La presente tesis formula y desarrolla el análisis estático y dinámico en sistemas estructurales continuos, mediante las ecuaciones gobernantes de la mecánica de sólidos deformables y el método de los elementos finitos. Así también propone una metodología que enuncia los pasos más relevantes que permitan que el diseño de estructuras no convencionales, cumpla con los criterios establecidos por la norma AISC–LRFD. La aplicación de la metodología propone 7 pasos secuenciales para el diseño de estructuras no convencionales en un ejemplo concreto de análisis, lo cual permitió demostrar que esta metodología constituye una alternativa eficiente para el diseño pues, al basarse en el método de los elementos finitos, consigue generar resultados óptimos. Finalmente, la metodología propuesta es aplicable a aquellas estructuras no convencionales en etapa de diseño, lo que presupone un comportamiento elástico– lineal del sistema, para poder aplicar el análisis estático y dinámico en éste. Además, la metodología es factible de aplicar también a estructuras existentes, bajo esta hipótesis de diseño. / Tesis

En los recientes eventos sísmicos ocurridos en todo el mundo se han puesto en evidencia el mal desempeño sísmico de estructuras modernas perdiendo la confiabilidad del diseño, siendo menor a lo esperado, lo cual ha enfatizado la necesidad de replantear las metodologías de diseño sísmico. La norma peruana de diseño sismorresistente E-030, está basada en criterios de protección ante un solo nivel de amenaza sísmica, sismo severo. Por lo cual es necesario desarrollar el estudio del desempeño sísmico de las estructuras, ante los distintos niveles de amenaza sísmica. Considerando el principal objetivo reducir su vulnerabilidad a través del control del daño estructural. Empezando desde la concepción del proyecto por lo cual se utiliza la metodología del diseño basado en el desempeño sísmico. En este trabajo se realiza el diseño estructural basado en el desempeño sísmico de un edificio de 5 niveles, de uso de vivienda multifamiliar. Evaluando su desempeño ante los objetivos propuestos por la normativa peruana. Además de esto se realiza un análisis comparativo con los objetivos de desempeño propuestos por el SEAOC. El análisis estructural en la etapa no lineal se realiza siguiendo las sugerencias del comité VISION 2000 de la Asociación de Ingenieros Estructurales de California, que propone el procedimiento espectro de demanda-capacidad (SEAOC, 1995). El diseño estructural propuesto por la normativa peruana, conduce a un edificio rígido con columnas interiores y perimetrales de 40x40cm y columnas en cada esquina de la planta de 40x80cm, y vigas de 25x40cm en su mayoría. Con estas dimensiones se obtuvieron derivas de hasta 6.5‰ respecto de la normativa peruana. Al realizar la metodología del diseño basado en desempeño, se obtiene una ductilidad global respecto de la fluencia efectiva de 6.09 y 4.89 en sentido X y Y respectivamente. Y una sobrerresistencia respecto a la cortante de diseño y la formación de la primera rótula de 1.51 y 1.35 en sentido X y Y respectivamente. Y una sobrerresistencia respecto a la cortante de diseño y el colapso de 3.73 en X y 3.90 en Y. Con estos resultados favorables en ductilidad y sobrerresistencia, se cumplen los objetivos de desempeño propuestos por la Norma peruana.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La alta velocidad de ejecución de los proyectos industriales y mineros, y en particular, los plazos ajustados para el desarrollo de la etapa de ingeniería de detalles, muchas veces hace que las oficinas de ingeniería de diseño deban proporcionar indicaciones generales para el diseño y cálculo de conexiones a las maestranzas que se adjudican el contrato de fabricación de estructuras. En este contexto, es una práctica recurrente que la maestranza que se adjudicó los trabajos de fabricación y montaje de las estructuras, también sea la encargada de realizar el diseño y cálculo de las conexiones. La revisión de los proyectos ejecutados por la industria revela que no siempre la información proporcionada por la ingeniería de diseño, para el diseño de las conexiones, está totalmente completa, sólo se proporcionan indicaciones generales que no siempre son bien interpretadas por la maestranzas u oficinas responsables de la