En la presente investigación se presenta el desarrollo de macromodelos numéricos de pilas y de muretes de albañilería de arcilla con la aplicación del Método de Elementos Finitos en el programa de computadora Abaqus. El objetivo de este trabajo es calibrar las propiedades plásticas de la albañilería ensayada en laboratorio para así, caracterizar su comportamiento estructural a compresión y tracción. Con este objetivo, cuatro pilas y cuatro muretes se ensayaron a compresión uniaxial y compresión diagonal, respectivamente. De dichos ensayos se obtuvieron la resistencia máxima a compresión y tracción, módulo de elasticidad, módulo de corte, y las curvas carga-deformación del material, principalmente, en la etapa elástica de su comportamiento. La metodología comprendió revisión bibliográfica, participación en ensayos de laboratorio, evaluación de resultados de ensayos y, a partir de este análisis de resultados, la calibración de las propiedades mecánicas inelásticas. A futuro, se espera que las propiedades que se calibren del material se puedan emplear para el diseño y modelamiento de estructuras más complejas hechas de albañilería de arcilla; lo cual se considera de importancia debido a la significativa presencia de este material en el país y la necesidad de estimar su respuesta estructural más allá del rango elástico por encontrarse el Perú en una zona sísmica. / Tesis

El estudio de los materiales de construcción, difundidos en gran medida como lo es la albañilería de arcilla, cobra vital importancia, ya que este permite ampliar el conocimiento de su comportamiento ante solicitaciones que puedan generar su inestabilidad. Sin embargo, la mampostería es un material que presenta complejidad cuando se trata de predecir su comportamiento mecánico y sus propiedades. Por ello, en el afán de buscar nuevas maneras que permitan caracterizar el comportamiento de este material y, con ello, predecir con mayor precisión su respuesta ante diferentes situaciones de cargas, se presenta la aplicación del método de modelación numérica. La presente tesis tiene como objetivo principal ampliar el conocimiento de la modelación numérica como herramienta de estudio de la mampostería de arcilla. Por ello, se planteó realizar modelos numéricos que simularan los ensayos cuasi-estáticos de este material. Primeramente, en el proceso de esta investigación se desarrollaron ensayos de compresión uni-axial, para las pilas, y de compresión diagonal, para los muretes, en el Laboratorio de Estructuras PUCP. Luego de los ensayos, se realizó el procesamiento de los resultados experimentales para obtener los parámetros mecánicos de la albañilería que serían empleados en la modelación. Cabe resaltar que para el desarrollo del modelo se requirieron parámetros que se extrajeron de la base teórica. Los modelos numéricos se desarrollaron con el método de elementos finitos en el programa especializado DIANA. Asimismo, para el desarrollo del trabajo se consideró a la albañilería como un material homogéneo y los elementos utilizados fueron sólidos, hexaedros. Por otro lado, se empleó el criterio de fractura “Total Strain Crak model” para el agrietamiento del material y se procedió a realizar la calibración del modelo. Finalmente, se pudieron realizar las simulaciones de los ensayos de compresión uni-axial y compresión diagonal en el programa computacional para obtener los resultados. A partir de los resultados obtenidos se podrá realizar análisis de estructuras de albañilería de manera más práctica. Asimismo, utilizando las potentes herramientas computacionales que existen hoy en día se podrá generar fuentes información sobre el comportamiento de este material que contribuyan a desarrollar nuevas estrategias de estudio, y que a largo plazo permitan depender en menor medida de los costosos ensayos de laboratorio. / Tesis

Este trabajo explora el manejo de métodos no destructivos para la caracterización mecánica y evaluación de la calidad de concretos de mediana resistencia. Los métodos no destructivos tomados en cuenta para esta investigación fueron el ensayo de resonancia por impacto y el ensayo de vibración basado en respuestas ambientales. Los ensayos de resonancia por impacto fueron comparados con el ensayo de resistencia a la compresión en dos campañas experimentales. La primera campaña se llevó a cabo en 20 especímenes de concreto fabricados y curados en laboratorio, con el propósito de realizar un monitoreo continuo del desarrollo del módulo de elasticidad dinámico del concreto en el tiempo. En la segunda campaña, se evaluaron 265 especímenes provenientes de diferentes proyectos de la ciudad de Lima, con finalidad de obtener una correlación entre el módulo de elasticidad dinámico y la resistencia a la compresión. Las correlaciones preliminares fueron validadas en 181 especímenes adicionales. Por otra parte, los ensayos de vibración ambiental se aplicaron para monitorear de forma continua el desarrollo del módulo de elasticidad estático del concreto desde el momento del vaciado. Estos resultados se compararon con los obtenidos en laboratorio a través del método tradicional de lectura del módulo de elasticidad de cuerda. Además se analizó la relación entre el módulo de elasticidad dinámico y el módulo de elasticidad estático del concreto. La aplicación de ensayos no destructivos son de gran interés en el campo de la mecánica de materiales. En el caso del concreto permiten determinar algunas propiedades mecánicas, desde edades muy tempranas, de forma rápida y sin la necesidad de realizar largas y costosas campañas de laboratorio. / Tesis

