Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo de título corresponde a una investigación en la cual se busca mejorar las propiedades mecánicas del cobre. La forma de lograrlo consiste en incorporar una dispersión nanométrica de partículas cerámicas, mediante molienda reactiva, las cuales dificultan el movimiento de dislocaciones y límites de grano. El objetivo de esta memoria es estudiar la influencia de la composición de aleaciones Cu-Mo-C (específicamente Cu - 0%v Mo2 C, Cu - 5%v Mo2 C y Cu - 10%v Mo2 C), sobre el límite de fluencia a temperatura ambiente. Se realizaron moliendas reactivas de 40 y 80 horas, a partir de polvos elementales de Cu y Mo, para luego consolidar los polvos molidos mediante extrusión en caliente. Se determinó la resistencia al ablandamiento de 6 aleaciones en base Cu, empleando microdureza Vickers (300 [g]), a temperatura ambiente. Para cada una de las aleaciones se midió la microdureza de una probeta sin recocer y de otras recocidas durante una hora a 400, 500, 600, 700, 800 y 900 [°C]. Se realizaron ensayos de compresión a temperatura ambiente a una velocidad de 1 [mm/min], para determinar el límite de fluencia de las aleaciones. Se estableció que efectivamente el material que tiene mayor límite de fluencia y mayor resistencia al ablandamiento es el que contiene la mayor cantidad de Mo, lo cual valida la tesis de que se forman precipitados, que mejoran las propiedades mecánicas. Además se estimó el límite elástico mediante el modelo de Besterci, llegándose a resultados muy similares a los obtenidos experimentalmente. Por otra parte, en el caso de las muestras molidas 40 horas se apreció un descenso en la conductividad eléctrica al aumentar la cantidad de molibdeno presente. Así para Cu - 5%v Mo2C y Cu - 10%v Mo2C, obtuve valores de %IACS = 95,2% y %IACS = 85,6%, respectivamente.

Ingeniero Civil Mecánico / En los últimos años ha existido una marcada tendencia a llevar al límite los materiales actualmente conocidos, debido a las diferentes aplicaciones en ingeniería. Es por esto que se han desarrollado diferentes métodos de fabricación de aleaciones con el objetivo de aumentar las propiedades de los materiales. En particular, se ha desarrollado la molienda reactiva como medio de manufactura de aleaciones de cobre con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas a alta temperatura, manteniendo su conductividad térmica y eléctrica. El principal objetivo de este trabajo es estudiar y comprender la influencia de la cantidad de elemento aleante en relación a la cantidad de TaC formada de una aleación de Cu-Ta, fabricada por molienda reactiva y posterior extrusión en caliente. En experimentos previas con probetas generadas por molienda reactiva y posterior extrusión en caliente, se ha encontrado que las partículas de TaC son capaces de mejorar las propiedades mecánicas de la aleación de Cu debido a la formación de precipitados incoherentes con la red de Cu, lo que dificulta el deslizamiento de las dislocaciones. La metodología consiste en variar la cantidad de elemento aleante (Ta). También se utilizarán tres tiempos de molienda diferentes: 30, 40 y 50 horas. Se plantea como hipótesis de trabajo de título que: I) La concentración y distribución de carbono en los polvos provenientes de la molienda reactiva de aleaciones Cu-Ta depende de la cantidad del elemento formador de carburos, Ta en este caso. II) La diferente concentración y distribución de carbono en los polvos molidos afecta la cantidad y distribución de TaC formado en la molienda y en la extrusión. III) Las aleaciones molidas y extruidas posean una estructura cristalina nanométrica; una alta densidad de dislocaciones; y una fina dispersión de TaC. IV) Debido a estos factores, la dureza de la aleación extruida será superior a la del cobre puro. El resultado más relevante encontrado en el presente trabajo es que la cantidad de C absorbida en la matriz de Cu, depende mayormente de la cantidad de Ta agregada a la mezcla, más que del tiempo de molienda reactiva utilizado para fabricar la aleación; además, el carácter nanoestructural de estas aleaciones permite alcanzar propiedades mecánicas superiores a la del cobre puro.