fabricación y cálculo de las conexiones. La actual norma chilena NCh428, Estructuras de acero Ejecución de construcciones de acero perfiles laminados, soldados y tubos , establece que la responsabilidad del diseño estructuras, incluida las conexiones, es de la ingeniería de diseño. En este contexto, el presente trabajo de título establece un procedimiento práctico para el diseño y cálculo de conexiones de estructuras metálicas de instalaciones industriales y mineras chilenas, en particular del esqueleto resistente, considerando el hecho de que un tercero realice este diseño y que las oficinas de diseño lo revisen y validen. Entrega herramientas de diseño prácticas, más disposiciones normativas, de modo que se asegure la compatibilidad del modelo estructural, supuesto por el calculista, y lo efectivamente desarrollado por el proyectista. Presenta prácticas básicas de estructuración y cálculo. También presenta secciones orientadas a que el ingeniero y proyectista pueda entender rápidamente el modelo estructural y la interacción con sus conexiones, como también que los ingenieros puedan obtener las resistencias requeridas para calcular dos distintos mecanismos de falla que se pueden presentar. El capítulo de conexiones estándares presenta una selección de las conexiones más utilizadas en la práctica de edificios industriales y mineros chilenos. Se consideran las conexiones de empalmes, de sistemas estructurales de marcos arriostrados concéntricamente, de sistemas de marcos rígidos y de conexiones en plataformas. Finalmente se presenta el procedimiento de diseño de conexiones, el que establece las distintas responsabilidades, las normas a utilizar, los criterios para diseñar y en general los requerimientos para el diseño y cálculo de conexiones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La normativa chilena que regula el diseño sísmico de estructuras industriales de acero es la norma NCh2369 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales . Esta norma se basa en la experiencia obtenida por el comportamiento de las estructuras luego de ocurrido los terremotos de 1960 en Concepción y 1985 en Valparaíso. Y que actualmente se encuentra en revisiones luego de ocurrido el terremoto en Maule el año 2010. Uno de los puntos que se deben estudiar son las disposiciones que tienen que ver con el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Con lo que se encuentra en estos momentos en la norma, el diseño de los pernos de anclaje no produce los resultados esperados que la misma normativa estipula, como es el caso de la disipación de energía en caso de ocurrido un sismo. Esto pasa debido a que se produce la fractura de los pernos antes de que estos comiencen a fluir. Es por lo que se hace necesario realizar un estudio de las fuerzas que se utilizan en el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Para esto, en este trabajo se realiza el estudio de tres estructuras industriales de acero, basadas en marcos arriostrados concéntricamente, realizando distintos diseños para los pernos. La evaluación del desempeño se lleva a cabo de acuerdo con la metodología del FEMA P695, incluyendo la no linealidad de algunos elementos estructurales de los que se destacan los pernos de anclaje debido a que son en los que se centra el estudio. Con el fin de ampliar el estudio de las disposiciones de la norma acerca de los pernos de anclaje, se estudia también como influye en el resto de la estructura el largo libre de los pernos. Para lo que se utilizaron distintos largos libres de anclaje en cada una de las estructuras utilizadas. La aplicación de la metodología FEMA P695 entrega conclusiones sobre cómo afectan las distintas variables en el comportamiento de la estructura. Un aumento en el largo libre de los pernos genera un aumento en la ductilidad y en el factor de reducción de respuesta, mientras que, si se diseña el perno para una fuerza mayor, la ductilidad del sistema baja considerablemente. La razón del margen de colapso no varía en función de las modificaciones hechas a cada modelo, por lo que se puede concluir que este valor ve más bien afectado por otros elementos estructurales. Por otro lado, si se aumenta el valor de la fuerza de diseño de los pernos de anclaje se disminuye considerablemente la cantidad de elementos en entra en fluencia.

