La presente investigación denominada “ESTUDIO DEL MEJORAMIENTO DE PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL ADOBE AGREGANDO ADICIONES NATURALES EN SU PROCESO DE FABRICACIÓN”, tiene como finalidad recopilar datos de las unidades de adobe que han sido alteradas en su proceso de fabricación agregando adiciones naturales, demostrando de esta manera, mediante ensayos, que los resultados obtenidos fueron beneficiosos ya que mejora su resistencia a la compresión en comparación al adobe tradicional. El propósito de esta investigación es brindar nuevos conocimientos sobre el comportamiento del adobe con adiciones naturales como material de construcción.

Las investigaciones realizadas para la elaboración de la presente tesis involucran desarrollos con series de potencias enteras para abordar el estudio del comportamiento mecánico-estructural de pórticos planos abiertos y cerrados. Los estudios de la tesis se organizan en tres partes: una que contempla la búsqueda de las frecuencias naturales de los pórticos, otra que resuelve el comportamiento estático bajo diferentes condiciones de solicitación/vínculo y finalmente la ampliación de los estudios de estática y determinación indirecta de cargas críticas empleando formulaciones de segundo orden. La resolución de las ecuaciones gobernantes de los problemas estructurales se halla dentro del encuadre adoptado por la Teoría Clásica de Resistencia de Materiales. La metodología básica consiste en hallar la respuesta para cualquiera de los problemas propuestos, mediante la resolución de las ecuaciones diferenciales gobernantes utilizando series de potencias enteras para describir los corrimientos axiales y transversales. Se evalúan las condiciones esenciales o geométricas para todas las barras que concurren a un nodo, así como el equilibrio del mismo y las condiciones de vinculación a tierra del entramado. Bajo este marco de referencia, se han resuelto todos los problemas planteados con un muy reducido número de incógnitas en comparación a las utilizadas en el método de elementos finitos con la misma formulación unidimensional. Se ha elaborado un código de cálculo basado en la metodología de esta tesis. Se comparan los resultados de esta investigación con los que brindan los programas comerciales de elementos finitos, lográndose, en algunos casos, sustanciales reducciones en el tiempo computacional para la misma calidad de respuesta. Este tipo de enfoques es de importancia gravitante para encarar estudios que requieran tiempo de cálculo masivo, como por ejemplo optimización estructural. / The research performed to elaborate the present thesis involves the development of integer power-series in order to address the study of the structural mechanics behavior of open and closed frames. The studies of this thesis contemplate three parts: on one hand the search of natural frequencies in the dynamics of frames, on other hand the solution of the static behavior under different load/boundary conditions and finally, the extension of the studies about statics and the indirect determination of buckling loads employing second order formulations. The resolution of the governing equations of the structural problems is enclosed in the context of the Classic Strength of Materials Theory. The basic methodology consist in the calculation of the response for all the proposed problems by solving the governing differential equations by using integer power series to describe the axial and transverse displacements. The essential or geometric conditions of all bars concurring to a given node are evaluated as well as the equilibrium at the node and the remaining boundary conditions of the whole frame. Under this reference context, all the proposed problems have been solved employing a rather reduced number of unknowns in comparison to the ones used in the finite element method (FEM) with the same unidimensional formulation. A calculation code based in the methodology of this thesis has been elaborated. A comparison of the results of the present investigation with the ones obtained by commercial programs based in the FEM has also been carried out. In some cases, a substantial reduction of calculation time has been achieved for the same response quality. This type of approaches is of crucial importance in order to carry out studies that require massive computational time as, for example, the structural optimization.

En este trabajo se estudió el factor de reducción de fuerza sísmica R y la manera como algunos códigos presentan una metodología simple para fines prácticos de diseño. Algunas Normas de Diseño Sismorresistente en el mundo modifican el factor R de acuerdo al tipo de irregularidad de la estructura y a la existencia de irregularidades múltiples. La Norma Peruana considera el valor de 0.75 para modificar el factor de reducción de fuerza sísmica R para todo tipo y nivel de irregularidad estructural (severa o moderada). En el presente trabajo se desarrolló una propuesta de cálculo para la reducción del factor R considerando diferentes tipos y niveles de irregularidad. Se estudiaron 20 edificios irregulares peruanos bajo esta propuesta. Los valores de reducción del factor R propuestos varían entre 0.6 y 0.9 de acuerdo a si las estructuras presentan irregularidad severa o moderada. El trabajo desarrollado se propone para su inclusión en la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente, actualmente en revisión.

