Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva. Ingeniero Civil de Minas / Los minerales de arcilla, usualmente asociados a la ganga presente en depósitos sulfurados de cobre, son arrastrados al concentrado durante la flotación, y posteriormente a la escoria durante la operación unitaria de fusión en el proceso pirometalúrgico para la producción de cobre metálico. Una de las variables de transporte de mayor relevancia es la viscosidad, y en el caso de las escorias tiene implicancia directa tanto en el atrapamiento mecánico de cobre como en el desgaste de ladrillos refractarios, producto del contacto con la fase de mata y con la mampostería del reactor, respectivamente. Se han realizado estudios empíricos que buscan clarificar el efecto de la concentración de distintos óxidos sobre la viscosidad de las escorias y también se han desarrollado modelos de comportamiento teórico. Sin embargo, a la fecha no existe un modelo predictivo de viscosidad de escorias fundidas basado en el tipo y concentración de minerales arcillosos contenidos en los concentrados de cobre alimentados al proceso pirometalúrgico del cobre. En el presente estudio, 200 g de una mezcla de escoria fayalítica sintética dopada con 2, 5 u 8% en peso de caolinita o montmorillonita fue cargada en un crisol de alta alúmina y fundida a temperaturas de 1.275, 1.300, 1.325 y 1.350 °C en un horno eléctrico bajo atmosfera controlada de CO/CO2/N2 ajustando a una presión parcial de oxígeno de 10-8 atmósferas por un tiempo de 8 horas. Se realizaron pruebas de reometría manteniendo las condiciones antes señaladas, con el objetivo de determinar el efecto de la concentración de los minerales arcillosos sobre la viscosidad y el esfuerzo de corte de la fase fundida. Adicionalmente, se realizaron pruebas de equilibrio bajo las mismas condiciones experimentales antes descritas pero para las dos temperaturas más bajas a modo de caracterizar mediante microscopía óptica, XRD y XRF, previa calibración con ICP-MS los cambios composicionales de la fase fundida dada la adición de arcillas. Finalmente, los resultados experimentales pueden ser correlacionados cualitativamente con el atrapamiento mecánico de cobre y el desgaste del ladrillo refractario del reactor de fusión utilizado. Comparados con un concentrado no arcilloso, se esperaría que la fusión de aquellos concentrados ricos en caolinita o montmorillonita: i. Promuevan el atrapamiento mecánico de cobre durante la formación de escorias fayalíticas producto de un aumento en la cantidad de magnetita en la fase oxidada. ii. Promuevan el desgaste de la mampostería refractaria dada la desintegración de los granos de periclasa que conforman el ladrillo formando spineles ricos en silicatos y alúmina. El desarrollo de esta tesis se enmarca en el desarrollo del proyecto INNOVA CSIRO CHILE 10CEII-9007, el cual proveyó como herramienta de caracterización híper-espectral el Hylogger-3.