Plantear una metodología de trabajo como alternativa a los traslapes empleados de manera convencional, los empalmes por fusión y compresión axial, que llevará a mejoras económicas en los precios unitarios, esto finalmente llevara a un ahorro por metodología de trabajo (que incluye tanto ahorro en material desperdiciado y en mano de obra empleada). Con el apoyo de las normas vigentes, se sustenta que todo lo planteado tiene sustento técnico, y que requiere validación en campo que asegure la funcionalidad de esta alternativa operacional (que de igual forma que la vigente implica en costos compensables). / To propose a methodology of work as an alternative to the overlaps employed in a conventional manner, fusion splices and axial compression, which will lead to economic improvements in unit prices, this will eventually lead to savings by work methodology (which includes both savings in material wasted and in employed labor). With the support of the current standards, it is sustained that everything raised has technical support, and requires validation in the field to ensure the functionality of this operational alternative (which in the same way that the current implies in compensable costs). / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Prodinsa es la única empresa en Chile dedicada a la fabricación de cables de acero. Generalmente, los cables utilizados en palas mineras y grúas de altas prestaciones, están sometidos a altas cargas de trabajo cíclico durante su vida útil. La reiteración de los esfuerzos de flexión, extensión y contacto que se originan en cables que operan en condiciones dinámicas genera fatiga, siendo éste su principal mecanismo de falla. La carga de trabajo y el tamaño de las poleas, son las condiciones operacionales más influyentes en la vida del cable. Así mismo, los parámetros de diseño del cable, como su diámetro y construcción, lo caracterizan y determinan su comportamiento. Para poder realizar buenas estimaciones sobre la vida útil de distintos tipos de cables que presten servicios dinámicos, se realizan ensayos de fatiga. Mediante este tipo de ensayos, es posible obtener valiosas conclusiones sobre cómo distintos factores influyen en el comportamiento de los cables, permitiendo así determinar qué construcciones son más aptas para cada aplicación y bajo qué condiciones de operación presentan un rendimiento óptimo. El objetivo del presente trabajo es diseñar una fatigadora de cables de acero que cumpla con estándares internacionales y que satisfaga las necesidades de Prodinsa. Para lograr el objetivo propuesto se trabaja bajo la siguiente metodología de diseño: primero, se determinan los parámetros de diseño de la máquina; luego, se estudia el estado del arte de las fatigadoras en el mundo. Finalmente, se diseña iterativamente los distintos subsistemas de la máquina. El resultado final de este trabajo incluye planos y memorias de cálculo del diseño, la definición de lógica de control de la máquina y un manual de utilización de la misma. El principal desafío en cuanto al diseño de la fatigadora es su versatilidad, ya que se requiere que sea capaz de ensayar cables desde 10 hasta 50 milímetros de diámetro. Dado lo anterior, el diseño de la máquina incluye dos poleas intercambiables que son utilizadas para tensionar el cable y originar su movimiento. El diseño final de la fatigadora es de disposición vertical. El movimiento del cable es inducido mediante la implementación de un motor servo de 75 kW acoplado al eje de una de las poleas. La carga del ensayo es suministrada por un cilindro hidráulico capaz de ejercer hasta 150 kN que cuenta con una carrera máxima de 812 mm. La combinación de los equipos mencionados permite realizar ensayos en el rango de diámetros de cable requerido sobre poleas de entre 200 y 1000 mm de diámetro. La adición de un sistema óptico de inspección permite automatizar la recopilación de datos generados durante la operación de la máquina y establecer la finalización de los ensayos según criterios de descarte existentes para cables de acero que operan en condiciones dinámicas.