En esta investigación se estudió el comportamiento de muros de concreto armado de 8 cm de espesor para su posible empleo a escala natural en la construcción de muros portantes para edificaciones de hasta cinco pisos. Se efectuaron ensayos de carga lateral cíclica en dos muros para lo cual se usó el actuador dinámico con dos diferentes intensidades de carga vertical: el muro M-1 recibió una carga vertical que simuló el peso existente en un muro central y el muro M-2, la carga existente en un muro esquinero, de una edificación real de cinco pisos de altura. Ambos muros poseían el mismo refuerzo vertical y horizontal. Con los resultados de los ensayos se investigó las principales propiedades mecánicas de los muros. Para ello, se calculó el módulo de elasticidad, módulo de corte, rigidez, la resistencia y capacidad de deformación lateral. De igual modo, se investigó la determinación de la forma de falla, distorsión angular máxima y factor de reducción de fuerza sísmica. Se evaluó también el aporte del concreto y el acero de refuerzo frente a solicitaciones simultáneas de corte, deslizamiento y flexión y se comparó con los resultados experimentales. Finalmente, se analizó si este sistema estructural con muros de 8 cm de espesor, cumplió con las condiciones exigidas por la Norma Sismorresistente E.030 y la Norma de Concreto Armado E.060. Además, se formularon recomendaciones, conclusiones y línea futura de investigación.

El presente trabajo de tesis está enfocado en desarrollar un algoritmo para el diseño de árboles de transmisión de cajas reductoras mecánicas de engranajes cilíndricos con distribución uniforme. Asimismo, este algoritmo fue implementado a través de Microsoft Visual Studio Ultimate 2012, el programa que surge a partir de la implementación recibe el nombre de PRODIAT (Programa para el Diseño de Árboles de Transmisión). La implementación del algoritmo se realizó con el fin de proporcionarle una mayor facilidad de uso. El algoritmo se basa en cuatro etapas fundamentales: propiedades mecánicas del material y velocidad de giro, configuración de cargas, análisis de resistencia estática y análisis de resistencia a la fatiga. La primera etapa consiste en reconocer las propiedades mecánicas del material que el usuario ha seleccionado. La segunda etapa se encarga de calcular las reacciones en los apoyos a partir del reconocimiento del tipo de árbol que se diseñara (árbol de entrada, intermedio o salida), la cantidad y tipo de transmisiones que agregue el usuario. La tercera etapa se encarga de mostrar los diagramas de fuerzas internas y dimensionar el diámetro que debe tener una determinada sección de análisis seleccionada por el usuario; este cálculo se realiza según la teoría de falla de Von Misses. Se debe mencionar que no se ha considerado el peso de los componentes de transmisión ni del propio árbol, esto debido a que las cajas reductoras que se contemplan trabajan en el rango de media y alta potencia. Se utilizó el método analítico para obtener las expresiones que representan las fuerzas internas en todas las configuraciones de cargas (número de cargas y tipo de cargas. Finalmente, la cuarta etapa realiza el cálculo del factor de seguridad a la fatiga (según la expresión de la recta de Goodman modificada) para la sección seleccionada por el usuario, para lo cual el algoritmo debe de leer previamente los datos correspondientes a los factores que afectan la resistencia a la fatiga (factor de superficie, tamaño, temperatura, carga, confiabilidad y concentradores). Finalmente, para validar los resultados obtenidos mediante el uso de PRODIAT se utilizaron diversos ejemplos de diseño de árboles extraídos de textos de Diseño en Ingeniería Mecánica. Con el empleo de PRODIAT, se ha conseguido disminuir aproximadamente en un 75% el tiempo empleado para el análisis estático y de resistencia a la fatiga hecho en el diseño de árboles.

