[pt] Na engenharia geotécnica, o conhecimento das propriedades geomecânicas de subsuperfície é fundamental aos cálculos de estabilidade. Na prática cotidiana, a estimativa dessa distribuição é realizada pelo geólogo/geotécnico responsável, que traça seções geológico- geotécnicas em função de sua experiência e da observação dos dados das investigações de campo e laboratório. Tais estimativas bidimensionais, porém, não contemplam a distribuição espacial. Assim, o objetivo deste trabalho é enriquecer a compreensão global do maciço com a previsão da distribuição tridimensional dessas propriedades. Utilizou-se o modelador geológico PETREL(TM) para a estimativa geoestatística da variação espacial dos valores de RMR e grau de fraturamento ao longo do maciço rochoso destinado à implantação da casa de força do Aproveitamento Hidrelétrico de Simplício. Essa distribuição foi estimada em função da disposição dos dados ao longo dos furos de sondagem localizados espacialmente no modelo. Também foi lançada a geometria da futura superfície de escavação, para que se pudesse avaliar qual a seção crítica de qualidade do maciço em relação aos taludes de corte. Essa seção foi então extraída do modelo com a distribuição ponto a ponto do valor de RMR, de onde foram obtidos os parâmetros de resistência c e Ø para a análise de estabilidade. Analisou-se então a estabilidade desse talude em um programa que permite essa variação espacial de parâmetros de resistência e, em paralelo também foram realizadas as análises convencionais de estabilidade de taludes rochosos, de forma a apresentar a importância da modelagem tridimensional para tal estudo. / [en] In geotechnical engineering, the knowledge of geomechanical subsurface properties is fundamental to stability analyses. The usual practice is that a geologist/geotechnical engineer does this distribution estimate. The professional makes some geologic-geotechnical sections based on his/her experience and by the observation of field/laboratory investigations data. But these 2D sections cannot take spatial distribution. To solve this problem and provide a better global comprehension of rock mass, this work presents a study of 3D property distribution. The geological modeler PETREL(TM) has been used to do a geostatistical estimate of RMR and fracture density spatial variety at the rock mass where the AHE Simplício`s power house will be installed. This distribution has been estimated based on data linked to the boreholes, spatially arranged at the model. The geometry of the future excavated surface was introduced in the model. The purpose was to carry out a study to find the critical quality section of the model related to the excavated slopes. This section was extracted with its RMR value distribution. Before the stability analysis, the resistance parameters c and Ø were calculated to every point on this section from the RMR correlations. The slope stability of the critical section was calculated in a program where the resistance parameters can vary point by point. The conventional rock slope stability analysis has been done too. At the end of the study, the first analysis was compared against the last one, proving the importance of the subsurface tridimensional modeling.

Orientador: Marizilda dos Santos Menezes / Resumo: A fabricação digital se tornou uma realidade para a produção em diversos setores da indústria nos últimos anos. Com seu uso desenvolvido e consolidado em alguns setores como a medicina, a arquitetura e a robótica, ela ainda é pouco explorada na moda apresentando um grande potencial para construção de superfícies que possam ser vestidas. O uso da fabricação digital implica na concepção tridimensional da superfície vestível o que traz ao Design de Moda desafios a serem superados no que diz respeito ao custo, ao uso dos materiais, à distribuição de produtos e, principalmente, às formas de criação e construção. Sendo assim, esta pesquisa se propõe a investigar o desenvolvimento de superfícies tridimensionais mediante os processos de manufatura aditiva sob a ótica do Design de Superfícies. Analisa-se a viabilidade do uso destes métodos para a construção de superfícies vestíveis e são propostas estratégias para a utilização, de maneira a contribuir com o conhecimento teórico acerca do Design de Superfícies no que tange a tridimensionalidade e ao uso das tecnologias de fabricação digital. Para tal, inicia-se o trabalho com uma revisão bibliográfica sobre o Design de Superfícies, a fabricação de superfícies vestíveis ao longo da história e sobre a manufatura aditiva, em seguida, parte-se para a análise dos projetos realizados por designers envolvendo as superfícies tridimensionais e a fabricação digital, para então proceder com experimentações. Propõe-se a construção por meio de módu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Digital manufacturing has become a reality for production in various industry sectors in recent years. With its use developed and consolidated in some sectors such as medicine, architecture and robotics, it is still poorly explored in fashion presenting a great potential for construction of wearable surfaces. The use of digital fabrication implies the three-dimensional design of the wearable surface which brings to Fashion Design challenges to be overcome with regard to cost, the use of materials, the distribution of products and especially the forms of creation and construction. Thus, this research aims to investigate the development of three-dimensional surfaces through additive manufacturing processes from the perspective of Surface Design. The feasibility of using these methods for the construction of wearable surfaces is analyzed and strategies for their use are proposed, in order to contribute to the theoretical knowledge about surface design in terms of three-dimensionality and the use of digital manufacturing technologies. To this end, the work begins with a literature review on Surface Design, the manufacture of wearable surfaces throughout history and on digital fabrication, then starts with the analysis of designs carried out by designers involving surfaces. dimensions and digital fabrication, and then proceed with experimentation. Modular construction is proposed as the main strategy for the construction of wearable surfaces through additive manufacturing. / Doutor