Las viviendas de mampostería de adobe no resisten grandes esfuerzos de tracción o de corte, son frágiles y no adecuadas para zonas sísmicas (Arroyo, Catalan, & Sanchez, 2013). Este tipo de viviendas son ampliamente utilizadas por su bajo costo y muchas están construidas en zonas de alto peligro sísmico (Blondet, Vargas, Tarque, & Iwaki, 2011). Para estudiar el comportamiento sísmico de las viviendas de mampostería de adobe se realizan ensayos de laboratorio y modelos computacionales. De los ensayos se extraen los desplazamientos, fuerzas y patrones de agrietamiento. Para el modelo computacional se idealiza la estructura en un software y se valida con los resultados del ensayo. En el Perú se han realizado ensayos de simulación sísmica de modelos de vivienda de mampostería de adobe sin reforzamiento los cuales colapsaron bajo movimientos severos (Tarque, Camata, Spacone, Varum, & Blondet, 2014) (Torrealva & Vargas, 1984). En el caso de los ensayos realizados a modelos de vivienda reforzados no hubo colapso de la estructura. Para esta investigación se realizó un ensayo de simulación sísmica de un modelo de vivienda de mampostería de adobe reforzado con sogas. El objetivo de la tesis es estimar los desplazamientos y fuerzas en las sogas mediante un modelo computacional y validar los resultados con el ensayo de laboratorio. El modelo computacional se realizó en el programa ABAQUS de elementos finitos utilizando el modelo de daño y plasticidad que permite realizar el análisis dinámico no lineal de la mampostería de adobe. Se comparó las respuestas con el ensayo obteniendo hasta un error del 21% en los desplazamientos máximos y del 41% en las fuerzas máximas. Se tuvieron patrones de agrietamiento similares. / Adobe masonry houses do not resist large tensile or shear stresses, they are fragile and not suitable for seismic areas (Arroyo, Catalan, & Sanchez, 2013). These types of homes are widely used for their low cost and many are built in areas of high seismic danger (Blondet, Vargas, Tarque, & Iwaki, 2011). To study the seismic behavior of adobe masonry hoses, laboratory tests and computational models are carried out. The displacements, forces and cracking patterns are extracted from the tests. For the computational model, a idealized structure is build in a software and the behaviour results validated with the test. In Peru, seismic simulation tests of adobe masonry house models without reinforcement have been carried out, which collapsed under severe movements (Tarque, Camata, Spacone, Varum, & Blondet, 2014) (Torrealva & Vargas, 1984). In the case of the tests carried out on reinforced housing models, there was no collapse of the structure. For this investigation, a seismic simulation test was carried out on an adobe masonry house model reinforced with ropes. The objective of the thesis is to estimate the displacements and forces in the ropes using a computational model and validate the results with a laboratory test. The computational model was made in the ABAQUS program of finite elements using the damage and plasticity model that allows the nonlinear dynamic analysis of adobe masonry. The responses were compared with the laboratory test, obtaining up to an error of 21% in maximum displacements and 41% in maximum forces. Similar cracking patterns were had. / Tesis

modelos numéricos son herramientas útiles para comprender el comportamiento de las estructuras. Sin embargo, contar con un modelo que se ajuste a la realidad es difícil debido a las variables que están en juego y a las simplificaciones que se asumen al construirlo. Para que un modelo sea confiable debe ser calibrado. Esta calibración se realiza comparando ciertos parámetros (por ejemplo las propiedades dinámicas) del comportamiento de la estructura real con los resultados del análisis numérico. Para identificar qué parámetros son los que tienen mayor influencia en el comportamiento de las estructuras es necesario llevar a cabo un análisis de sensibilidad. En este trabajo se presentan dos artículos publicados en congresos internacionales que muestran la calibración del modelo numérico de una estructura histórica ubicada en el sitio arqueológico de Chokepukio (Cusco-Perú). Esta estructura, que data de la época pre-inca (900-1300 dC), es un muro de albañilería de piedra asentada con mortero de barro. Los parámetros modales experimentales de la estructura se obtuvieron llevando a cabo una campaña experimental aplicando la técnica OMA (Operational Modal Analysis). El proceso de calibración se llevó a cabo utilizando un algoritmo de optimización de los parámetros que