El presente trabajo esta de dedicado a evaluar la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio AA6063-T6 procesada mediante fricción batido. Para el desarrollo del trabajo se elaboraron probetas de 150 x 100 x 2.8 mm las cuales fueron procesadas por fricción batido con una misma velocidad de rotación (600 RPM) y con diferentes velocidades de avance (60,100, 120, 160 y 200 mm/min). Luego de que las probetas fueron fabricadas, se procedió a la inspección visual y a la realización de los ensayos microestructurales para ver si el proceso se había realizado adecuadamente y en que combinación de velocidades se obtenía una adecuada estructura; asimismo, para evaluar como la microestructura de las 3 zonas (Zona afectada por el calor, Zona termo mecánicamente afectada, Zona batida) variaba con respecto al metal base. Además, se realizó un barrido de dureza en la zona transversal a un 1 mm de la superficie para analizar la variación dureza en las 3 zonas del proceso con respecto al material base. Por último, se realizaron los ensayos de corrosión. Los primeros ensayos fueron los de inmersión, donde se fabricaron 3 clases de muestras por cada probeta, una de la zona batida, la otra de la zona termo mecánicamente afectada y la última fue de una muestra de las 3 zonas con una parte del material base. Todas estas probetas fueron sumergidas en una solución de 1M HCl y pesadas luego de 72, 96 y 144 horas de haber sido sumergidas. Para corroborar los resultados obtenidos se realizaron ensayos electroquímicos. Se fabricaron muestras circulares de 15 mm de diámetro para cada probeta. A continuación se realizaron ensayos de potencial del circuito abierto y luego se procedió con los ensayos potenciodinámicos. Finalmente, las probetas sumergidas 144 horas fueron analizadas en un microscopio electrónico de barrido para evaluar el modo de corrosión.

En el presente proyecto se pretende dar solución mediante el uso de malla electrosoldada recubierta con un tarrajeo de cemento, para tratar de controlar en mayor grado el grosor de las grietas diagonales. De lograrse el objetivo, la malla podría emplearse como un refuerzo externo en las construcciones existentes, mientras que el refuerzo horizontal interno sólo podría emplearse en edificaciones nuevas. De este modo, con fines comparativos, en este proyecto se analizaron dos muros confinados a escala natural, construidos con la misma mano de obra, los mismos materiales, las mismas dimensiones y refuerzo en los confinamientos, excepto que en uno de ellos se colocó una malla electrosoldada en ambas caras del muro. Ambos muros fueron ensayados a carga lateral cíclica con desplazamiento lateral controlado.

El reforzamiento de estructuras o elementos de concreto armado es practicado cuando se presentan déficit en alguna de las propiedades de dichas estructuras o elementos de concreto armado respecto a una nueva solicitación de su vida útil. Generalmente estas nuevas solicitaciones se presentan por el aumento en su carga de servicio, problemas de durabilidad debido a materiales de construcción pobres e inapropiados, cambios en el ambiente omitidos en el estudio y diseño inicial, incremento de cargas originada por el cambio de uso de la estructura o incremento de la vida útil de la estructura. En los últimos años con la aparición de nuevas metodologías de refuerzo de elementos estructurales de concreto armado han surgido mayores alternativas de solución que nos permiten “reforzar” elementos de concreto armado que son sometidos a mayores cargas luego de haber alcanzado su periodo de servicio, así mismo nos permite comparar en cuanto a costo las diversas alternativas que existen en el mercado. El uso de materiales compuestos como reforzamientos estructurales cada vez es más utilizado, por ejemplo, el uso de la fibra de carbono brinda seguridad a la estructura, aumenta su resistencia y además mitiga los efectos de las fallas producidas por flexión y por corte. El presente proyecto tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento elástico e inelástico de vigas de concreto armado reforzadas con fibras de carbono sometidas a flexión. Para lo cual se analizarán vigas de concreto armado reforzadas con acero y con fibras de carbono (CFRP), empleando diferentes cuantías de cada una. Se estudiará el comportamiento de cada caso mediante diagramas momento – curvatura y se comparará el aporte del uso de fibra CFRP tanto para la ductilidad como resistencia de las vigas de concreto armado sometidas a flexión. Se realizará el análisis comparativo para determinar las ventajas y desventajas del uso de este método de reforzamiento. Finalmente se presentarán las principales conclusiones y recomendaciones obtenidas del análisis empleado, brindando las consideraciones básicas para el uso de CFRP como reforzamiento de elementos estructurales.