Ingeniero Civil Mecánico / Parte importante del trabajo de investigación científica en ciencia de materiales trata sobre el mejoramiento de las propiedades mecánicas de materiales y aleaciones, así como de procesos de manufactura. Uno de los procesos utilizados para este fin es la molienda reactiva de polvos elementales, que permite la generación de materiales compuestos al insertar una segunda fase en una matriz, gracias a la reacción de uno de los polvos con el medio de molienda. En este trabajo se utiliza la molienda reactiva de cobre y titanio en distintos medios de molienda que aporten carbono con el propósito de formar TiC (Carburos de titanio), para luego extruir los polvos obtenidos y generar una aleación de matriz cúprica con dispersoides cerámicos que entorpecen el avance de dislocaciones. Estas aleaciones son posteriormente analizadas para observar el efecto de los medios de molienda en el material final. Para obtener un material de mejores características se diseñó una experiencia que permite estudiar los cambios de propiedades mecánicas en función de parámetros como el tiempo de molienda y el medio de aporte de carbono. Los tamaños de cristalito muestran una tendencia a decrecer mientras se aumenta el tiempo de molienda para todos los medios de molienda. Para todos los medios de molienda se observaron mejores propiedades mecánicas. La tendencia a incrementar dichas propiedades es considerablemente mayor en el hexano que en el tolueno o carbono activado y metanol, llegándose a observar esfuerzos de fluencia dos o tres veces más altos. Estos resultados pueden explicarse, entre otros factores, por una pobre densificación de las muestras realizadas bajo medio de molienda tolueno, y por una menor afinidad a la formación de cerámicos duros a bajo tiempo de molienda para el carbono activado y metanol.

Debido a la actividad sísmica del Perú, uno de los retos principales de la ingeniería estructural consiste en el desarrollo de técnicas que protejan a las estructuras, a sus ocupantes y a lo contenido, de los efectos de las fuerzas sísmicas. En el Perú ocurren diversos fenómenos naturales que por su peligro pueden derivar, en algunos casos, en desastres. Entre los fenómenos que ocurren con cierta frecuencia y de carácter más destructivo se encuentran los sismos de origen tectónico. Las características del subsuelo de algunos distritos de Lima y la gran densidad de su población la convierten en una zona de alto riesgo sísmico. El enfoque tradicional del diseño sismorresistente se fundamenta en proveer a las estructuras una combinación de resistencia y ductilidad para resistir las cargas producidas por los sismos, aceptando un cierto nivel de daño en la estructura. Recientes sismos han demostrado que los edificios diseñados y construidos de acuerdo a los códigos más recientes proveen una adecuada respuesta aunque se produzcan algunos daños. Sin embargo, el costo y tiempo de reparación pueden ser altos. Por esta razón es importante establecer criterios de diseño sismorresistente en base a objetivos específicos de desempeño. Se han desarrollado, nuevas tecnologías para controlar el nivel de daño mediante la disipación de energía. El propósito básico de la incorporación de dispositivos de disipación pasiva de la energía sísmica es el de absorber un porcentaje considerable de la energía entregada por el sismo, reduciendo el nivel de daño generado. Entre estos dispositivos se encuentran los de Fluido-Viscoso. Con la adición de sistemas pasivos de disipación se puede disminuir las derivas (desplazamientos relativos de los entrepisos) de cada nivel en base a la elección de un desempeño objetivo, constituyendo una alternativa para protección y reforzamiento de estructuras existentes diseñadas bajo normas y códigos que no cumplen con las exigencias sismorresistentes vigentes. Además se podría disminuir los daños en los elementos existentes ante sismos severos, sin realizar grandes cambios en su configuración estructural inicial. / Tesis

En la presente investigación se presenta el desarrollo de macromodelos numéricos de pilas y de muretes de albañilería de arcilla con la aplicación del Método de Elementos Finitos en el programa de computadora Abaqus. El objetivo de este trabajo es calibrar las propiedades plásticas de la albañilería ensayada en laboratorio para así, caracterizar su comportamiento estructural a compresión y tracción. Con este objetivo, cuatro pilas y cuatro muretes se ensayaron a compresión uniaxial y compresión diagonal, respectivamente. De dichos ensayos se obtuvieron la resistencia máxima a compresión y tracción, módulo de elasticidad, módulo de corte, y las curvas carga-deformación del material, principalmente, en la etapa elástica de su comportamiento. La metodología comprendió revisión bibliográfica, participación en ensayos de laboratorio, evaluación de resultados de ensayos y, a partir de este análisis de resultados, la calibración de las propiedades mecánicas inelásticas. A futuro, se espera que las propiedades que se calibren del material se puedan emplear para el diseño y modelamiento de estructuras más complejas hechas de albañilería de arcilla; lo cual se considera de importancia debido a la significativa presencia de este material en el país y la necesidad de estimar su respuesta estructural más allá del rango elástico por encontrarse el Perú en una zona sísmica. / Tesis