La presente investigación estudia el problema de la falta de seguridad sísmica de las viviendas y edificaciones en el país de Haití, cuyo sistema estructural es a base de muros de mampostería hechos con unidades artesanales de concreto de 3 alveolos huecos. Asimismo, se hace una evaluación de las mejoras al comportamiento del sistema constructivo tradicional haitiano mediante el empleo de unidades de concreto relleno del 33 y 66% de alveolos rellenos. El trabajo de investigación realizado consta de dos partes bien diferenciadas: la primera (VRI), estuvo a cargo de los ingenieros Gladys Villa García y Marcial Blondet, y la segunda estuvo a cargo de los ingenieros Daniel Quiun W, Marcial Blondet y Gladys Villa García, financiada por DGI PUCP (Dirección y Gestión de Investigación). Los resultados obtenidos de la primera parte del trabajo de investigación servirán como base de comparación con los que se obtengan del presente trabajo. Asimismo, las mejoras realizadas en el proyecto VRI en el sistema constructivo, como el confinamiento de elementos de albañilería, el reforzamiento de los elementos de arriostre verticales y horizontales; estarán incluidas en el proyecto actual DGI. Esta segunda parte de la investigación es un estudio de la efectividad técnica de mejorar la resistencia al corte en los muros conformados por los bloques de concreto rellenos con el 33% y 66% de alveolos rellenos, es decir, se parte de la hipótesis que las unidades de albañilería deben ser más sólidas para incrementar su resistencia y ductilidad ante los ensayos de carga lateral cíclica que representan a la solicitación sísmica. Este trabajo de tesis está distribuido de la siguiente forma: Capítulo 1: Descripción del proyecto. Se plantea el problema general producido por el sismo del 2010 en Haití y se trazan objetivos específicos de mejora constructiva y de resistencia para la reconstrucción de las viviendas considerando sus aspectos económicos y sociales. Capítulo 2: Antecedentes bibliográficos. Se hace una recopilación de las investigaciones que se han realizado en bloques de concreto y cemento artesanales. Asimismo, se presenta el trabajo de investigación (VRI – PUCP) que antecede a la presente investigación. Capítulo 3: Propiedades de los materiales. Se presenta los resultados de los diferentes ensayos que se han realizado a los materiales utilizados para la construcción de pilas, muretes y muro de bloques de concreto. Se determinó sus características físicas y las propiedades mecánicas correspondientes. Capítulo 4: Pilas y muretes al 33% y 66%. Se realiza la descripción de la construcción de pilas y muretes, así como también se calcula valores típicos de resistencia comparados con los de la Norma Peruana E.070 – Albañilería. Capítulo 5: Muro confinado al 33%. Se describe el proceso constructivo y ensayo del muro compuesto con bloques de concreto con 33% de alveolos rellenos. Se detalla la instrumentación utilizada así como también se describen las fases de los ensayos a carga lateral cíclica. Finalmente se hace una evaluación de los resultados obtenidos mediante el cálculo teórico de las propiedades de la albañilería. Capítulo 6: Se comparó los resultados obtenidos entre los muros M0 (muro sin confinar), M0-0 (muro confinado compuesto por bloques sin relleno de alveolos) y M1-33 (muro confinado compuesto por bloques al 33%, es decir, el alveolo del medio es relleno por mortero). La comparación que se realizó es en base al comportamiento cualitativo y estructural. Evaluación de rigideces de los muros, cargas máximas que soportan, evaluación de la ductilidad. / Tesis

El objetivo principal de la presente tesis es dar a conocer un método de diseño basado en el comportamiento plástico de las estructuras metálicas, cuando estas se encuentran sometidas a caras sísmicas; es decir, analizar la formación de rótulas plásticas o tipos de fallas en los elementos estructurales. Se detallarán todas las variables que intervienen en este método de diseño; así como también, se deducirán las ecuaciones mediante el uso de herramientas matemáticas o programas de cálculo estructural. De esta manera, se busca que el lector entienda como funciona esta metodología de diseño. Con la finalidad de entender el método expuesto, se realizará un ejemplo sencillo en donde se aplicarán todos los conceptos paso por paso, de manera que el lector sea capaz de aplicar la metodología en sus diseños o investigaciones Se analizarán y compararán los resultados obtenidos mediante el uso de programas de cómputo. Finalmente, se analizarán los resultados, para obtener la mayor cantidad de conclusiones y recomendaciones para investigaciones futuras que puedan complementar la presente Tesis. / Tesis