Durch die Entwicklung der Soft-Robotik wird der Einsatz neuer oder neuartiger Materialien forciert, die den notwendigen Anforderungen und Ansprüchen in diesem Bereich gerecht werden. In diesem Zusammenhang kommt den sogenannten Smart Materials besondere Bedeutung zu. Diese Werkstoffe haben die einzigartige Fähigkeit, ihre Eigenschaften unter dem Einfluss physikalischer Größen zu verändern, z.B. in Abhängigkeit von der Temperatur, äußeren Magnetfeldern und elektrischen Feldern. Ein solches Smart Material, das in der Vergangenheit nur als Spielzeug verwendet wurde, ist Polyborosiloxane, welches umgangssprachlich auch als "Silly Putty" bekannt ist. Dieses besitzt aufgrund seiner nicht-newtonschen Eigenschaften vielfältige Anwendungsgebiete. Um das Verhalten von Polyborosiloxane durch ein äußeres Magnetfeld beeinflussen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit Verbundwerkstoffe mit einer Matrix aus Polyborosiloxane sowie Partikeln aus Carbonyleisenpulver synthetisiert und untersucht. Die genannten Komponenten wurden nach der Synthese des Polyborosiloxanes aus Polydimethylsiloxane und Borsäure von Hand gemischt, wobei der Massenanteil der dem Polymer zugesetzten Partikel von 20% bis 80% in Schritten von 20% variiert wurde. Zunächst wurden eine Reihe rheologischer Untersuchungen durchgeführt, um die entstandenen Proben hinsichtlich ihres Speicher- und Verlustmoduls zu charakterisieren und zu vergleichen. Um das Fließverhalten des Materials im Schwerefeld der Erde durch ein Magnetfeld zu beeinflussen, wurde eine Helmholtz-Spule genutzt, die sich durch ein konstantes und homogenes Magnetfeld in der Mitte der Spulen auszeichnet. Die aus den Experimenten gewonnenen Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Materials, eine gewünschte Form unter Einwirkung eines Magnetfelds länger beizubehalten. / El desarrollo de la robótica blanda está impulsando el uso de materiales nuevos o innovadores que cumplan los requisitos y exigencias necesarios en este ámbito. En este contexto, cobran especial importancia los llamados materiales inteligentes. Estos materiales tienen la capacidad única de cambiar sus propiedades bajo la influencia de variables físicas, por ejemplo, en función de la temperatura, los campos magnéticos externos y los campos eléctricos. Uno de estos materiales inteligentes, que en el pasado sólo se utilizaba como juguete, es el poliborosiloxano, también conocido coloquialmente como "silly putty". Debido a sus propiedades no newtonianas, tiene una amplia gama de aplicaciones. Para poder influir en el comportamiento del poliborosiloxano mediante un campo magnético externo, en el presente trabajo se sintetizaron e investigaron compuestos con una matriz de poliborosiloxano y partículas de polvo de hierro carbonílico. Los componentes mencionados se mezclaron a mano tras sintetizar el poliborosiloxano a partir de polidimetilsiloxano y ácido bórico, variando la fracción másica de partículas añadidas al polímero del 20% al 80% en incrementos de 20%. En primer lugar, se llevaron a cabo una serie de pruebas reológicas para caracterizar y comparar las muestras resultantes en términos de su módulo de almacenamiento y pérdida. Se utilizó una bobina de Helmholtz, que se caracteriza por un campo magnético constante y homogéneo en medio de las bobinas, para influir en el comportamiento de flujo del material en el campo gravitatorio terrestre mediante un campo magnético. Los resultados obtenidos en los experimentos muestran la capacidad del material para mantener la forma deseada durante más tiempo bajo la influencia de un campo magnético. / The development of soft robotics is driving the use of new or innovative materials that meet the necessary requirements and demands in this area. In this context, so-called smart materials are of particular importance. These materials have the unique ability to change their properties under the influence of physical variables, e.g., depending on temperature, external magnetic fields, and electric fields. One such smart material, which was only used as a toy in the past, is polyborosiloxane, also known colloquially as "silly putty". Due to its non-Newtonian properties, it has a wide range of applications. In order to be able to influence the behavior of polyborosiloxane by an external magnetic field, composites with a matrix of polyborosiloxane and particles of carbonyl iron powder were synthesized and investigated in the present work. The above components were mixed by hand after synthesizing the polyborosiloxane from polydimethylsiloxane and boric acid, varying the mass fraction of particles added to the polymer from 20% to 80% in steps of 20%. First, a series of rheological tests were carried out to characterize and compare the resulting samples in terms of their storage and loss modulus. A Helmholtz coil, which is characterized by a constant and homogeneous magnetic field in the middle of the coils, was used to influence the flow behavior of the material in the Earth’s gravitational field by means of a magnetic field. The results obtained from the experiments show the ability of the material to maintain a desired shape for longer under the influence of a magnetic field.

