Los colegios diseñados y construidos desde la década de los 50 hasta antes de la actualización de la norma de diseño sismorresistente (NDSR) del año 1997 muestran grandes deficiencias en el diseño estructural, las cuales no aseguran un comportamiento idóneo para tal tipo de edificación generando un alto grado de vulnerabilidad estructural. El diseño estructural de dichos colegios presentaba baja rigidez en la dirección longitudinal, así como falta de juntas sísmicas entre la tabiquería y columnas. Debido a dichas deficiencias, se presentaron daños considerables en los colegios ante distintos sismos suscitados durante dicha época. El presente trabajo de investigación consistirá en la descripción y análisis de cinco diferentes técnicas de reforzamiento estructural que se podrían aplicar en colegios: • Reforzamiento con fibra de carbono. • Reforzamiento mediante la intervención de columnas (recrecido y encamisado). • Reforzamiento mediante la adición de nuevas columnas de concreto armado. • Reforzamiento mediante muretes de albañilería reforzados con malla en ambas caras. • Reforzamiento mediante la incorporación de pórticos metálicos. A partir del análisis cualitativo de las técnicas de reforzamiento, en la que se tomaran en cuenta criterios de rigidez, desplazamientos y modificación de la arquitectura, se realizará un análisis comparativo empleando el método Choosing by Advantages (CBA) y se estimarán presupuestos de las técnicas desarrolladas en la comparación con el fin de conocer, también, la alternativa más económica. Finalmente, se mostrarán las conclusiones de las estimaciones y observaciones comprendidas de todas las técnicas, así como también, las conclusiones del método CBA.

Los sismos ocurridos en el siglo XX, en diversas ciudades del Perú, nos han enseñado los problemas existentes en las edificaciones destinadas a aulas de colegios, institutos superiores y universidades. Estas experiencias y sus explicaciones técnicas deben ser divulgadas entre los arquitectos e ingenieros civiles, así como entre los estudiantes de estas carreras universitarias, con el fin de contribuir a enriquecer sus conocimientos. Es por estas razones que este trabajo se inicia con una breve historia del desarrollo de las edificaciones destinadas a colegios y centros de educación en general, para luego pasar a explicar las experiencias adquiridas en la evaluación de daños y en el reforzamiento de locales escolares afectados por los terremotos y culminar con criterios de estructuración de diversas edificaciones de la Universidad Católica que he proyectado. / Tesis

El presente trabajo consiste en el análisis y diseño estructural de un edificio multifamiliar de siete pisos proyectado sobre un terreno rectangular de 375 m2; 30 metros de frente por 12.50 metros de profundidad, ubicado en una zona residencial del balneario de Santa María – Lima. Como tema complementario se realizó el metrado del consumo de acero y del concreto. El sistema de techado utilizado es de losas aligeradas y macizas de 0.25 m de espesor. La estructura del edificio está compuesta en su gran mayoría por muros de corte combinados con pórticos de columnas y vigas de concreto armado. Estos muros fueron pre dimensionados considerando que el 80% de la fuerza cortante sísmica basal proveniente del análisis estático, sea resistida únicamente por el concreto, mientras que para el pre dimensionamiento de columnas solo se consideraron cargas de gravedad. En base a la estructuración y pre dimensionamiento inicial, se realizó un análisis sísmico preliminar con el propósito de verificar si la estructura propuesta satisface los requisitos exigidos por la Norma de Diseño Sismorresistente (NTE E.030) y que los principales elementos sísmicos tengan un comportamiento adecuado para soportar los esfuerzos a los que serán exigidos. Este análisis se realizó empleando un modelo tridimensional con la ayuda del programa Etabs, obteniéndose así la respuesta de la estructura ante el espectro de pseudo-aceleraciones proporcionado por la Norma. El diseño del edificio se realizó dentro del marco normativo del “Reglamento Nacional de Edificaciones” (RNE), dentro de las cuales destacan las siguientes normas: E.020 Cargas, E.030 Diseño Sismorresistente, E.050 Suelos y Cimentaciones, E.060 Concreto Armado.