El tema central de la tesis es el estudio del comportamiento mecánico de laminados simétricos compuestos de una matriz de poliéster isoftálica reforzada con fibras de vidrio, y analizar la influencia de la orientación de las fibras debido al comportamiento anisotrópico que estas presentan. Para lograr este objetivo, se identificaron los parámetros necesarios para caracterizar el material en estudio, luego se fabricaron las probetas del material, se elaboró un modelo matemático orientado a la caracterización de este y se validó el modelo mediante ensayos mecánicos de tracción y flexión. Finalmente se usó el método de los elementos finitos usando el ANSYS Mechanical APDL 14.5 para comprobar resultados. Se analizaron los resultados obtenidos y la influencia de la orientación de las fibras de vidrio dentro del laminado. Se encontró que cuando los laminados son sometidos a tracción los parámetros hallados para caracterizar el material son suficientes para poder predecir el comportamiento del laminado, debido a que los resultados por el modelo matemático y el método de elementos finitos son iguales y conservadores con respecto a los valores hallados experimentalmente, sin embargo cuando los laminados están sometidos a flexión se encontró que el modelo elaborado es limitado y se necesita hallar parámetros adicionales para poder predecir el comportamiento del material. / Tesis

En el Perú existen numerosas viviendas construidas con ladrillos pandereta, el más económico del mercado, éstos son utilizados para la construcción de muros portantes. El uso del ladrillo pandereta está prohibido para muros estructurales, excepto en la zona 1 según la Norma Técnica de Albañilería E.070. Esta tendencia de uso masivo de ladrillos pandereta, se evidencia especialmente en distritos emergentes en donde, en su mayoría de casos, son viviendas típicas autoconstruidas sin asesoría técnica. Evidentemente ante el problema señalado, se debe tomar medidas preventivas para tener un nivel de desempeño óptimo en las estructuras, en el supuesto que ocurra un sismo de magnitudes considerables. Por tanto, a través de esta investigación, se busca comparar la resistencia, comportamiento mecánico y costo asociado de muros sin reforzamiento (sólo tarrajeados) con muros reforzados con malla para tarrajeo y malla electrosoldada. Para este proyecto se construyó nueve muretes a escala reducida con ladrillos pandereta, tres de ellos construidos de manera tradicional, otros tres reforzados con mallas para tarrajeo y finalmente tres muretes reforzados con mallas electrosoldadas. Estos muretes fueron construidos y sometidos a ensayos de compresión diagonal en el laboratorio de estructuras de la PUCP determinando su resistencia al corte, comportamiento y propiedades mecánicas de los muretes reforzados. / Tesis

