Actualmente, en el Perú se está desarrollando un crecimiento significativo de tráfico aéreo; sin embargo, la infraestructura aeroportuaria muestra un atraso con relación a este crecimiento. Es por ello que se considera necesaria la implementación de nuevas estructuras que den soporte al movimiento aeroportuario. En la presente tesis se plantea la construcción de los pavimentos de un Aeropuerto Internacional, el cual estará ubicado en el distrito de San Andrés, provincia de Pisco, departamento de Ica. Se empleará la geometría del área de movimiento del Aeropuerto Internacional de Pisco, ya que es un aeropuerto de categoría OACI 4E, la misma que la del Aeropuerto Internacional Jorge Chávez (AIJCH), convirtiéndolo en el Aeropuerto alterno más cercano al AIJCH para vuelos internacionales. Para ello, se ha realizado el diseño de pavimentos de un Aeropuerto Internacional en Pisco. Se emplearon las metodologías de la Federal Aviation Administration de los Estados Unidos (FAA), las cuales se encuentran en las circulares AC 150/5320 6D y AC 150/5320 6F. Se decidió trabajar con ambas debido a que la primera (1995) fue la última circular en donde se emplearon curvas de cálculo de diseño, mientras que en la segunda (2016) se usa la versión 1.41 del software FAARFIELD, esta última es la circular vigente. Como se mencionó, el primer diseño está basado en curvas de cálculo, los resultados obtenidos se han usado como valores referenciales para el diseño bajo la segunda metodología. En cada caso se ha hecho el diseño de pavimentos flexibles y rígidos. Se ha realizado un análisis comparativo entre los resultados obtenidos por cada metodología. Para decidir el tipo de pavimento a emplear, se realizó un análisis económico de los diseños; sin embargo, para el caso de los pavimentos de la plataforma, se determinó que estos deberán ser rígidos, al margen del resultado económico, esto debido a que las plataformas se encuentran sometidas a cargas por un tiempo prolongado, lo cual puede generar una deflexión considerable en caso sea un pavimento flexible.

En esta tesis se presenta un procedimiento para el análisis de tuberías enterradas sometidas a un deslizamiento de suelo del tipo lateral, mediante la simulación por software de elementos finitos. Para desarrollar el mencionado procedimiento, se realizó inicialmente un estudio de los diferentes modelos analíticos y computacionales relacionados con el análisis de tuberías enterradas. Con el estudio de los métodos analíticos, se seleccionó el método de Kennedy para la realización del análisis de una tubería enterrada que es afectada por un deslizamiento de suelo lateral. Posteriormente, mediante el estudio de los métodos computacionales, se realizó la simulación del mismo problema tratado en el cálculo analítico utilizando el software de elementos finitos ANSYS Mechanical, el problema estudiado considera los efectos del deslizamiento lateral del suelo sobre la tubería enterrada. Los resultados obtenidos mediante simulación fueron comparados con los obtenidos por medios analíticos para su validación. Por lo que el modelo de elementos finitos desarrollado puede ser implementado para la ubicación de zonas críticas en tuberías de gran longitud afectadas por fallas del suelo. Luego de realizada la simulación se procede al análisis de resultados, para lo cual se presentan gráficas que muestran el comportamiento de la tubería a lo largo del tramo analizado. En la simulación se usó un caso real, una tubería enterrada de acero API 5L X70 de diámetro exterior 0,3556m (14”) con un espesor de 0.0048m sometida a un deslizamiento lateral del suelo de 0,7m. Los ángulos de falla estudiados son de 0°,45° y 90° con respecto a la posición inicial de la tubería. Al analizar los resultados, se tiene que la zona crítica a lo largo de la tubería se encuentra en el plano de falla del suelo.

En el contexto globalizado actual, los aeropuertos serán las infraestructuras claves del siglo XXI, ya que viajar en avión trae muchas ventajas en comparación a viajar empleando otro medio de transporte; por ejemplo, una de las principales ventajas es que permite recorrer grandes distancias en un periodo de tiempo mucho menor al que se haría empleando otro medio. Estas ventajas han hecho que el número de usuarios se incremente rápidamente en los últimos años.