tenían mayor influencia en la respuesta dinámica de la estructura los cuales fueron identificados a través de un análisis de sensibilidad. El primer artículo titulado “OMA Tests and FEM Updating in Peruvian Archaeological Heritage: Chokepukio” fue presentado en el congreso del EVACES (Experimental Vibration Analysis for Civil Engineering Structures) realizado en la ciudad de Ouro Preto (Brasil, octubre 2013). En este artículo se desarrollaron tres modelos de elementos finitos usando el software SAP2000 y se calibró uno de ellos en base a los parámetros modales obtenidos en la campaña experimental. Los resultados de este trabajo sirvieron como herramienta preliminar para una posterior calibración automática. El segundo artículo titulado “Modal Identification Tests on Archaeological Heritage: The Case of Chokepukio” fue presentado en el congreso del IMAC-XXXII (A Conference and Exposition on Structural Dynamics) realizado en la ciudad de Orlando–Florida (USA, febrero 2014). En este artículo se presentan tres modelos de elementos finitos desarrollados en el software Diana TNO y uno de ellos se calibró en base a los parámetros modales obtenidos en la campaña experimental. Por último, se incluye un anexo que presenta una herramienta, desarrollada en el entorno de MatLab, para llevar a cabo un proceso automático de optimización en base a parámetros modales. Esta optimización se realiza minimizando el error de una función (función objetivo) que depende de las frecuencias y las formas modales de vibración, analíticas y experimentales. La herramienta de optimización automática consta de cinco módulos que incluyen: a) el ingreso de los datos de entrada, b) la resolución de ecuaciones para establecer la función objetivo, c) la aplicación de matrices de ponderación, d) la construcción de la función objetivo y d) el proceso de optimización. En este anexo se incluyen cuatro ejemplos de aplicación de la herramienta propuesta que se presentan según su nivel de complejidad, desde una viga con un solo parámetro de calibración hasta una estructura real con cuatro parámetros de calibración. / Tesis

La tierra fue uno de los primeros materiales utilizados para la construcción de viviendas y asentamientos. Esto se debe a que la tierra es un material accesible y las construcciones con este material no requieren de técnicas complicadas. La evolución de la construcción con tierra se dio alrededor del mundo y el Perú no es un país ajeno a esta tecnología. Es más en el Perú se tiene una alta tradición con la construcción con tierra. Las técnicas de construcción con tierra más utilizadas en el Perú son la mampostería de adobe y el tapial. Se estima que más del 30% de viviendas en el Perú están construidas con tierra. Las características de estas viviendas están en función a las necesidades de las personas. Sin embargo, las construcciones con adobe no demostraron tener un buen comportamiento estructural ante los sismos. Por lo que se empezaron a realizar ensayos e investigaciones para conocer las propiedades del material tierra, de la mampostería de adobe, y su comportamiento sísmico. A partir de estos conocimientos, se desarrollaron numerosas técnicas de reforzamiento sísmico para las viviendas de adobe. Muchas de estas técnicas están probadas y validadas pero estos esfuerzos son insuficientes si no se realiza la transferencia de estas tecnologías a la sociedad. En el Perú, los principales proyectos de capacitación surgieron a raíz de desastres naturales, como proyectos de reconstrucción después de terremotos e inundaciones. En esta tesis se estudia cada etapa del desarrollo de la construcción de las viviendas de adobe sísmicamente reforzadas en el Perú. / Tesis

La mampostería con bloques de tierra comprimidos (BTC) es una técnica de construcción económica que presenta mejores propiedades de resistencia y durabilidad que el adobe, y gran potencial de industrialización de sus unidades. Sin embargo, existe escasa información experimental y numérica del comportamiento sísmico de estructuras con este tipo de mampostería. En un trabajo previo, se ha realizado la caracterización experimental de mampostería con BTC con un tipo especial de bloque, que debido a su forma puede no requerir juntas de mortero, lo cual agiliza el proceso constructivo. El estudio también incluyó ensayos en una mesa vibratoria de un prototipo de vivienda a escala real. En este trabajo se realiza el modelamiento numérico del comportamiento sísmico del prototipo de vivienda ensayado, aplicando técnicas de macro-modelamiento. La mampostería es representada como material homogéneo e