Tesis

El presente trabajo, de final de carrera, tiene como objetivo principal el diseño de un sistema mecatrónico capaz de brindar a las impresoras 3D de escritorio de código libre la capacidad de poder imprimir materiales como el nylon, ABS, ASA, entre otros clasificados como materiales de ingeniería. Actualmente, solo las impresoras industriales son capaces de imprimir estos materiales, debido a que controlan el medio circundante en el área de impresión y la humedad relativa del filamento 3D. Estas máquinas tienen un costo elevado en comparación con las de código libre. Se llegó a un diseño que complementa a una impresora 3D de código libre, el cual incluye un control de temperatura y de humedad en la cabina principal y del filamento 3D, con el cual una impresora 3D de escritorio y código libre puede imprimir materiales de ingeniería. Este diseño mecatrónico se validó por medio de simulaciones estructurales y un prototipo funcional a escala. Además, se demostró que es viable su implementación como un producto comercial.

La presente tesis es planteada con el objetivo de diseñar una máquina automática compacta que permita reciclar plástico ABS, proveniente de las piezas funcionales en desuso de los laboratorios de la PUCP, y convertirlo en filamentos para impresión 3D. Se determinó que el diseño del sistema mecatrónico contará con tres estaciones interconectadas que realizan un proceso específico: triturar, extruir y enrollar el filamento de ABS. Este diseño permite que la maquina pueda realizar cada proceso independiente, con lo cual se obtiene mínimamente 0.5 kg de filamento ABS para impresión 3D de distintos diámetros comerciales de forma continua. Además, el diseño contempla la posibilidad del reciclaje de otros tipos de plástico con propiedades mecánicas y físicas similares al ABS. Así, se abordan los cálculos de diseño mecánico, los análisis de resistencia de distintos materiales mediante simulaciones computacionales, la selección de componentes, la propuesta del control del sistema, y los planos de ensamble y despiece para su fabricación. De esta manera, se obtiene un estimado del costo de diseño y fabricación para un ejemplar de aproximadamente S/33,000.00.

[pt] A concentração de tensões nas extremidades de cilindros montados com interferência é muito pouco conhecida. Neste trabalho estudou-se a concentração de tensões na extremidade do cilindro oco. Foram analisadas várias relações de diâmetros e diferentes posições do cilindro interno, utilizando o método fotoelástico tri-dimensional. Os modelos foram construídos usando resina epóxi e anidridos ftálico e maleico como endurecedores. Após o congelamento das tensões retirou-se fatias para análise no polariscópio. Para o cálculo das tensões foi usado o método da diferença das tensões cisalhantes. Os resultados são apresentados em gráficos e analisados. / [en] The stress concentration at end of thickwall cylinders with interference assemblage is unknow yet. In present work the stress concentration has been analized for several diametral relations and differents positions of inner cylinder. The photoelastic method has been used the models was constructed with epoxy resin using phthalic and maleic anhydride as curing agent. After stress freezing procedure the model was sliced to polariscope analysis. For stress calculations the shear difference method was used. The results are plotted and analized.