El estudio de los materiales de construcción, difundidos en gran medida como lo es la albañilería de arcilla, cobra vital importancia, ya que este permite ampliar el conocimiento de su comportamiento ante solicitaciones que puedan generar su inestabilidad. Sin embargo, la mampostería es un material que presenta complejidad cuando se trata de predecir su comportamiento mecánico y sus propiedades. Por ello, en el afán de buscar nuevas maneras que permitan caracterizar el comportamiento de este material y, con ello, predecir con mayor precisión su respuesta ante diferentes situaciones de cargas, se presenta la aplicación del método de modelación numérica. La presente tesis tiene como objetivo principal ampliar el conocimiento de la modelación numérica como herramienta de estudio de la mampostería de arcilla. Por ello, se planteó realizar modelos numéricos que simularan los ensayos cuasi-estáticos de este material. Primeramente, en el proceso de esta investigación se desarrollaron ensayos de compresión uni-axial, para las pilas, y de compresión diagonal, para los muretes, en el Laboratorio de Estructuras PUCP. Luego de los ensayos, se realizó el procesamiento de los resultados experimentales para obtener los parámetros mecánicos de la albañilería que serían empleados en la modelación. Cabe resaltar que para el desarrollo del modelo se requirieron parámetros que se extrajeron de la base teórica. Los modelos numéricos se desarrollaron con el método de elementos finitos en el programa especializado DIANA. Asimismo, para el desarrollo del trabajo se consideró a la albañilería como un material homogéneo y los elementos utilizados fueron sólidos, hexaedros. Por otro lado, se empleó el criterio de fractura “Total Strain Crak model” para el agrietamiento del material y se procedió a realizar la calibración del modelo. Finalmente, se pudieron realizar las simulaciones de los ensayos de compresión uni-axial y compresión diagonal en el programa computacional para obtener los resultados. A partir de los resultados obtenidos se podrá realizar análisis de estructuras de albañilería de manera más práctica. Asimismo, utilizando las potentes herramientas computacionales que existen hoy en día se podrá generar fuentes información sobre el comportamiento de este material que contribuyan a desarrollar nuevas estrategias de estudio, y que a largo plazo permitan depender en menor medida de los costosos ensayos de laboratorio. / Tesis

Este trabajo explora el manejo de métodos no destructivos para la caracterización mecánica y evaluación de la calidad de concretos de mediana resistencia. Los métodos no destructivos tomados en cuenta para esta investigación fueron el ensayo de resonancia por impacto y el ensayo de vibración basado en respuestas ambientales. Los ensayos de resonancia por impacto fueron comparados con el ensayo de resistencia a la compresión en dos campañas experimentales. La primera campaña se llevó a cabo en 20 especímenes de concreto fabricados y curados en laboratorio, con el propósito de realizar un monitoreo continuo del desarrollo del módulo de elasticidad dinámico del concreto en el tiempo. En la segunda campaña, se evaluaron 265 especímenes provenientes de diferentes proyectos de la ciudad de Lima, con finalidad de obtener una correlación entre el módulo de elasticidad dinámico y la resistencia a la compresión. Las correlaciones preliminares fueron validadas en 181 especímenes adicionales. Por otra parte, los ensayos de vibración ambiental se aplicaron para monitorear de forma continua el desarrollo del módulo de elasticidad estático del concreto desde el momento del vaciado. Estos resultados se compararon con los obtenidos en laboratorio a través del método tradicional de lectura del módulo de elasticidad de cuerda. Además se analizó la relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el módulo de elasticidad estático del concreto. La aplicación de ensayos no destructivos son de gran interés en el campo de la mecánica de materiales. En el caso del concreto permiten determinar algunas propiedades mecánicas, desde edades muy tempranas, de forma rápida y sin la necesidad de realizar largas y costosas campañas de laboratorio. / Tesis