isotrópico, y sus propiedades elásticas e inelásticas son calibradas tomando en cuenta los resultados de la campaña experimental previa y recomendaciones empíricas empleadas por otros autores. En este proceso de calibración se realizan análisis de sensibilidad de las propiedades inelásticas para evaluar su influencia en la capacidad de la estructura. También se realizan análisis estáticos no lineales y análisis dinámicos en el modelo numérico; y los resultados se comparan con los obtenidos en los ensayos sísmicos. Las comparaciones incluyen curvas de capacidad, aceleraciones, desplazamientos, curvas de histéresis y patrones de agrietamiento. Finalmente, se concluyó que el modelo numérico desarrollado empleando el método de elementos finitos bajo el enfoque de macro-modelamiento tiene el potencial de representar el comportamiento sísmico del prototipo; sin embargo, debido a características propias del tipo de mampostería evaluado, la capacidad numérica es ligeramente sobrestimada. Esta sobrestimación se acentúa cuando los muros experimentan mecanismos de falla por deslizamiento; o cuando experimentan altas solicitaciones fuera de su plano que generan un comportamiento altamente biaxial en los muros. / Tesis

Los puentes de mampostería de piedra o ladrillo forman una parte importante del patrimonio arquitectónico del Perú. Aunque no muy numerosos su importancia radica en que representan el estado del arte de la ingeniería de aquel entonces, los cuales en muchos casos se siguen utilizando hasta nuestros días, como es el caso de varios puentes ubicados en las ciudades de Lima, Arequipa, Huánuco, etc. En el presente trabajo de Tesis se describe el proceso de evaluación estructural al Puente Trujillo o Puente de Piedra, ubicado en el centro histórico de la ciudad de Lima y construido a inicios del siglo XVII, con el fin de conocer su comportamiento estructural y sugerir una adecuada intervención, así como promover una cultura de conservación. La metodología expuesta a continuación nos muestra el desarrollo de la evaluación estructural en base a las cartas internacionales en monumentos históricos, al conocimiento histórico, la geometría, los materiales y la forma constructiva. Usando la teoría de los elementos finitos se desarrolló un modelo tridimensional del puente, aplicando al modelo un análisis estático lineal, un análisis modal, un análisis sísmico estático y un análisis frente a una sobrecarga vehicular. Siendo esencial los dos primeros análisis para obtener el comportamiento global de la estructura. / The bridges of stone or brick masonry are an important part of the architectural heritage of Peru. Although they aren’t very numerous, its importance focuses in representing the art’s state of engineering that time, which in many cases are still used to this day, as is the case of several bridges located in the cities of Lima, Arequipa, Huánuco etc. This thesis’s work describes the structural evaluation process to Trujillo Bridge or known as Stone Bridge, located in the historic center of the Lima city and built in the early seventeenth century, in order to know its structural behavior and suggest an appropriate intervention, so as promote an education of conservation. The methodology described to following shows us the development of the structural evaluation based on international charters of historical monuments, historical knowledge, geometry, materials and type of construction. The finite element theory was used for development a three dimensional model from the bridge, applying to model a linear static analysis, a modal analysis, a seismic static analysis and a vehicular overload analysis. The first two analyzes are essential for getting the global behavior of the structure. / Tesis

Los puentes de mampostería de piedra en arco forman parte importante del patrimonio arquitectónico de nuestro país, debido a que a través de los años han permitido y permiten aún el desarrollo cultural y comercial de pueblos y ciudades. A pesar de su importancia, tales estructuras presentan alta vulnerabilidad sísmica, debido a que el Perú se encuentra ubicado dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico y a las características endebles de la mampostería como material de construcción. La mampostería es un material anisotrópico, que requiere varios parámetros para describirla en el rango post fluencia, los cuales en la práctica son difíciles de obtener (Scheibmeir, 2012). Además, las distintas características de la mampostería, más aún histórica, como las propiedades de las unidades y mortero, disposición de las juntas y