Hoy en día en la costa del Perú existe un gran déficit cualitativo de vivienda, un problema que ha convertido a la mayor parte de la población vulnerable f rente a los fenómenos naturales como los sismos e inundaciones. Una propuesta a este problema es la implementación de tecnologías constructivas locales, con madera y tierra, para la construcción de unidades habitacionales de vivienda, de emergencia o construcciones de equipamiento urbano. Estos materiales naturales y accesibles han permitido desarrollar técnicas constructivas rápidas, fáciles de transmitir y sostenibles. Por este motivo, la siguiente investigación describe el dimensionamiento de una propuesta constructiva que integre el uso de la madera como material estructural, y el de la tierra como cerramiento. Se evaluará la posibilidad de prefabricación del sistema, construyendo un muro a escala natural que se ensayará frene a una carga estática lateral cíclica, para obtener información sobre las propiedades mecánicas del sistema, su comportamiento bajo cargas cíclicas y construir su diagrama histerético Carga –Desplazamiento. La hipótesis de esta investigación es que el sistema mixto de madera y tierra alivianada va a demostrar un adecuado comportamiento frente a una demanda sísmica propia de la costa peruana. Finalmente, se ha realizado el diseño estructural de una unidad habitacional de vivienda propuesto para las zonas periurbanas de las ciudades costeñas del Perú. Se concluyó que el sistema prefabricado permitió el diseño de unidades modulares y se comprobó su rápida elaboración y ensamblaje en obra, por otro lado, se comprobó que el comportamiento del sistema estructural de una unidad representativa de los muros es adecuado para una demanda sísmica propia de la costa peruana.

Las viviendas de adobe son muy comunes en el mundo, y predominan en las zonas rurales de los países en desarrollo debido a su bajo costo. Estas viviendas presentan una alta vulnerabilidad sísmica, lo que pone a quienes las habitan en serio riesgo ante la ocurrencia de un sismo. Este trabajo de investigación se justifica por la evidente necesidad de lidiar con la inseguridad de estas viviendas y la falta de un método de diseño de refuerzo sísmico que use materiales económicos y accesibles. Aquí se evalúa la eficacia de un método como el recién citado con malla de cuerdas para viviendas de adobe de un piso. Como parte de la metodología de este proyecto, se propuso un refuerzo sísmico para un modelo de adobe a escala natural. El modelo se construyó con muros de 250 mm de espesor y se reforzó con malla de cuerdas de 5/32” de diámetro. Este modelo fue sometido a un ensayo de simulación sísmica en la mesa vibradora del Laboratorio de Estructuras Antisísmicas de la Pontificia Universidad Católica del Perú (LEDI - PUCP). El modelo reforzado tuvo un comportamiento sísmico adecuado, pues el refuerzo permitió conservar su integridad. Adicionalmente, se realizaron análisis de modelos numéricos con métodos de elementos discretos y elementos finitos para comprobar el método de diseño. Así se logró demostrar que el método de diseño de refuerzo para viviendas de adobe de un piso es conservador, práctico y eficaz.