Este trabajo ha consistido en la optimización de la instrumentación óptica y electrónica de un sistema de espectroscopia de plasma inducido por láser (del acrónimo LIBS: Laser Induced Breakdown Spectroscopy) para cuantificar Carbono Total (CT) en diez muestras de suelos agrícolas del Perú. El principal desafío para cuantificar CT con la técnica LIBS es la fuerte interferencia que ocurre entre las líneas atómicas de emisión de C(I) en 247.856 nm y Fe(II) en 247.857194 nm, por esta razón, se realizó un estudio temporal de ambas líneas atómicas para determinar un tiempo óptimo donde la interferencia de la línea atómica de Fe(II) sea mínima al registrar la línea atómica de C(I). Con este estudio previo se han registrado espectros atómicos a través de la técnica LIBS en muestras de suelos agrícolas, y así determinar un protocolo de cuantificación que ha permitido generar una curva de calibración en base a las amplitudes de las intensidades de la línea atómica de C(I) en 247.856 nm y a las concentraciones de CT, medidos por el método de combustión seca. Por otro lado, usando los mismos espectros atómicos de las muestras de suelo, se demostró la aplicabilidad de LIBS como un método alterno para determinar sus valores de pH. Los valores de pH medidos por el método del potenciómetro y las intensidades de la línea atómica del Ca(II) en 317.93 nm se encuentran correlacionadas linealmente, y esto ha permitido generar una curva de calibración para cuantificar el pH usando la técnica LIBS. Mediante el método de regresión lineal simple fue posible obtener un coeficiente de correlación para la curva de calibración del CT y pH de 0.95 y 0.97, respectivamente. Estos resultados muestran el potencial de la técnica LIBS para ser usado en la determinación de CT y pH en muestras de suelos agrícolas. / Tesis

Caracterizar y comprender el comportamiento de un suelo resulta muy complejo debido a sus características heterogéneas y anisotrópicas. Por ello, se plantean modelos constitutivos para representar este comportamiento a base de parámetros mecánicos de resistencia y elasticidad. Cuanto más importante sea el proyecto, más datos confiables necesitará; es decir, mayor número de parámetros. En el caso de suelos granulares, resulta más compleja la obtención de parámetros confiables debido a la dificultad de obtener muestras inalteradas o poco alteradas para realizar ensayos triaxiales. Esta investigación busca plantear métodos alternativos para este propósito y evaluar en qué casos deberá ser importante realizar ensayos triaxiales en arenas. Los parámetros que se utilizarán son aquellos empleados en el modelo básico constitutivo Mohr Coulomb: ángulo de fricción, ángulo de dilatación, módulo de Young y relación de poisson. Para determinar estos parámetros, la investigación se enfocó en los ensayos CPTu, DMT, PMT, Down-Hole y el ensayo triaxial CD. Si bien estos ensayos in situ logran determinar los parámetros de resistencia y elásticos para suelos arenosos, siempre deben estar acompañados de pruebas en las que se obtengan muestras como el ensayo SPT o perforaciones. Finalmente, para proyectos de edificación, el empleo de estos ensayos dependerá de los alcances y del tipo de cimentación a emplear. En este caso, la cimentación será superficial y no va a ser necesario obtener parámetros muy detallados; sin embargo, si el proyecto requiriera de cimentaciones profundas por problemas en el suelo arenoso como la licuefacción, sería importante determinar los parámetros mecánicos con los métodos anteriormente planteados debido a su mayor confiabilidad.

La presencia de suelos arcillosos expansivos ocasiona problemas durante y después de una construcción, en el segundo caso se producen daños en la estructura que ocasionan grandes costos de reparación. Por ello, es importante conocer el comportamiento de este tipo de suelo a través de un análisis de sus características físicas, mecánicas y mineralógicas, además de métodos para reconocer la presencia y el potencial de expansión de la arcilla y así poder plantear la alternativa más adecuada para mitigar los riesgos asociados a este tipo de suelo. Para identificar la presencia de arcillas la norma E.050 de Suelos y Cimentaciones recomienda ensayos para identificar características físicas y mecánicas, otra forma de identificarlas es por medio de identificación mineralógica, además de métodos directos e indirectos. Todos los métodos se centran en determinar el potencial de hinchamiento de las arcillas expansivas que pueden ser bajo, medio, alto o muy alto. En base a este potencial se plantea si es mejor el reemplazo de suelo, el mejoramiento de suelo o simplemente evitar la construcción en dichas zonas por el peligro que representan. Además, al identificar los lugares en Perú con presencia de arcillas y revisar algunos casos y las soluciones empleadas ya sea a corto, mediano o largo plazo. Se concluyó que faltan estudios de suelos en diversos lugares del país, pero se sabe que las arcillas predominan principalmente en el norte. Y se sugiere buscar otras formas para mejorar el suelo con un menor costo e impacto ambiental, ya que el Manual de Carreteras (2014), para el caso de la subrasante, solo sugiere el uso de cal y cemento Portland.

