 110.81% compared to natural soil’s CBR. / Trabajo de investigación

Debido a la alta actividad sísmica de la costa peruana, a la magnitud de los eventos sísmicos que se presentan y especialmente a las nuevas herramientas disponibles, los análisis dinámicos vienen cobrando mayor importancia en los diseños y análisis de estructuras en general. La presente tesis evalúa dinámicamente la estabilidad de los taludes de la Costa Verde en el distrito de Miraflores por el método de elementos finitos, al modelar secciones críticas de estos taludes en el programa GeoStudio 2004 (mediante sus aplicaciones QUAKE/W y SLOPE/W) y someterlos a la acción de cuatro sismos. Los sismos seleccionados, los mayores eventos de los años 1966, 1970, 1974 y 2006 cerca al lugar de análisis, fueron ingresados a GeoStudio 2004 en forma de registros de aceleraciones y tras ser aplicados al modelo numérico creado, fueron utilizados para determinar las resistencias post-sísmicas y las deformaciones permanentes en las secciones evaluadas. Estos resultados permitieron obtener un entendimiento general del comportamiento de los taludes durante y después del sismo, así como observar el efecto del mismo en la estabilidad de las estructuras analizadas. Como complemento a esta tesis se realizó un manual sobre el análisis dinámico de estabilidad de taludes por elementos finitos con GeoStudio 2004 (incluido en los anexos). / Tesis

Se aborda la optimización del tiempo y costo de la carretera Yanaoca – Yauri para poder establecer las adecuadas longitudes que corresponden a cada tipo de estabilización. Dicha optimización permitirá conocer los límites óptimos superior e inferior de tiempo y costos, simúltaneamente. Para ello, en el primer capítulo se dará a conocer las definiciones acerca de los tipos de estabilizaciones que existen y, asimismo, se conocerá cómo elaborar una buena práctica de la gestión de costos. En el segundo capítulo se abordará el procedimiento constructivo y los resultados de ensayos de la estabilización química con aditivo, con el fin de conocer la dosificación óptima. En el tercer capítulo se presenta los resultados de ensayos de las canteras para conformar la base granular. En el cuarto capítulo se realiza el diseño de pavimento para conocer el espesor de cada tipo de estabilización, y por último, se evaluará la carretera en costos y tiempo y asimismo se propondrá una herramienta de aplicación para otros tramos o proyectos.

El estudio se enmarca en un análisis numérico orientado a determinar la distribución de tensiones efectivas que se generan en un medio poroso cuando el gradiente hidráulico se aproxima al gradiente hidráulico crítico, condición que gatilla la migración de finos en medios porosos de estructura inestable. Este fenómeno ha sido crítico en los suelos de transición y núcleo pertenecientes a la presa W.A.C. Bennet, la cual presentó serias anomalías con manifestaciones de “sinkholes” en varios puntos del coronamiento, luego de 30 años de funcionamiento. Para estos efectos, se ha desarrollado un modelo numérico que utiliza el programa computacional que resuelve las ecuaciones de un medio continuo vía diferencias finitas, para reproducir las trayectorias de esfuerzos verticales obtenidas en probetas de suelos durante la etapa de flujo, i.e., los ensayos efectuados en el permeámetro de grandes dimensiones del laboratorio de UBC. Un aspecto relevante que requiere la solución del fenómeno, se refiere a modelar la pérdida de esfuerzos verticales en el suelo, producto del roce generado en el contacto suelo – permeámetro. Se contempla la implementación de dos alternativas que permiten evaluar por separado dicha pérdida. Éstas corresponden a una interfaz, con propiedades de fricción y rigidez y a la distribución del módulo de deformación, expresada en función del nivel de confinamiento del suelo. La primera solución establece que la interfaz es capaz de provocar la pérdida de los esfuerzos verticales, independiente del módulo de deformación del suelo utilizado. La segunda, que no usa interfaz, requiere del ajuste del parámetro que controla la expansión lateral en el modelo (Modulo de Poisson), en cuanto permite que el suelo se “cuelgue” de las paredes del permeámetro para provocar la pérdida deseada. Debido a que ambas aproximaciones corresponden a diferentes formas de modelar el mismo problema, se establece que la mejor solución corresponde a la alternativa que considera la distribución del módulo de deformación en la probeta. El presente estudio incluye conceptos como línea de falla hidromecánica que, en definitiva, entrega el marco geotécnico requerido para generar una solución que se aproxime al problema de inestabilidad interna, por lo que el programa computacional desarrollado en esta tesis es una útil herramienta práctica en el análisis de estabilidad interna de presas de tierra.