Durante los últimos años, debido a la gran cantidad de edificaciones nuevas y obras urbanas que se pudieron observar no sólo en la capital, sino en todo el país, es seguro afirmar que el sector construcción ha encontrado una época de auge. Este incremento, aunque ahora desacelerado –respaldado por cifras de PBI del sector económico en cuestión–, trajo como consecuencia un aumento en el consumo del concreto. Este material se encuentra compuesto, principalmente, de cemento, agua y agregados, abarcando estos últimos un 82% del volumen total y aportando, de esta manera, una gran cantidad de propiedades importantes al resultado. El problema que surgió a partir de esta realidad es la necesidad de manejar de manera apropiada la demanda incrementada de uno de los agregados más importantes: la arena fina. Utilizando como información de entrada las propiedades físicas del material en mención, dictados por las normas ASTM C33, y el volumen de producción de la cantera más importante de este material en Lima –la de Jicamarca–, se tuvo como objetivo del presente trabajo alcanzar, mediante la aplicación de conocimientos y criterio en ingeniería mecánica adquiridos durante la carrera, un diseño estructural de un apilador o “stacker” radial que sea óptimo no sólo en resistencia, rigidez y estabilidad, sino también en funcionalidad y economía. El objetivo se alcanzó mediante el análisis y descarte de alternativas, utilizando cálculos de resistencia, rigidez y estabilidad, previa estimación de un sistema de faja transportadora que sería cargado por la armadura. Para esto, se empleó como base la norma ISO 5049 para el diseño de estructuras metálicas de equipos móviles para el manejo continuo de materiales a granel, el manual de construcción en acero de la AISC y bibliografía complementaria de diseño. Por último, se aproximaron los costos de las opciones en carrera con motivo de poder seleccionar la alternativa más viable. El resultado final fue el diseño general de una estructura de acero principalmente tubular con una viga principal de celosía que, mediante el cumplimiento de criterios normados de resistencia, rigidez y estabilidad, así como de economía en el suministro y fabricación, se encuentra en la capacidad de manejar el apilamiento radial al aire libre de un volumen de producción significativo de arena. / Tesis

El tema central de la tesis es el estudio del comportamiento mecánico de laminados simétricos compuestos de una matriz de poliéster isoftálica reforzada con fibras de vidrio, y analizar la influencia de la orientación de las fibras debido al comportamiento anisotrópico que estas presentan. Para lograr este objetivo, se identificaron los parámetros necesarios para caracterizar el material en estudio, luego se fabricaron las probetas del material, se elaboró un modelo matemático orientado a la caracterización de este y se validó el modelo mediante ensayos mecánicos de tracción y flexión. Finalmente se usó el método de los elementos finitos usando el ANSYS Mechanical APDL 14.5 para comprobar resultados. Se analizaron los resultados obtenidos y la influencia de la orientación de las fibras de vidrio dentro del laminado. Se encontró que cuando los laminados son sometidos a tracción los parámetros hallados para caracterizar el material son suficientes para poder predecir el comportamiento del laminado, debido a que los resultados por el modelo matemático y el método de elementos finitos son iguales y conservadores con respecto a los valores hallados experimentalmente, sin embargo cuando los laminados están sometidos a flexión se encontró que el modelo elaborado es limitado y se necesita hallar parámetros adicionales para poder predecir el comportamiento del material. / Tesis

En el Perú existen numerosas viviendas construidas con ladrillos pandereta, el más económico del mercado, éstos son utilizados para la construcción de muros portantes. El uso del ladrillo pandereta está prohibido para muros estructurales, excepto en la zona 1 según la Norma Técnica de Albañilería E.070. Esta tendencia de uso masivo de ladrillos pandereta, se evidencia especialmente en distritos emergentes en donde, en su mayoría de casos, son viviendas típicas autoconstruidas sin asesoría técnica. Evidentemente ante el problema señalado, se debe tomar medidas preventivas para tener un nivel de desempeño óptimo en las estructuras, en el supuesto que ocurra un sismo de magnitudes considerables. Por tanto, a través de esta investigación, se busca comparar la resistencia, comportamiento mecánico y costo asociado de muros sin reforzamiento (sólo tarrajeados) con muros reforzados con malla para tarrajeo y malla electrosoldada. Para este proyecto se construyó nueve muretes a escala reducida con ladrillos pandereta, tres de ellos construidos de manera tradicional, otros tres reforzados con mallas para tarrajeo y finalmente tres muretes reforzados con mallas electrosoldadas. Estos muretes fueron construidos y sometidos a ensayos de compresión diagonal en el laboratorio de estructuras de la PUCP determinando su resistencia al corte, comportamiento y propiedades mecánicas de los muretes reforzados. / Tesis