La versatilidad que la tecnología de modelamiento por deposición fundida (FDM por sus siglas en inglés) presenta para la fabricación de componentes y piezas, no solo para fines decorativos sino para fines industriales, representa una nueva plataforma tecnológica para el desarrollo de nuevos materiales. En pos de tal avance, esta tesis busca describir empíricamente las relaciones entre los parámetros de fabricación por FDM y las propiedades de amortiguamiento de materiales nóveles para fines industriales en reducción de vibraciones, movimiento o sonido. En esta investigación se utilizarán dos materiales reforzados en una matriz de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el primero con refuerzos de nanotubos de carbono y segundo reforzado con fibras de carbono, de ahora en adelante “ABS + CNT” y “ABS + CF” respectivamente. La redacción de este estudio comienza con una revisión de la literatura acerca la impresión 3D. Asimismo, se realiza una introducción a la teoría del amortiguamiento utilizada en este estudio. Se introducen los conceptos de stick slip, fuerzas de excitación, análisis de datos mediante transformadas de Fourier, método 3dB ancho de banda para el cálculo del ratio de amortiguamiento, y una recopilación de diversas investigaciones realizadas a materiales reforzados con nanotubos y fibras de carbono. Finalmente, se exponen las hipótesis centrales de este estudio. El procedimiento experimental seguido en esta tesis contempló la impresión de las probetas en dos tipos de orientación: cruzada 45°-/45° y unidireccional, en tres niveles de porcentaje de relleno, 100 %, 80 % y 60 %, para cada material. La selección de estos parámetros de impresión se realizó de acuerdo a las mejores propiedades mecánicas obtenidas en investigaciones anteriores [1]. Luego, en el Laboratorio de Acústica de la sección de Física, se implementó un banco de ensayos de caracterización de amortiguamiento de material mediante método impacto. Finalmente, las probetas se caracterizaron mediante ensayos de tracción en el CITE Materiales PUCP. De acuerdo a los ensayos realizado se concluye que los refuerzos de nanotubos de carbono en la matriz de ABS aumentan las capacidades de amortiguamiento del material. Sin embargo, las propiedades de amortiguamiento son inferiores a las de otros materiales utilizados en la industria de impresión 3D. Con respecto a los parámetros de impresión, se muestra la predominancia de la orientación cruzada por sobre la orientación unidireccional en propiedades de amortiguamiento y se sugiere una correlación entre la reducción de la densidad y el aumento de las propiedades de amortiguamiento en los materiales ensayados. Finalmente, se dan detalles acerca del proceso de fabricación de las probetas además de un análisis de las propiedades mecánicas en función de la densidad y de la orientación.

Durante las últimas décadas, el escaso desarrollo tecnológico que ha experimentado la industria de la construcción ha dejado en evidencia la necesidad de una pronta actualización. Entre los más grandes déficits se puede mencionar la baja optimización de la gestión de tiempo, material, así como económico. Investigadores relacionados al área han encontrado en la Manufactura Aditiva (AM) una adecuada alternativa para introducir tecnología avanzada en el desarrollo de la construcción de edificaciones. De acuerdo con Agarwal et al. (2016), la manufactura aditiva aplicada a la construcción es una valiosa herramienta que conlleva a importantes mejoras en el ámbito económico y ambiental. Este novedoso proceso tecnológico se encarga de agilizar la construcción de viviendas a través de la automatización de sus procesos. Debido a la gran versatilidad de la AM, esta es capaz de colaborar con procesos como la metodología colaborativa de gestión de proyectos Building Information Modeling (BIM), Internet de las cosas (IoT) y softwares de mapeo digital de datos. El uso simultaneo de estas herramientas iniciaría la transición de la construcción hacia la industria 4.0, optimizando el costo, gestión de tiempo y uso de material durante la ejecución de proyectos. Por lo tanto, la presente investigación tiene como objetivo desarrollar mezclas de mortero que sean compatibles con el sistema de manufactura aditiva. Para ello se estudió a profundidad el estado del arte de la impresión 3D enfocada en la industria de la construcción. Luego, se realizó un resumen detallado de los sistemas de impresión 3D, procesos de impresión, matrices imprimibles, propiedades de los materiales y ensayos de caracterización aplicados a la manufactura aditiva de mortero. Basados en la revisión bibliográfica, se seleccionaron ensayos experimentales de veleta de corte, estabilidad cilíndrica, extrusión y de constructabilidad para evaluar las propiedades de la mezcla. En base a dichos ensayos se propusieron protocolos para las distintas etapas del desarrollo de morteros cementicios imprimibles. Posteriormente, se seleccionó la dosificación que supero satisfactoriamente todas las etapas y además presento mejor viabilidad económica. Finalmente, se validó la mezcla mediante la impresión de elementos con patrón de relleno complejo. Los resultados obtenidos muestran que la aplicación de la metodología de evaluación propuesta logró desarrollar eficientemente cuatro mezclas de mortero compatibles con la impresión 3D. Además, se demostró que el uso de la tecnología de manufactura aditiva optimiza el proceso constructivo y brinda mayor flexibilidad en el diseño de elementos no estructurales. / During the last decades, the scarce technological development experienced by the construction industry has made evident the necessity for an early update due to the short optimization of time and budget that the industry is currently undergoing. Researchers related to the area have found Additive Manufacturing (AM) as a suitable alternative to introduce the automated use of technology in the construction of structures. According to Agarwal et al. (2016), additive manufacturing applied to construction is a valuable tool that generates economic and environmental benefits. This modern technological process is responsible for the automation of housing construction. In addition, the versatility of AM allows it to be compatible with innovative processes such as collaborative project management methodology Building Information Modeling (BIM), the Internet of Things (IoT), and digital data mapping software. Therefore, Additive Manufacturing is the construction sector transition to Industry 4.0, directly optimizing project costs, the material used, and material loss during project execution. Therefore, the present research aims to develop mortar mixtures compatible with the additive manufacturing system. For this purpose, the state of the art of 3D concrete printing focused on the construction industry was studied. Then, a detailed summary of 3D printing systems, printing processes, printable matrices, material properties, and characterization tests of the additive manufacturing of mortar was made. Based on the literature review, experimental tests as shape stability, extrudability, buildability and flowability were carried out to evaluate the properties of the mixtures. Using these tests, protocols for obtaining printable cementitious mortars were proposed. Subsequently, the dosage that satisfactorily passed all the stages and was economically viable was selected. Finally, the mixture was validated by printing medium-scale elements. The results show that applying the proposed methodology could efficiently develop four mortar mixtures compatible with 3D printing. One was chosen to validate the dosage by printing a natural scale geometry with a complex fill pattern. It was demonstrated that this technology optimizes the construction process and provides greater flexibility in the design of non-structural elements.