The investigations of this work are dedicated to the production of highly alkali resistant porous glasses, evaluating the effect of adding ZrO2 to the sodium borosilicate Vycortype glass. The additions were made with the purpose of improving the ability of the silica porous structure to withstand alkaline solutions. Base glasses (BG) with 0 mol% ZrO2 (Zr0), 3 mol% ZrO2 (Zr3) and 6 mol% ZrO2 (Zr6) were produced by the conventional melting and quenching method. The vitreous structure of the BG was confirmed by XRD. Further characterization tests such as density, ATR and DSC were performed as well. To induce spinodal phase separation and create a two-phase matrix (an insoluble silica rich phase and a soluble sodium-borate phase), BG were heat treated at different temperatures from 560 °C to 700 °C for 12 hours. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed the expected interconnected sponge-like morphology. Pore sizes were calculated according to the DIN EN ISO 13383 norm. There is a well-defined tendency of pore size growth with increasing heat treatment temperature and time for 0 mol% ZrO2 and 3 mol% ZrO2 glasses. SEM images also show a decrease in pore size when ZrO2 is added to the glass. The 6 mol% ZrO2 glass did not show spinodal phase separation. Based on the pore size results, a heat treatment temperature of 680 °C was chosen for the following tests. To obtain a porous sample, the soluble sodium-borate phase needs to be leached with HCl solution. For this, leaching temperature and the HCl solution were varied, as well as the subsequent drying process.The best leaching results were obtained with a solution of 1 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at room temperature for two days and 2 M HCl + 70 % Ethanol (ratio 9:1) at 70 °C for seven days, for Zr0 and Zr3, respectively. To study the durability of porous glasses, alkali resistance tests against 0.1 M NaOH were carried out. It was shown that the alkali stability of Zr0 glass is very low (mass loss of about 20 % in 22 hours). However, when 3 mol% ZrO2 is added to the glass the weight loss percentage is reduced significantly (mass loss of about 4 % in 22 hours). It was found that the presence of zirconia in the silica rich porous structure improves the stability against alkali dramatically. A big problem is the leaching of the phase separated glasses, which very often resulted in breaking of the samples. / Las investigaciones de este trabajo se basan en la producción de vidrios porosos altamente resistentes a los álcalis, evaluando el efecto de la adición de ZrO2 al vidrio borosilicato de sodio tipo Vycor. Las adiciones se realizaron con el propósito de mejorar la capacidad de la estructura porosa de sílice para resistir soluciones alcalinas. Se produjeron vidrios base (BG) de 0 % mol ZrO2 (Zr0), 3 % mol ZrO2 (Zr3), 6 % mol ZrO2 (Zr6) mediante el método convencional de fusión y enfriamiento. La estructura amorfa de BG fue confirmada por DRX. También se realizaron más pruebas de caracterización como densidad, ATR y DSC. Para inducir la separación de fases espinodal y crear una matriz de dos fases (una fase insoluble rica en sílice y una fase soluble de borato de sodio), se trataron térmicamente BG a diferentes temperaturas de 560 °C a 700 °C durante 12 horas. La microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmó la morfología esperada similar a una esponja interconectada. Los tamaños de los poros se calcularon según la norma DIN EN ISO 13383. Existe una tendencia bien definida de crecimiento del tamaño de los poros con el aumento de la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico para vidrios con 0 % mol ZrO2 y 3 % mol ZrO2. Las imágenes SEM también muestran una disminución en el tamaño de los poros cuando se agrega ZrO2 al vidrio. El vidrio de ZrO2 al 6 % en moles no mostró separación de fases espinodal. Basándose en los resultados del tamaño de los poros, se eligió una temperatura de tratamiento térmico de 680 °C para las siguientes pruebas. Para obtener una muestra porosa, la fase soluble de borato de sodio debe lixiviarse con una solución de HCl. Para ello se varió la temperatura de lixiviación y la solución de HCl, así como el posterior proceso de secado, los mejores resultados de lixiviación se obtuvieron con una solución de 1 M HCl + Etanol al 70 % (proporción 9: 1) a temperatura ambiente durante dos días y 2 M HCl + etanol al 70 % (proporción 9: 1) a 70 °C durante siete días, para Zr0 y Zr3, respectivamente. Para estudiar la durabilidad de los vidrios porosos, se llevaron a cabo pruebas de resistencia a los álcalis frente a 0.1 M NaOH. Se demostró que la estabilidad alcalina del vidrio Zr0 es muy baja (pérdida de masa de aproximadamente el 20 % en 22 horas). Sin embargo, si se añade al vidrio un 3 % en moles de ZrO2, el porcentaje de pérdida de peso se reduce significativamente (pérdida de masa de aproximadamente 4 % en 22 horas). Se encontró que la presencia de zirconia en la estructura porosa rica en sílice mejora la estabilidad frente a los álcalis drásticamente. Un gran problema es la lixiviación de los vidrios con separación de fases, que muy a menudo provoca la rotura de las muestras.