En la actualidad, el Perú presenta una gran demanda en la utilización de estructuras metálicas que trabajan con equipos mecánicos tales como zarandas, chancadoras, fajas transportadoras, entre otros. El campo de aplicación abarca todo tipo de industrias, donde la que más resalta es la minería, ya que el Perú es considerado un país minero (actividad principal). Es por ello, la importancia de conocer el comportamiento dinámico de dichas estructuras tiene un valor agregado muy importante. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un módulo de laboratorio en base a una estructura metálica, la cual trabaje con equipos mecánicos. Para así poder mostrar la influencia y mejorar la comprensión sobre la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. La primera parte abarcó todos los conceptos necesarios para poder abordar los problemas de vibraciones mecánicas en las estructuras metálicas. Se explicó con mayor detalle los conceptos de los parámetros que influyen y estén relacionados con el comportamiento dinámico y la estabilidad. También se indicaron las herramientas necesarias para determinar las frecuencias naturales en n GDL mediante el análisis modal. En cuanto a la parte del diseño, se contemplaron las recomendaciones mencionadas por la norma VDI 2225; desde el estudio del arte, hasta obtener el concepto de solución óptimo, para luego realizar los planos de fabricación. La siguiente parte abarcó la experimentación que se realizó en el Laboratorio de Física de la PUCP, con ello se obtuvo datos experimentales (análisis modal) para luego contrastarlos con los elementos finitos. Luego, se comprobó que hay una variación menor al 10 % en el primer modo de los datos conceptuales con los experimentales. También, se mostró la influencia del tipo de uniones y cómo estos afectaron a las condiciones de borde. Además, se logró mostrar la diferencia de los modos y frecuencias naturales al cambiar cambió la configuración del sistema. Por último, se logró cumplir con los objetivos planteados al mostrar la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. Como también se resaltó, la importancia de las condiciones de borde para tener una mejor representación del modelo actual, en este caso se resaltó la influencia del tipo de uniones. / Tesis

Los altos costos de reparación, reconstrucción y mortalidad causado por los terremotos obligan a los países sísmicos, como el Perú, a investigar o desarrollar dispositivos que permitan aislar o disipar energía sísmica. La presente tesis se enfocada principalmente en el estudio de los aisladores de péndulo friccional. Primero, se estudiaron los fundamentos del aislamiento sísmico y se desarrolló ejemplos aplicativos con un software de análisis de un modelo de un grado de libertad. Después, se estudiaron los métodos de análisis sísmicos de estructuras: estático, espectral y tiempo historia no lineal; referenciados principalmente del ASCE SEI 7- 10, borrador del ASCE SEI 7-16 y del FEMA 750. Luego, se propuso un procedimiento de análisis y diseño de edificios con aisladores en el Perú. Para los edificios con aisladores sísmicos se tomaron las exigencias del diseño por funcionalidad continua que recomiendan limitar la deriva máxima de piso a 3 ‰, la aceleración máxima de piso a 0.25g para el sismo de diseño (Tr=475 años). Así mismo, se desarrolló el análisis de un edificio hospitalario con aisladores de péndulo de fricción doble, triple y base empotrada; donde se hallaron y compararon los valores globales de respuesta sísmica (periodo, deriva, aceleración, cortante, desplazamiento y amortiguamiento) entre los análisis y los tipos de dispositivos. Tanto en el hospital con aisladores de péndulo friccional doble y triple, los parámetros globales de respuesta sísmica resultaron similares en los análisis espectral y estático. Sin embargo, hay una considerable diferencia en el análisis tiempo historia no lineal (ANLTH), principalmente, para el análisis del edificio con péndulo doble. Según el análisis estático y modal espectral con ambos aisladores se logra satisfacer los requisitos para el desempeño de funcionalidad continua. Sin embargo, para el doble, dado el alto amortiguamiento, en el ANLTH no se lograron aceleraciones a dicho nivel de desempeño. Finalmente, se hizo un análisis estático según el ASCE 7-16, para los dos tipos de aisladores. De este análisis se obtuvo que lo aisladores de péndulo de fricción pueden llegar a variar hasta 30% en función del valor nominal de cortante y 10% en función del desplazamiento nominal. / Tesis