Existen estudios sobre las mejoras mecánicas que le brinda la adición de cal y CCA a los suelos arcillosos naturalmente plásticos con más de 70% de material fino en su composición. Sin embargo, el comportamiento de arcillas arenosas con un porcentaje de granos gruesos mayor al 40% carece de investigación. Este análisis evalúa la influencia que tiene la ceniza de cáscara de arroz en la estabilización con cal a esta clase de suelos. Tras la adición de cal el CBR incrementó en 11.20 veces su valor inicial; al agregarle la ceniza, el CBR osciló entre valores de 45% y 50% hasta que al agregarle 28% de CCA se reportó un decrecimiento sustancial en su resistencia. La trabajabilidad del suelo mejoró y las mezclas con más ceniza resultaron como clasificaciones de un material más granular con un valor de IG 0, según la clasificación AASHTO. El valor máximo de CBR fue con 3% cal y 16% CCA alcanzando 51.3% de CBR, con una MDS de 1.65g/cm3 y un OCH de 15.80%, recalcando que se obtuvo un 1.56% de mayor resistencia a comparación del suelo estabilizado solo con cal. La tendencia del CBR con la adición de ceniza es disminuir su valor, por lo que para suelos arcillosos con alto contenido de silicio no se recomienda la combinación de ambos agentes estabilizantes. / There are many studies about how the addition of lime and rice husk ash (RHA) gives the soil a better mechanical behavior, particularly on clayey soils, where usually fine particles reach more than 75%. However, the soils with a small presence of fine particles (59-60%) do not have much research. This analysis evaluates the influence that RHA has on this kind of soil stabilized with 3% of lime. After the initial mix of soil-lime, CBR increased 11.2 times its initial value; within the addition of the ash, the CBR averaged between 45-50% up until 28% of RHA was added, where the results decreased considerably. Soil workability improved and the specimens with more ash resulted in a more granular material, with a group index value 0 following the AASHTO standards. The greatest CBR record was obtained with the specimen of 16% RHA, 3% lime and soil, reaching a 51.3% CBR, 1.58g/cm3 of MDD and 16.5% of OMC. Yet, it only showed a 1.55% more resistance than the lime-soil specimen. The CBR with more presence of RHA tends to decrease its value, therefore for silica-rich clayey soils, the addition of lime by itself should be enough for an adequate performance. / Trabajo de investigación

La presente tesis desarrolla la influencia que tiene el arreglo estructural de las discontinuidades en la estabilidad global de los taludes globales de un tajo abierto mediante la metodología de elementos finitos (FEM) a fin de tener un diseño mas realista de los taludes. Para esta investigación se realizó una revisión bibliográfica del estado del arte del tópico para tener una base sobre los posibles resultados de la investigación, así como también, discriminar entre el modelo a usar para el modelamiento de las discontinuidades y la metodología de cálculo. Asimismo, para los datos de entrada del macizo rocoso se utilizó data de caracterización geomecánica de una mina a tajo abierto en Canadá, mientras que la caracterización de las discontinuidades se obtuvo de valores teóricos. En el análisis de estabilidad de los taludes se utilizo el software RS2 de rockscience el cual permitió modelar las discontinuidades de manera discreta permitiendo variar los variables de orientación, espaciamiento, longitud y persistencia de las discontinuidades utilizadas en la investigación. Los resultados obtenidos del análisis muestran que el arreglo estructural influye en la estabilidad del talud, sin embargo, esta es mínima debido a las propiedades de resistencia del macizo rocoso la cual le otorga un factor de estabilidad alto. Además, evidencia que el parámetro de mayor influencia es la orientación de la discontinuidad.

En el desarrollo del presente trabajo, se plantea desde el punto de vista técnico económico la importancia de la interacción de las partículas finas presentes en el mastic para dos técnicas que se presentan como innovadoras en el mundo de reciclado (RAP) de carreteras, tratamiento de carpetas con asfalto espumado y tratamiento con emulsiones asfálticas. Esta investigación se llevó a cabo en el proyecto “Servicio de reciclado Huancayo – Yanango – puente Herrería tramo III. Conforme se avanza en la investigación, se analiza y sintetiza una extensa revisión de bibliografía sobre la aplicación de las técnicas de tratamiento de carpetas con asfalto espumado y emulsiones asfálticas, de cada una se explica su historia, uso, producción, diseño para su desarrollo. Posteriormente, se explica la metodología para tener la secuencia del proceso para ambas técnicas, identificar la población, el tamaño de la muestra y las variables. Se da pase a la descripción del proyecto, en donde se presenta su ubicación, las características esenciales, el estudio de tráfico y estudio de la condición antes del proyecto. Además, se estudia las muestras y el resultado de los ensayos de pavimentos donde se ven las calicatas, el triturado de RAP a dimensiones de suelo, cálculo del número estructural de acuerdo con la resistencia saturada, resultados técnicos con asfalto espumado, con emulsión asfáltica, discusión de la solución adoptada y comparación económica de ambas técnicas. Finalmente, las conclusiones y recomendaciones que se encontraron en la presente investigación. / In the development of this work, the importance of the interaction of the fine particles present in the mast for two techniques that are presented as innovative in the world of road recycling (RAP), treatment of folders with foamed asphalt and treatment with asphalt emulsions. This research was carried out in the project "Recycling service Huancayo - Yanango - Herrería bridge section III. As the research progresses, an extensive review of the literature on the application of folder treatment techniques with foamed asphalt and asphalt emulsions is analyzed and synthesized, each of which explains its history, use, production, and design for its development. Subsequently, the methodology is explained to have the process sequence for the techniques, to identify the population, the sample size, and the variables. The description of the project is given, where its location, the essential characteristics, the traffic study and the condition study before the project are presented. In addition, the samples and the results of the tests of pavements where the test pits are seen, the grinding of RAP to soil dimensions, calculation of the structural number according to saturated resistance, technical results with foamed asphalt, with asphalt emulsion, are studied. discussion of the adopted solution and economic comparison of both techniques. Finally, the conclusions and recommendations found in the present investigation. / Tesis

