La presente tesis formula y desarrolla el análisis estático y dinámico en sistemas estructurales continuos, mediante las ecuaciones gobernantes de la mecánica de sólidos deformables y el método de los elementos finitos. Así también propone una metodología que enuncia los pasos más relevantes que permitan que el diseño de estructuras no convencionales, cumpla con los criterios establecidos por la norma AISC–LRFD. La aplicación de la metodología propone 7 pasos secuenciales para el diseño de estructuras no convencionales en un ejemplo concreto de análisis, lo cual permitió demostrar que esta metodología constituye una alternativa eficiente para el diseño pues, al basarse en el método de los elementos finitos, consigue generar resultados óptimos. Finalmente, la metodología propuesta es aplicable a aquellas estructuras no convencionales en etapa de diseño, lo que presupone un comportamiento elástico– lineal del sistema, para poder aplicar el análisis estático y dinámico en éste. Además, la metodología es factible de aplicar también a estructuras existentes, bajo esta hipótesis de diseño.

La presente tesis consiste en la preparación del comparativo técnico-económico para una nave industrial entre dos sistemas estructurales, el de pórticos de acero y tijerales sobre columnas de concreto armado. La nave industrial a diseñar estará situada en la zona industrial del Cercado de Lima y se utilizará para el almacén de materiales de construcción. El proyecto de ingeniería consta del predimensionamiento, estructuración, análisis y diseño de dos modelos (uno por cada sistema estructural). Los diseños respectivos se realizarán de acuerdo a los lineamientos estipulados en las normas vigentes descritas a continuación: Norma E020: Cargas; Norma E030: Diseño Sismorresistente; Norma E050: Suelos y Cimentaciones; Norma E060: Concreto Armado; Norma E070: Albañilería; Norma E090: Estructuras Metálicas. La estructura de la tesis está dividida en 6 sub-ítems que cubren la metodología y entregables del proyecto; el primer subtema relata la situación actual, la aspiración, estrategia y el alcance del proyecto. El segundo subtema expone el marco teórico que envuelve a los dos sistemas estructurales, el cual será necesario dominar para realizar el diseño de las configuraciones estructurales. El tercer subtema detalla el predimensionamiento y la estructuración de los elementos estructurales de cada sistema. El cuarto subtema comprende el análisis de los dos tipos de estructuras bajo cargas de gravedad que contiene el análisis de coberturas de techo, vigas y columnas para el caso de pórticos como también de los perfiles de acero existente en el sistema de tijerales, además del análisis por cargas de viento que afecta a ambos sistemas constructivos. El quinto subtema trata del análisis de desplazamientos para ambos sistemas estructurales dónde se considerará la ubicación del emplazamiento para obtener los desplazamientos, derivas y cortantes basales debido a solicitaciones sísmicas y de viento. En el sexto subtema se presenta el diseño del sistema de tijerales y pórticos. Posteriormente, en el séptimo subtema se realizan los metrados de casco estructural para ambos sistemas para luego realizar el presupuesto de los mismos y obtener las proporciones de costo para ambas estructuras para luego realizar la comparación técnica y económica entre los mismos. Finalmente, se detallan las conclusiones para el proyecto de tesis, dónde se discutirá qué sistema convendría utilizar para la construcción de la nave industrial contrastando conceptos económicos y técnicos que evidencien la mejor elección de la estructura a ejecutar.

El presente trabajo de investigación se centró en el uso de acero estructural en la construcción de una vivienda multifamiliar y una oficina en el extranjero. A partir de ello, se plantearon los factores sismorresistentes y de diseño que limitan la masificación del uso de acero estructural en la construcción de viviendas multifamiliares en el Perú. El objetivo principal de este trabajo consistió en determinar la viabilidad de construir edificios destinados a viviendas multifamiliares como un desafío de realizarlos, actualmente, en el Perú. Primero, se desarrolló la metodología a partir de la recopilación de información de investigaciones recientes, publicaciones académicas, libros y papers. Asimismo, se revisaron las normas E.020 Cargas, E.030 Diseño Sismorresistente, E.060 Concreto armado, E090 Estructuras Metálicas, AISC 341-16 y AISC 360-10. Luego, con la información recolectada, se eligieron edificaciones en acero estructural idealizadas en el extranjero y el Perú para comparar sus sistemas sismorresistentes. Cabe mencionar, que las consideraciones de sismorresistencia y diseño para los edificios del extranjero se contrastaron con las normas peruanas, a fin de ver si las consideraciones del extranjero son las mismas o varían y su posibilidad de construirlas. Finalmente, se compararon los indicadores económicos de las edificaciones escogidas en el Perú con la finalidad de analizar la factibilidad de construir viviendas multifamiliares en acero estructural en nuestro país. En conclusión, se obtuvo que si es posible la construcción en acero estructural en edificaciones de viviendas multifamiliares en el Perú si es que existiera una industria complementaria de acero adecuada.