El monitoreo de salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) está adquiriendo una importancia cada vez mayor en el campo de la ingeniería estructural, ya que permite realizar una evaluación continua del desempeño estructural de una construcción. Esto es posible a través de la identificación de daño en tiempo real cuando se monitorean parámetros sensibles, como las propiedades dinámicas, ya que están íntimamente relacionadas con las propiedades físicas de la estructura. Este conocimiento permite una toma de decisiones más rápida y efectiva en cuanto a mantenimiento e intervención de construcciones existentes, ayudando a su preservación. Además, cobra vital importancia en el caso de la conservación de construcciones históricas al ser un método no destructivo y poco invasivo que brinda un conocimiento esencial para la evaluación de las mismas. Debido a que el Perú cuenta con un amplio número de construcciones de adobe, que representan su patrimonio cultural e histórico y tienen una gran importancia económica por el turismo que generan, necesitan técnicas modernas e innovadoras para su mantenimiento y conservación. La presente investigación desarrollará un conjunto de metodologías capaces de detectar y localizar daño en estructuras de tierra mediante el monitoreo dinámico de vibraciones ambientales. Esto se realizará mediante la instrumentación de las construcciones usando acelerómetros de alta sensibilidad que permitan extraer de manera continua las propiedades dinámicas a partir de vibraciones sin necesidad de fuentes controladas de excitación. Primero, las metodologías serán validadas utilizando el emblemático caso de estudio del puente Z24, donde se tienen resultados de la identificación de daño. Luego, se aplicarán en una estructura simple consistente en un péndulo invertido de acero, ensayado y dañado progresivamente para comprobar la efectividad y realizar los ajustes necesarios. A continuación, un muro de adobe será ensayado de la misma manera comprobando la aplicabilidad de las metodologías y los problemas que surgen al ser implementadas en una estructura tradicional de adobe. Finalmente, se estudiarán las iglesias de San Pedro Apóstol de Andahuaylillas y San Juan Bautista de Huaro de gran importancia cultural para el país, las cuales han sido instrumentadas con acelerómetros y presentan un sistema de monitoreo a largo plazo. Se estudiará el cambio de sus propiedades dinámicas, y la ocurrencia de un movimiento sísmico cerca de las iglesias durante el tiempo de monitoreo. La conservación de construcciones de adobe presenta actualmente un reto para la ingeniería estructural debido a la falta de códigos de construcción en la época en que se construyeron, el poco conocimiento de los procesos constructivos, la alta variabilidad de sus propiedades mecánicas, y el efecto de fenómenos naturales y ambientales. Es importante notar, además, que las variaciones ambientales de temperatura y humedad afectan considerablemente la respuesta dinámica en estructuras de adobe, constituyendo un importante problema la separación de variaciones causadas por estas y las causadas por daño. El desarrollo de metodologías que permitan superar estos problemas se traducirá en herramientas que contribuyan a la identificación oportuna de daño en construcciones históricas, permitiendo un mantenimiento temprano y ayudando a la conservación de las mismas. / Structural health monitoring (SHM) is becoming increasingly important in the field of structural engineering, since it allows a continuous assessment of the structural performance of a construction. This is possible through the identification of damage in real time when sensitive parameters, such as dynamic properties, are monitored, since they are intimately related to the physical properties of the structure. This knowledge allows for a faster and more effective decision making in terms of maintenance and intervention of existing buildings, helping to preserve them. In addition, it is vitally important in the case of the preservation of historical buildings as it is a non-destructive and non-invasive method that provides essential knowledge for their assessment. Since Peru has a large number of adobe buildings, which represent its cultural and historical heritage and are of great economic importance for the tourism they generate, they need modern and innovative techniques for their maintenance and preservation. The present investigation develops a set of methodologies capable of detecting and locating damage in earthen structures through the dynamic monitoring of environmental vibrations. This is done by instrumenting the constructions using high sensitivity accelerometers that allow to continuously extract the dynamic properties from vibrations without the need of controlled sources of excitation. First, the methodologies will be validated using the emblematic study case of the Z24 bridge, where results of the damage identification are available. Then, they will be applied in a simple structure consisting of an inverted steel pendulum, tested and progressively damaged to check their effectiveness and make the necessary adjustments. Next, an adobe wall will be tested in the same way, checking the applicability of the methodologies and the problems that arise when implemented in a traditional adobe structure. Finally, the churches of San Pedro Apóstol de Andahuaylillas and San Juan Bautista de Huaro, of great cultural importance for the country, will be studied. They have been instrumented with accelerometers and have a long-term monitoring system. The change of its dynamic properties and the occurrence of a seismic movement near the churches during the monitoring time will be studied. The conservation of adobe buildings currently presents a challenge for structural engineering due to the lack of building codes at the time they were built, the little knowledge of the construction processes, the high variability of their mechanical properties, and the effect of natural and environmental phenomena. It is also important to note that the environmental variations of temperature and humidity significantly affect the dynamic response in adobe structures, being an important problem the separation of variations caused by these and those caused by damage. The development of methodologies to overcome these problems will result in tools that contribute to the timely identification of damage in historic buildings, allowing early maintenance and helping to preserve them. / Tesis

Ingeniero Civil / Una de las técnicas de refuerzo y reparación de estructuras desarrolladas últimamente, corresponde al uso de fibra de carbono (mallas o tejidos) las que se adhieren a los elementos de hormigón o albañilería mediante resinas epóxicas en el caso de materiales poliméricos reforzados con fibra (FRP) y mediante materiales inorgánicos en el caso de las fibras con matriz cementícea (FRCM). El objetivo principal de esta investigación es describir el comportamiento de refuerzos de estructuras de hormigón con fibra de carbono adheridas con matriz cementícea (sistema FRCM). Para esto, se evalúa el desempeño de tres distintas matrices utilizadas para embeber mallas de fibra de carbono como refuerzo de elementos de hormigón. En primer lugar, se hace una revisión bibliográfica de estudios internacionales realizados para evaluar esta solución de reparación y se muestran distintos ejemplos del uso de esta tecnología en distintos lugares sísmicamente vulnerables. El trabajo experimental se inicia con una caracterización de los materiales utilizados. Se presentan las propiedades mecánicas de la malla de fibra de carbono y se caracterizan las distintas matrices cementíceas a utilizar. En esta parte, se incluye la dosificación y confección de dos morteros diseñados para actuar como matrices en el sistema FRCM. El primero de ellos corresponde a un mortero en base a cemento portland modificado con polímeros y el segundo a un mortero geopolimérico en base a ceniza volante. Estos morteros son caracterizados tanto por ensayos en estado fresco como endurecido, para ajustar su composición de modo de obtener las propiedades que normalmente se especifican para este tipo de aplicación, que en este caso corresponden a las de un mortero predosificado diseñado industrialmente como parte del sistema FRCM comercializado en Italia. La factibilidad técnica del sistema FRCM, se estudia mediante ensayos de adherencia a flexión del refuerzo aplicado a vigas de hormigón, teniendo como variable los distintos tipos de morteros y cuantías de refuerzo. Por otra parte, se evalúan las propiedades características del sistema de refuerzo mediante ensayos de tracción directa de láminas de material compuesto y ensayos de adherencia de los morteros a una superficie de hormigón. Del comportamiento observado en el ensayo de flexión, se concluye que no obstante los diferentes morteros estudiados cumplen satisfactoriamente con las condiciones de trabajabilidad requeridas por el sistema FRCM, solamente el refuerzo con matriz geopolimérica presentó un desempeño óptimo bajo la metodología de ensayo adoptada.