En esta Tesis se presentan metodologías que incluyen análisis de sensibilidad global, modelado y optimización dinámica, para el estudio de procesos que se llevan a cabo en sistemas de reacción biológicos, tales como biorreactores para la obtención de etanol y lagunas de tratamiento biológico de aguas residuales. Para ello se utilizan modelos cinéticos fuertemente integrados y dinámicos, de creciente complejidad, representados por sistemas de ecuaciones diferenciales y algebraicas. Los modelos cinéticos presentan un elevado número de parámetros que están involucrados en funciones altamente no lineales. Dichos parámetros tienen asociada incertidumbre que resulta, por ejemplo, de errores de medición y pueden influenciar los valores de las variables de estado. Por esta razón, es importante identificar los parámetros a los que las variables de estado son más sensibles, mediante análisis de sensibilidad. Se propone la implementación del análisis de sensibilidad global, basado en la descomposición de la varianza, aplicado a modelos dinámicos de biorreactores para la producción de bioetanol y del sistema de lagunas de estabilización. Este análisis se basa en la metodología propuesta por Sobol’ y permite obtener perfiles temporales de índices de sensibilidad de primer orden, total y de interacción entre parámetros, lo cual es útil para comprender complejas relaciones entre los parámetros y las variables del modelo. Además, se analizan diferentes estimadores de la varianza condicional, siendo el de Jansen el más adecuado para modelos más complejos proporcionando mejores resultados. La finalidad del estudio es determinar cuáles son los parámetros más importantes y que deben ser estimados con mayor precisión en forma experimental, para tener un modelo ajustado que pueda proveer predicciones confiables ante cambios en las condiciones de operación, tanto en sistemas de biorreactores de producción de etanol como de lagunas de estabilización. Posteriormente, se procede al diseño óptimo de un sistema de lagunas de estabilización para el tratamiento de aguas residuales. El desempeño de estos sistemas es comparable al de los barros activados, aunque el requerimiento de espacio es una condición limitante para su empleo. El diseño se realiza planteando un problema de programación mixto entera no lineal sobre una superestructura que considera tres tipos de lagunas (aeróbica, facultativa y anaeróbica) con la posibilidad de reciclo, lo que permite obtener la configuración óptima para cumplir con el objetivo de minimizar los costos del sistema con la restricción de que la carga orgánica del efluente sea inferior al valor establecido por las regulaciones ambientales. Finalmente, se implementan estrategias de manejo de las lagunas de tratamiento como problemas de optimización dinámica, donde se proponen como variables de control el agregado de nutrientes, esenciales para el desarrollo de los procesos biológicos, y la potencia que se debe proporcionar a los aireadores para asegurar una oxigenación dentro de las lagunas. / In this Thesis, several methodologies that include global sensitivity analysis, modeling and dynamic optimization are presented to deepen the knowledge on processes which take place in biologic reaction systems, such as bioreactors for ethanol production and wastewater treatment ponds. These models are based on dynamic and highly integrated kinetic models based on first principles, which are represented by differential algebraic equations systems. Kinetic models have a large number of parameters embedded in nonlinear functions. These parameters may have a certain degree of uncertainty due, for example, to measurement errors, and can influence the values of the state variables. Sensitivity analysis provides a mean to detect and rank the importance of parameters in a model. In particular, global sensitivity analysis is applied to a dynamic model, based on the variance decomposition using Sobol's method. This allows the calculation of first order, total and interaction indices for each parameter, which are useful to understand complex relationships between parameters. Several variance estimators are considered, being Jansen's the most appropriate for complex models, yielding the best results. As a result of this study, parameters can be ranked by importance and then experiments can be designed to find with the best precision those parameters that produce the largest impact on the prediction of state variables of the model. Furthermore, the design of stabilization ponds systems for wastewater treatment is addressed through the formulation of a mixed integer nonlinear programming problem over a supestructure which considers three types of lagoons (aerobic, anaerobic and facultative), including recycle streams. The objective function is total cost minimization, subject to constraints on the maximum legally allowed organic load. Finally, several strategies are proposed for the management of stabilization pond systems within a dynamic optimization environment, where the control variables are nutrient addition rate along the time horizon and aerators power for a suitable oxygen concentration, where required.