Considerar un comportamiento semi-rígido para las uniones permite reducir el dimensionado de las vigas respecto a la solución articulada, ya que al poseer una cierta rigidez a flexión el momento en centro de vano disminuye. Por otro lado, al tratarse de uniones no rigidizadas, el coste de ejecución de las mismas es sensiblemente inferior al de las rígidas. A pesar de las ventajas de este tipo de uniones no se utilizan en la práctica habitual. Hasta hace unos pocos años porque las normas de aplicación sólo incluían criterios para comprobar su resistencia, y más recientemente porque, a pesar de que el anejo J del Eurocódigo 3 permite, a partir de su geometría, determinar la rigidez y resistencia de las uniones semi-rígidas, no establece una estrategia de actuación para el diseño de pórticos con este tipo de nudos. Con el fin de establecerla, y considerando que la máxima reducción en el dimensionado de las vigas corresponde a estructuras de nudos rígidos, esta Tesis plantea analizar las posibilidades prácticas de diseño que ofrecen aquellas uniones no rigidizadas con un comportamiento lo más parecido posible al de las rígidas (uniones con soldadura perimetral directa y uniones atornilladas con chapa frontal extendida). Con este objeto se han calculado más de 1500 pórticos de edificación diseñados con este tipo de uniones considerando su rigidez real (obtenida mediante el método de los componentes) modelizando su comportamiento según las posibles idealizaciones del diagrama Momento-Rotación que establece la norma de referencia, analizando su influencia en la respuesta de la estructura, y verificando su resistencia, para diferentes longitudes de vigas y soportes y distinto número de plantes y vanos, comparando los resultados obtenidos con los de los mismos pórticos diseñados con uniones rígidas o articuladas, con el fin de obtener unas pautas de diseño y rango de validez de las mismas. / Guardiola Víllora, AP. (2007). Comportamiento de los nudos semi-rígidos en estructuras metálicas de edificación [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1880 / Palancia

Desde la aparición de los redondos de fibra de vidrio como armado del hormigón, las recomendaciones existentes sobre su uso, están en continua revisión al tratarse de un material innovador en el mundo de la ingeniería. Sin embargo, todos los códigos y guías de diseño existentes de elementos de hormigón armado con redondos de GFRP, no consideran en el diseño la resistencia a compresión de los redondos, al no existir métodos de ensayos contrastados, ni resultados homogéneos en los mismos, despreciándose su contribución debido a su bajo módulo de elasticidad, y a consideraciones económicas injustificables. Esta tesis se centra en definir un método de diseño y cálculo de elementos de hormigón armado con redondos de fibra de vidrio, incluyendo su uso como armadura a compresión, así como su posible resistencia frente al fuego. La tesis presenta una metodología adecuada a una investigación de los elementos de hormigón armado con este tipo de redondos, basándose principalmente en una amplia base experimental. Se realiza una recopilación bibliográfica y una elaboración de un estado del arte de las aplicaciones de los redondos de FRP como armado del hormigón, y de las directrices existentes en cada uno de los códigos o guías vigentes. Tras ello, se recoge el proceso y los resultados de los trabajos experimentales de los ensayos de tracción, compresión, cortante y adherencia ejecutados a las probetas de fibra de vidrio RTHp, con el fin de obtener de sus características mecánicas, para posteriormente lograr su ratificación por el CSIC, a través del Instituto "Eduardo Torroja", dando pie a la comprobación de su uso como armadura a compresión en elementos de hormigón armado. Conocido el comportamiento de los redondos, se elabora unas directrices de diseño para elementos de hormigón armado bajo estados limites, cumpliendo con los preceptos marcados por la EHE-08 con respecto a la compatibilidad de tensiones y deformaciones. / Almerich Chulia, AI. (2011). Diseño, según estados límites, de estructuras de hormigón armado con redondos de fibra de vidrio GFRP [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9744 / Palancia