mortero, forma y dimensión de las unidades, ancho de juntas, calidad de la mano de obra, grado de curado, medio ambiente y edad, hacen que su estandarización completa esté aún lejos de lograrse (Lourenço, 1996). Por lo tanto, la evaluación sísmica de este tipo de estructuras es una tarea compleja, ya que su comportamiento oscila en el rango no lineal, donde las idealizaciones consideradas para los materiales, presentan gran incertidumbre. En este sentido, el presente trabajo busca evaluar la sensibilidad de las propiedades no lineales de un puente de mampostería de piedra abovedado en arco a partir de un análisis paramétrico, afín de identificar las propiedades que más influyen en la respuesta sísmica. Como caso de estudio se ha adoptado al puente Trujillo (prístino), ubicado en el centro histórico de Lima y construido entre los años 1608 y 1610. El trabajo incluye una extensa recopilación de propiedades lineales y no lineales de los materiales de esta tipología de puente. El modelo numérico base, se construyó de acuerdo con las propiedades promedio obtenidas del análisis bibliográfico y, los modelos para el análisis paramétrico fueron desarrollados con valores máximos y mínimos establecidos, tanto para los pilares como los arcos. La respuesta de la estructura fue evaluada aplicando el Análisis Estático No Lineal junto con el Método de Elementos Finitos (MEF). El estudio concluye que la variación de las propiedades no lineales referidas a la tracción (ft y Gt), son las que mayor influencia producen, provocando que un mayor valor de estos brinde mayor capacidad a la estructura. En cuanto a la variación del esfuerzo de compresión (fc) en los pilares y arcos, no hay mayor influencia en la respuesta de la estructura. / Tesis

Un gran porcentaje del total de viviendas informales de la autoconstrucción están hechas con muros de bloques de cemento o ladrillo, lo que significa que se encuentran en un estado de vulnerabilidad ante un evento sísmico. Asimismo, diversos estudios en ladrillos sólidos en las décadas de 1980 y 1990 se realizaron con la finalidad de validar técnicas de reforzamiento y buscar soluciones a este problema de la autoconstrucción sin supervisión ingenieril. Con el trascurso de las décadas, la situación de la autoconstrucción en el Perú, especialmente de material predominante de ladrillo pandereta, se convirtió en un problema vigente. Por ello, es necesario tener alguna técnica validada que permita reforzar viviendas existentes de ladrillo pandereta. Con la finalidad de validad la técnica de reforzamiento exterior de malla electrosoldada, se realizaron ensayos donde se consideraron que el proceso constructivo y los materiales de construcción fueron similares a los que se tienen en una obra de autoconstrucción sin supervisión ingenieril. Esto se ejecutó con la finalidad de que la validación del refuerzo sea aplicable a casos reales donde el espesor de la junta excede al valor de la NTE E.070 Albañilería (2006) de 15 mm. El presente trabajo de investigación se enfocó en la validación de la técnica de reforzamiento con malla electrosoldada por ambas caras para muros con junta de 25 mm y tarrajeo de 25 mm. Se ensayaron prismas no reforzados y reforzados con dos capas de malla electrosoldada conectadas entre sí y adheridas superficialmente con mortero de cemento. En total fueron 4 pilas no reforzadas, 4 pilas reforzadas, 4 muretes no reforzados y 4 muretes reforzados para la determinación de las propiedades mecánicas del material y 2 muros (uno reforzado y otro no reforzado) para determinar las curvas de capacidad y propiedades mecánicas. A partir de los resultados del ensayo de carga lateral cíclico con desplazamiento controlado y con carga axial constante de 160 kN, se determinó la degradación de la rigidez lateral y el incremento de la resistencia cuando se refuerza con malla electrosoldada. Se pudo validar la técnica de refuerzo ya que la falla del muro reforzado fue por flexión y tuvo fisuras imperceptibles para derivas considerables. Se pudo evidenciar que el esfuerzo cortante obtenido del ensayo del muro reforzado fue 25% menor que los resultados de muros reforzados con junta de 15 mm. De igual modo, se pudo determinar curvas de capacidad simplificadas para ambos casos. Para el caso del muro no reforzado y muro reforzado, el límite elástico resultante fue para una deriva de 1.25‰ y un esfuerzo cortante de 0.50 MPa. A pesar de ello, el muro no reforzado llegó al estado último para una deriva de 5‰ con una falla por corte y el muro reforzado llegó al estado último para una deriva de 6.2‰ con una falla por flexión.