Ingeniero Civil / El problema a abordar en el presente trabajo de título es la elección del material de construcción óptimo para silos de almacenamiento de escoria y ceniza volante, para una central termoeléctrica de 350MW en Chile, considerando ambiente costero en la zona norte del país. Esto debido a que en la actualidad se utiliza acero estructural como práctica habitual en la construcción de estas estructuras y equipos, con montos importantes de inversión en suministro, construcción-montaje y mantención. El presente estudio considera realizar una evaluación comparativa de alternativas de suministro y construcción de estas estructuras en hormigón armado y acero estructural. Para esto, se presentan los diseños estructurales de estos silos con estos dos materiales, con un total de 4 silos diseñados con las capacidades necesarias para una Central PC (combustible pulverizado) de 350MW neto. El cálculo contempla estados de carga habituales en estas estructuras, como son peso propio, viento, temperatura, operación (material almacenado) y sismo, definidos por los criterios de diseño y la normativa chilena vigente. Esta memoria entrega una comparación de costos de suministro y construcción, mantención, plazos y aspectos técnicos respecto a suministro local o importado de la ingeniería y construcción. Además, se realiza un análisis de sensibilidad de los costos de construcción con respecto a los precios unitarios principales de los materiales seleccionados, para finalmente elaborar una matriz comparativa de resultados. En los 4 silos de almacenamiento estudiados, la solución con estructura de hormigón armado resultó ser el material seleccionado, debido a menores costos de inversión. Del estudio comparativo de estructura de acero versus hormigón armado, para el caso de menor precio de acero y mayor precio de hormigón armado, resultó un ahorro en los costos de inversión de un 19%. Considerando precios promedio de los materiales, esta diferencia aumenta en un 46%, y alcanza un 58% al revertir el primer escenario de precios unitarios.

Memoria para optar al título de Arquitecto / El desafío de instalar una cultura sustentable en las sociedades, ha tomado fuerza a nivel mundial, debido a la escala y frecuencia de los desastres. El fenómeno del cambio climático se ha instalado como un factor de riesgo, ya que ha producido un desequilibrio creciente en los ecosistemas, transformando las reglas de los diferentes territorios, en cuanto a temperaturas y precipitaciones. Para enfrentar estas transformaciones, la gestión de riesgo se ha posicionado como tema clave en los gobiernos, quienes deben absorber los altos costos que trae consigo un desastre. Por la misma razón la tendencia ha cambiado desde un enfoque correctivo, es decir lidiar con las externalidades post-desastre, a una visión prospectiva, que reconoce medidas de prevención y mitigación además de estrategias durante la emergencia y posterior a ella. La educación ambiental juega un rol clave en el camino hacia una cultura sustentable. Su labor es crear conciencia sobre el medio ambiente, reconociendo la existencia de amenazas de causa natural y otras que genera el ser humano. El foco del proyecto es materializar el vínculo entre la gestión de riesgo y la educación ambiental, la estrategia para lograrlo consiste en espacios flexibles que sean capaces de adaptarse a la doble situación de colegio y albergue. La propuesta toma lugar en Valparaíso, ciudad que convive con diversas amenazas y ha enfrentado numerosas situaciones de emergencia en los últimos cinco años.

Ingeniero Civil / El presente trabajo tuvo por objetivo analizar el comportamiento de las columnas que soportan el viaducto de la línea 5 del Metro de Santiago, específicamente al sur de la estación Mirador, ubicada en la comuna de La Florida, Santiago; durante el terremoto del 27 de febrero del 2010. El análisis en el tiempo se realizó mediante un modelo de elementos finitos utilizando el software SAP 2000, usando como input los registros de aceleración del terremoto y obteniendo los esfuerzos en la base de las columnas. El objetivo de esto fue determinar la demanda sobre las cepas producidas por el evento sísmico. Se determinó la capacidad nominal a flexo-compresión utilizando los planos estructurales facilitados por Metro y la rutina Section Designer de SAP2000, obteniendo así los diagramas de interacción de las cepas los que se compararon con las solicitaciones determinadas en el análisis en el tiempo. Por otro lado, se determinó la resistencia nominal al corte para contraponerlos con las fuerzas obtenidas anteriormente. Además, se estudió el comportamiento de los aisladores instalados entre los viaductos y las cepas ante las solicitaciones sísmicas. Finalmente, se concluye que las cepas no incursionaron en el rango plástico durante el terremoto del 27 de febrero del 2010, evidenciando el buen comportamiento de la estructura.