El Modelo Estándar y la Relatividad General son las teorías que explican, con gran éxito, los fenómenos físicos a bajas energías. Las ecuaciones de dichas teorías involucran ciertos parámetros que tienen la particularidad de permanecer invariantes en el espacio-tiempo. Son las llamadas constantes fundamentales. Desde la hipótesis de Dirac en 1937, según la cual, las constantes fundamentales son simples funciones de la edad del Universo; la variación temporal y espacial de dichas constantes ha sido objeto de numerosos trabajos de investigación. El interés teórico en este tema proviene del hecho de que varias de las teorías que intentan unificar las cuatro interacciones fundamentales de la Física tienen diferentes predicciones para la variación de estos parámetros. Los datos observacionales y experimentales cumplen un rol muy importante ya que nos permiten testear la validez de estas teorías al establecer límites sobre la variación de las constantes fundamentales. La investigación experimental comprende desde mediciones en laboratorio hasta datos de origen cosmológico. La mayoría de los resultados obtenidos son consistentes con una variación nula de las constantes fundamentales. En los últimos años, Webb y colaboradores propusieron el denominado método de los muchos multipletes para analizar observaciones de quásares de alto corrimiento al rojo, obteniendo como resultado una variación no nula de la constante de estructura fina α. Para poder explicar los datos obtenidos propusieron una variación espacial de α de tipo dipolar. De ser cierta esta variación, debería tener consecuencias en las luminosidades medidas de las Supernovas Tipo Ia (SNIa). Esto se debe a que la luminosidad máxima alcanzada en la explosión depende de α a través de la opacidad de la atmósfera en expansión y de la energía liberada. La importancia de las SNIa radica en que pueden ser utilizadas como candelas estándar debido a su notable homogeneidad. En este trabajo se utilizan las distancias luminosas de Supernovas tipo Ia (SNIa) con el fin de testear el modelo fenomenológico dipolar propuesto por Webb y colaboradores. Para ello, se realiza un análisis estadístico con el objetivo de contrastar los valores observacionales de las distancias luminosas con las predicciones teóricas del modelo dipolar. Éstas se calculan introduciendo una modificación debida a la posible variación de α. Por otro lado, se utilizan estos mismos datos para realizar un análisis estadístico obteniendo nuevos parámetros para el modelo dipolar, verificando luego su consistencia con aquellos obtenidos a partir de las observaciones de quásares. Los resultados indican que los datos de SNIa actuales no permiten distinguir entre un modelo con variación de espacial de α de tipo dipolar y el Modelo Estándar donde α no varía. También se concluye la inconsistencia entre los parámetros de dipolo obtenidos a partir de las observaciones de SNIa con los que se obtuvieron a partir de las observaciones de quásares. Por último, se realiza una primera estimación para una posible variación espacial de tipo dipolar, tanto de la velocidad de la luz c como de β = h*c, con h la constante de Planck reducida; añadiendo además en estos casos la dependencia de la masa de Chandrasekhar con dichas constantes. / The large-number hypothesis conjectures that fundamental constants may vary. Accordingly, the space-time variation of fundamental constants has been an active subject of research for decades. Recently, using data obtained with large telescopes a phenomenological model in which the fine structure constant might vary spatially has been proposed. In this work, we test whether this hypothetical spatial variation of , which follows a dipole law, is compatible with the data of distant thermonuclear type Ia supernovae. Unlike previous works, in our calculations we consider not only the variation of the luminosity distance when a varying is adopted, but we also take into account the variation of the peak luminosity of Type Ia supernovae resulting from a variation of . We find that there is no significant difference between the several phenomenological models studied here and the standard one, in which does not vary spatially. We conclude that the present set of data of Type Ia supernovae is not able to distinguish the standard model from the dipole models, and thus cannot be used to discard nor to confirm the proposed spatial variation of . Also, we carry out a first estimation of the possible spatial variation of speed of light c and = ¯hc, where ¯h is the reduced Planck constant.