Las construcciones históricas representan el legado de una nación debido a su gran importancia histórica y son generadoras de ingresos económicos por la actividad turística que atraen. En el Perú existe una gran cantidad de construcciones patrimoniales de mampostería de adobe. La fragilidad de este material y el elevado peligro sísmico en nuestro país hacen que la conservación y preservación es estas estructuras sean de gran importancia. Para ello es necesario conocer las propiedades mecánicas del material que compone su sistema estructural. La dificultad para obtener dichas propiedades radica en que las construcciones históricas no permiten que se ejecute intervenciones que dañen el patrimonio mediante ensayos destructivos. Por ello, los ensayos no destructivos y semi destructivos se adecúan a este tipo de estructuras. El ensayo de flat jack es un procedimiento semi destructivo que consiste en simular el ensayo de compresión simple en una sección de mampostería de la estructura. Es necesario retirar una porción de junta de mortero para insertar los flat jacks, que son planchas de acero soldadas, y poder suministrar presión mediante una bomba hidráulica. Las deformaciones en la sección a ensayarse son monitoreadas durante el ensayo. Con este ensayo es posible conocer el estado de tensiones de un área local de la estructura, el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson de la mampostería de la estructura. El principal objetivo de esta tesis de investigación es conocer el comportamiento mecánico de construcciones de adobe. Para ello, se realiza una campaña experimental del ensayo de flat jack sobre dos muros de mampostería de adobe y ladrillo artesanal. Adicionalmente se obtuvieron las propiedades mecánicas de prismas de adobe y ladrillo artesanal mediante el ensayo a compresión simple con el objetivo de comparar resultados con los obtenidos por el ensayo de flat jack. Finalmente, se determinó el comportamiento mecánico del caso de estudio de la iglesia Virgen de la Asunción de Sacsamarca mediante el ensayo de flat jack. Los resultados obtenidos muestran que el ensayo de flat jack es adecuado para determinar las propiedades mecánicas de estructuras de adobe existentes. El daño generado por el ensayo en las junta de mortero fue temporal y fácilmente reparable rellenando las hendiduras con material de características similares al original. / Tesis

La catedral de Puno, considerada como patrimonio histórico cultural de la nación del Perú, debido a su arquitectura barroca andina, representa un baluarte de la región Puno. Similar a esta estructura de mampostería de piedra, existen en el Perú una gran cantidad de iglesias, por lo general las que fueron construidas alrededor del siglo XVII y XVIII, sin embargo, este extenso legado de construcciones históricas se encuentra expuesta a la elevada sismicidad que existe en nuestra región, y que en muchos de los casos colapsaron. En la actualidad existe una gran cantidad de modelos para el cálculo de la respuesta sísmica de estos edificios, los mismos que varían de acuerdo al nivel de detalle y suposiciones teóricas, y que debido a la complejidad del análisis es muy poco abordado por los profesionales de ingeniería estructural, sin embargo, este tipo de estructuras pueden ser analizadas mediante modelos simplificados que se asemejan bastante a modelos más detallados. El presente trabajo busca implementar la metodología de mecanismos de colapso para el análisis se seguridad sísmica de las iglesias de mampostería de piedra que tenemos en el Perú, para poder tomar acciones de reforzamiento en un corto plazo, y así evitar que estas estructuras colapsen debido a acciones sísmicas. En el trabajo se presenta una recopilación exhaustiva del estado de arte sobre la metodología de evaluación sísmica mediante mecanismos de colapso, esta metodología es aplicada a la catedral de Puno, para ello se presenta una investigación histórica desde el punto de vista ingenieril, seguido a ello se presenta la evaluación del índice de vulnerabilidad para la identificación de mecanismos que tengan más probabilidad de activación, de estos últimos se realiza un análisis cinemático lineal y no lineal para evaluar la capacidad de la estructura frente a solicitaciones sísmicas. / Tesis