El presente trabajo muestra la caracterización de tintas de biomaterial empleadas en un sistema de impresión 3D por extrusión y la determinación de su viabilidad de uso para la manufactura de estructuras tridimensionales de interés biomédico. El documento aborda la necesidad de contar con metodologías para analizar de manera objetiva la fidelidad de impresión en sistemas basados en extrusión debido a que existen definiciones no consensuadas en la comunidad científica y estándares no publicados en un campo de estudio en constante evolución. Se sigue una metodología propia para el desarrollo de constructos fabricados bajo el marco de tecnologías de bioimpresión, con énfasis en el preprocesamiento y procesamiento de tres tipos de constructos: vascular, orgánico y para ensayos in vitro. Se sintetizaron ocho tintas de biomaterial a partir de reactivos disponibles en un contexto académico, tales como: la sal sódica de carboximetilcelulosa, el alginato y el cloruro de calcio. Se realizaron ensayos de caracterización para evaluar propiedades de la materia prima como hinchamiento y viscosidad, así como propiedades directamente involucradas al proceso de impresión 3D como formación y homogeneidad de filamento, precisión de impresión e integridad de forma. Los resultados indican que la formulación compuesta por sal sódica de carboximetilcelulosa (20%), alginato (10%) y cloruro de calcio (2%) demuestra el mejor desempeño general en los ensayos de caracterización multidimensional, siendo viable para la impresión por extrusión de las estructuras de interés biomédico propuestas en el presente trabajo.

In the last few years, 3D printing with robots or automated equipment has emerged as a technology with significant potential in the construction sector. This approach offers several advantages, including reduced construction time and costs, design flexibility, and the ability to use various materials. Earth, as a building material, has gained attention in 3D printing due to its eco-friendliness compared to cement. However, it remains relatively underexplored in this industry. Unfortunately, earth is known for its poor mechanical strength, water durability, and susceptibility to swelling, especially due to its clayey composition. These factors can lead to cracking during the drying process. To address these challenges, researchers have been investigating different materials for 3D printing, aiming to minimize the ecological footprint by using biodegradable materials or repurposing waste for stabilization. Recent studies have explored the use of biopolymers such as chitosan, alginate, and potato starch to enhance the mechanical and durability properties of earth-based mixtures. Additionally, the incorporation of natural fibers like sisal or jute has proven effective in reducing cracking in earthen structures. Considering the above, it would be advantageous for the construction industry to employ 3D printing to produce earth-based matrices stabilized with biopolymers and reinforced with natural fibers. Designing such matrices requires an approach that accounts for the yield stress suitable for 3D printing, ensuring the mixture possesses key printability characteristics such as extrudability, workability, and buildability. The evaluation of these properties in the fresh state, during hardening, and in the hardened state necessitates conducting various tests recommended by international standards and researchers. In order to outline a procedure for obtaining a printable matrix that meets the desired mechanical strength and water durability, a methodology is proposed for developing earth-based matrices stabilized with chitosan and reinforced with sisal fibers. This methodology consists of three stages. The first stage involves conducting physical, mechanical, chemical, and mineralogical analyses of the raw materials: soil, chitosan, and sisal fibers. The second stage encompasses an optimized procedure to obtain potentially printable earth-based matrices through laboratory testing using a pastry bag. Finally, the validated earth matrix from the previous stage undergoes 3D printing to create different specimens, allowing for the evaluation of extrudability, pumpability, buildability, and mechanical strength of the mixture. The printing process utilizes a motion-controlled gantry robot with three degrees of freedom in a printing area with a volume of 1.0 m³ and employs a progressive delivery system.