El sector industrial es clave en el desarrollo de los países, por lo cual, las normativas asociadas al diseño de estructuras e instalaciones industriales adquiere especial relevancia. Uno de los diseños más comunes observados en estructuras de acero es la fluencia y fractura de los pernos de anclaje debido esencialmente a que estos presentan disipación de energía, reduciendo daños en otros elementos estructurales. Es por esto que se decidió estudiar el comportamiento de los pernos de anclaje y cuantificar su influencia en la respuesta estructural de estructuras industriales. Para llevar a cabo lo anterior se modeló un sistema que permitiese simplificar los complejos análisis basándose en la idealización de ciertas características del sistema. De esta forma, se obtuvieron valores relevantes en cuanto a la capacidad de los pernos, la influencia del largo de los mismos y la capacidad al corte del modelo para casos en que los pernos poseían comportamiento lineal y no lineal. Los resultados obtenidos para el modelo simple mostraron la relevancia del comportamiento de los pernos sobre la respuesta estructural, entregando que el promedio de los factores de modificación de la respuesta estructural R fue menor al establecido por la normativa chilena. De forma complementaria se desarrolló la modelación con elementos finitos de un estanque vitivinícola, con características reales, de materiales y geométricas, con la finalidad de confirmar la validez de los resultados obtenidos con el modelo simplificado. Teniendo presente lo anterior se verificó la similitud entre modelos, obteniendo valores aproximados en condiciones apropiadas para el factor R y magnitudes disímiles en el caso de la sobre-resistencia. En conclusión, se ratifico la necesidad de aumentar el largo de los pernos de anclajes en la mayor parte de las estructuras analizadas, además de recomendar el uso de pernos con mayores capacidades y ductilidades superiores con la finalidad de maximizar la energía disipada por los pernos de anclaje.

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 / Las solicitaciones sísmicas, obligan a las estructuras a deformarse fuera del rango lineal. Una forma de resistir tales cargas, es diseñar vigas que formen rótulas plásticas en sus extremos y roten con respecto a las columnas. Esta capacidad de rotación está limitada, entre otros, por el pandeo local en la zona de formación de rótulas plásticas. Ante la necesidad de cuantificar este efecto, en este trabajo se construye un modelo analítico que representa el pandeo local, a través de la degradación de la capacidad resistente, en un sistema viga-columna de perfiles H. El modelo que se presenta en este trabajo, consiste de un sistema viga-columna que separa la viga en una zona de rótula plástica, que concentra la no-linealidad del sistema, y otra zona de viga lineal-elástica. La zona de rótula plástica está constituida de barras uniaxiales, capaces de pandearse, que trabajan en ciclos de tracción y compresión. Las barras han sido compatibilizadas a nivel de sus deformaciones en los extremos, mediante un sistema de placas rígidas, que imponen la hipótesis de Bernoulli en los extremos de la zona de rótula plástica. Tales barras, han sido modeladas anteriormente por Lastra (2012), usando elementos capaces de concentrar la no-linealidad en sus extremos a través de una ley constitutiva para barras de acero de refuerzo. Los resultados del modelo, son comparados con ensayos experimentales que constan con igual configuración viga-columna. Estas comparaciones se realizan sobre el punto de aplicación del desplazamiento y sobre la unión viga-columna, para los cuales se compara la resistencia máxima y el momento máximo respectivamente. De ellos se observa que el modelo representa el fenómeno de rótula plástica adecuadamente, pero con una imprecisión en la resistencia máxima, que en el peor de los casos alcanza el 20%. El modelo se somete a análisis de variación del largo de rótula plástica y del número de barras que descomponen el perfil. Ambos análisis coinciden en que la relación entre el largo y el diámetro de las barras individuales es el factor que determina la respuesta del modelo. Sin embargo el planteamiento del presente modelo no permite variar de forma continua tal relación, y por tanto no permite ajustarlo a los ensayos experimentales. Queda pendiente para trabajos futuros, modificar la formulación del modelo con tal de hacer esto posible.

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.