La geotecnia es una rama necesaria para el diseño de cimentaciones, por lo que es esencial conocer las características y parámetros geotécnicos del suelo donde se va a cimentar un proyecto. Para obtener estos, es necesario aplicar una serie de ensayos al suelo inalterado con el objetivo de poder semejar el comportamiento in-situ que este tendría; sin embargo, la obtención de muestras inalteradas en suelos de este tipo resulta ser una tarea casi imposible debido a la ausencia de cohesión y la soltura de las arenas, por lo que para este tipo de suelo es recomendable usar los llamados “ensayos in-situ”. Existe una múltiple variedad de este tipo de ensayos, algunos de los cuales se vienen desarrollando desde muchos años atrás. En la presente investigación, se realizó la revisión de literatura para desarrollar y describir cinco (5) métodos que permitan obtener parámetros geotécnicos para suelos arenosos y se presentan correlaciones necesarias para que sean aplicables a dicho tipo de suelo. Los cinco métodos con las características antes mencionadas son los siguientes: El Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP), el cual utiliza un martillo con caída libre que hinca un cono de acero y proporciona una medida de la resistencia a la penetración; el Ensayo de Penetración de Cono o Piezocono (CPT), que consiste en hincar a presión un cono de acero cuya punta tiene un ángulo de 60°, con sensores para medir presiones, resistencias entre otros parámetros; el Presiómetro Ménard (PMT), que es un dispositivo que ejerce presión radial contra el suelo circundante y se lleva un registro de presión contra deformación; el Dilatómetro Plano de Marchetti (DMT), el cual consiste en una paleta afilada de acero, la cual posee una membrana circular de acero en una de sus caras y, una vez que alcanza la profundidad deseada, se hace una prueba de carga lateral con el objetivo de obtener parámetros que sirvan para hacer una predicción de los asentamientos del suelo; finalmente, la técnica de Refracción de Microtremores (ReMi) utiliza un tendido lineal con doce o más geófonos y se registra tanto vibración ambiental (microtremores) como superficial (impactos, vehículos, etc.). Este método permite separar las ondas de Rayleigh de otras ondas elásticas y determina la variación de la velocidad de onda de corte a profundidad con la que se puede caracterizar un perfil estratigráfico y estimar asentamientos. A partir de los métodos desarrollados, se describieron formas para poder obtener los parámetros geotécnicos en suelos arenosos y sus aplicaciones ingenieriles. Además, se comentó la factibilidad de estos ensayos a proyectos del medio local cimentados sobre suelo arenoso, para finalmente elaborar las conclusiones más relevantes en base a lo obtenido y criticar los beneficios o limitaciones que cada ensayo presenta.

El presente estudio analizó el comportamiento de las tuberías de acero de diámetros nominales desde 36” hasta 48” las cuales se encuentran enterradas en cruces de caminos mineros (Haul Road) sometidas a cargas superficiales de vehículos con carga bruta máxima de 625 toneladas (Peso bruto, incluye peso de material acarreado). Se desarrolló un análisis para determinar las variables más relevantes de una instalación que afectan los resultados de cálculo de esfuerzos y deflexiones por medio de un estudio paramétrico por el método de los elementos finitos. En general las zanjas se componen de una tubería apoyada sobre una cama de arena fina o material similar, por un relleno lateral instalado por medio de capas delgadas compactadas y un relleno superior compactado sobre la tubería. Para el estudio de la investigación se propuso un modelo de elementos finitos que considera la no linealidad del material de suelo, la no linealidad del contacto entre la tubería y el suelo, la no linealidad de la geometría del suelo y las cargas laterales residuales debido a la compactación de distintas capas del suelo durante la etapa constructiva y para su validación se utilizaron datos experimentales desarrolladas en el centro de investigación de infraestructuras enterradas (CUIRE) de la Universidad de Texas Arlington (UTA). El estudio demostró la importancia que tiene una adecuada selección de las propiedades de los materiales de suelos que componen una zanja, así como la importancia de considerar adecuadas condiciones de instalación de las tuberías a fin de obtener en lo posible menores costos de una instalación que permita tener esfuerzos en la tubería por debajo de los admisibles. Los mejores resultados se mostraron durante la variación del ancho de la zanja y la elección de materiales de relleno lateral con mayor grado de elasticidad, sin embargo, existen otros factores que podrían llegar a incrementar las deflexiones en la tubería tales como la variación de la altura de cama de tubería o la altura del relleno superior. Adicionalmente, se verificó en dónde se ubica la mayor carga de esfuerzos en la tubería luego de la aplicación de las cargas muertas y cargas vivas. Así mismo, se determinó en qué nivel afecta la relación del diámetro y el espesor de la tubería y para cuál de estas relaciones será necesario tener un mayor cuidado durante el análisis. El presente estudio paramétrico permitió comprender las afectaciones en los resultados de deflexión y esfuerzos de la tubería y cuyas conclusiones se pueden generalizar para instalaciones convencionales ya que dependen de las mismas variables.

Los suelos de poca resistencia plantean un desafío considerable en la ingeniería civil debido a sus complejas características y propiedades físico-químicas, caracterizadas por baja resistencia y alta compresibilidad. En este contexto, los geosintéticos surgen como una solución efectiva al interactuar positivamente con los suelos y mejorar sus propiedades de manera más rentable. Este estudio se enfoca en la evaluación de la capacidad portante de suelos reforzados con geocelda para suelos no aptos para construcción. La evaluación de la capacidad portante se realiza mediante soluciones analíticas y compara los resultados de la misma con respecto a un ensayo experimental descrito en el caso de estudio A. Por otra parte, se realiza una comparación del diseño de una base reforzada con diferentes geosintéticos, tanto técnica como económica, para una zapata continua, incluyendo geotextil, geomalla y geocelda. Los datos sobre las características del suelo de cimentación y del material de relleno son mencionados en el caso de estudio B. Además, se realiza un análisis paramétrico para evaluar el impacto de los geosintéticos en el aumento de la capacidad portante frente a variaciones en la presión aplicada transmitida por la zapata. En la parte final de la tesis, se presentan algunas conclusiones y recomendaciones sobre el desarrollo de la investigación.

En la industria minera, es fundamental asegurar que las pilas de lixiviación sean diseñadas de manera óptima para mejorar la eficiencia en la extracción de minerales y proteger el entorno. Sin embargo, la influencia de los parámetros de suelo parcialmente saturado en el diseño de la infiltración y estabilidad de estas estructuras, especialmente en aquellas con alto contenido de finos, ha sido poco explorada. Esta tesis se enfoca en abordar esta necesidad de comprensión al evaluar cómo los parámetros de suelos parcialmente saturados influyen en la infiltración y estabilidad de una pila de lixiviación con alto contenido de finos, utilizando un modelo geotécnico en elementos finitos en Plaxis 2D. La metodología empleada en la investigación se estructuró en varias etapas clave. En primer lugar, se llevó a cabo una caracterización geotécnica del suelo, abordando parámetros de resistencia, deformación y permeabilidad para comprender su comportamiento. Posteriormente, se procedió a la calibración de parámetros mediante modelos específicos. Seguidamente, se construyeron modelos desacoplados para el análisis de infiltración y estabilidad, los cuales fueron previamente validados y verificados utilizando modelos simples. Una vez completado este proceso, se aplicaron estos modelos al caso de estudio de la pila de lixiviación, centrándose en la evaluación de la infiltración, estabilidad y deformación. Finalmente, se interpretaron los resultados obtenidos para comprender la influencia de los parámetros no saturados en los análisis realizados. Los resultados obtenidos revelan que los parámetros del suelo parcialmente saturado, como la succión, influyen tanto en la infiltración de la solución lixiviada como en la estabilidad estructural. Se observa que la variación en la permeabilidad, debido a la succión del cuerpo mineral, incide significativamente en la velocidad de infiltración y, por ende, en la eficiencia de la recuperación del mineral. Además, se constata que la succión contribuye positivamente a la estabilidad de la estructura al aumentar el factor de seguridad, lo que implica un incremento en la resistencia al corte del suelo. Este estudio sugiere que la integración de la mecánica de suelos parcialmente saturada en el diseño de pilas de lixiviación es fundamental para la toma de decisiones, tanto en términos de seguridad como de economía del proyecto. Se recomienda que este enfoque sea complementario a los análisis comúnmente realizados mediante la mecánica de suelos clásica, que considera al suelo en un estado completamente saturado o seco. Además, se recomienda continuar la investigación en este campo, con el objetivo de mejorar la caracterización geotécnica mediante la implementación de ensayos especiales, modelos constitutivos avanzados y programas informáticos más sofisticados.