En el disseny y la caracterització del formigons autocompactants (HAC) tenen implementació tant els propis components de la mescla (volum de pasta y naturalesa de la mateixa, tipus i contingut de fi, estructura del esquelet granular, entre d'altres) com les tècniques d'assaig per a validar els requisits de la autocompactabilitat (fonamentalment son assajos vinculats a la caracterització de la fluïdesa, la viscositat i la resistència a la segregació en fresc). Amb freqüència, les tendències en la dosificació d'aquests formigons responen a extrapolacions de criteris dels formigons convencionals adaptats a criteris empírics, incidir principalment en les característiques del material en estat fresc, però amb un plantejament en general dissociat del sistema de col·locació en l'obra. En aquesta tesis doctoral s'estudia la influència del sistema de col·locació en l'obra. d'una forma indirecta, basada en la consideració de dos estructures tipus del esquelet granular: continua y discontinua. Aquestes estructures s'associen, respectivament, en una primera aproximació, a dos sistemes típics de col·locació, per gravetat o per abocament directe i per bombeig. En ambdós casos s'han considerat diferents nivells de resistència (30 i 60 MPa). L'estudi s'ha fonamentat en la realització d'una amplia campanya experimental on s'ha avaluat i analitzat les diferents característiques que regeixen tant el comportament en estat fresc del formigó autocompactant com el comportament del formigó ja endurit, aquest últim a nivell instantani i a nivell diferit (retracció i fluència). Per a les dosificacions continues, associades al sistema d'abocament directe, s'ha obtingut una major estabilitat davant la segregació i propietats mecàniques instantànies y diferides lleugerament superiors a les discontinues, per als dos nivells de resistència contemplats en l'estudi. De la mateixa manera, en el desenvolupament dels nombrosos treballs vinculats al formigó fresc, s'ha posat de manifest que l'assaig d'extensió de flux pot conduir, principalment en la gamma d'alta fluïdesa, a errors significatius en relació a la detecció de la segregació del HAC. Aquest aspecte s'ha analitzat en profunditat i s'ha proposat un nou assaig per a mesurar la segregació, ràpid, senzill i econòmic, susceptible de ser utilitzat en obra com a criteri d'acceptació o de rebuig del formigó. / En el diseño y la caracterización de los hormigones autocompactantes (HAC) tienen implicación tanto los propios componentes de la mezcla (volumen de pasta y naturaleza de la misma, tipo y contenido de finos, estructura del esqueleto granular, entre otros) como las técnicas de ensayo para validar los requisitos de la autocompactabilidad (fundamentalmente son ensayos vinculados a la caracterización de la fluidez, la viscosidad y la resistencia a la segregación en fresco). Con frecuencia, las tendencias en la dosificación de estos hormigones responden a extrapolaciones de criterios de los hormigones convencionales adaptadas a criterios empíricos, incidiendo principalmente en las características del material en estado fresco, pero con un planteamiento en general disociado del sistema de puesta en obra. En esta tesis doctoral se estudia la influencia del sistema de puesta en obra de una forma indirecta, basada en la consideración de dos estructuras tipo del esqueleto granular: continua y discontinua. Estas estructuras se asocian, respectivamente, en primera aproximación, a dos sistemas típicos de colocación, por gravedad o vertido directo y por bombeo. En ambos casos se han considerado diferentes niveles de resistencia (30 y 60 MPa). El estudio se ha fundamentado en la realización de una amplia campaña experimental en donde se han evaluado y analizado las diferentes características que rigen tanto el comportamiento en estado fresco del hormigón autocompactante como el comportamiento en estado endurecido, este último a nivel instantáneo y a nivel diferido (retracción y fluencia). Para las dosificaciones continuas, asociadas al sistema de vertido directo, se ha obtenido una mayor estabilidad frente a la segregación y propiedades mecánicas instantáneas y diferidas ligeramente superiores a las discontinuas, para los dos niveles de resistencia contemplados en el estudio. Asimismo, en el desarrollo de los numerosos trabajos vinculados al hormigón fresco, se ha puesto de manifiesto que el ensayo de escurrimiento puede conducir, principalmente en la gama de alta fluidez, a errores significativos en relación a la detección de la segregación del HAC. Este aspecto se ha analizado en profundidad y se ha propuesto un nuevo ensayo para medir la segregación, rápido, sencillo y económico, susceptible de ser utilizado en obra como criterio de aceptación o rechazo del hormigón. / The design and the characterization of Self Compacting Concrete (SCC) influences not only the mix components (paste volume and nature; binder amount and type; granular skeleton, etc) but also the testing methods that used to validate the self-compactability (usually in terms of fluidity, viscosity and resistance to segregation) In general, SCC mix designs are extrapolations of conventional mix designs adapted with empirical criteria to change the fresh state characteristics. However, this approach usually fails to take into account the casting system. This thesis covers the indirect influence of the cast system based on the consideration of two types of granular skeleton: discontinuous and continuous, for different strength levels (30 and 60 MPa). In this sense, the discontinuous skeleton responds to a pumping cast system whereas the continuous skeleton fits a direct cast system by gravity using a crane and hopper. The study was based on a wide experimental campaign. The results obtained allow the analysis of the characteristics that govern the fresh, hardened and long term behavior of SCC. For the both strength levels studied, the mix with continuous granular skeleton associated with a direct cast system by gravity exhibited slightly higher segregation resistance and mechanical properties as well as slightly smaller creep than mixes with discontinuous granular skeleton. Nevertheless, the results show that the slump flow test is not sensitive enough to reveal the segregation in fresh state concrete, especially in high fluidity SCC. Thus, in order to address this issue a simple apparatus and a rapid method for testing the segregation resistance of SCC were developed in this study. Since the method is simple and due to its economy, it can be directly used in the construction site for an acceptance or rejection of the segregation criteria for SCC.

Debido a la actividad sísmica del Perú, uno de los retos principales de la ingeniería estructural consiste en el desarrollo de técnicas que protejan a las estructuras, a sus ocupantes y a lo contenido, de los efectos de las fuerzas sísmicas. En el Perú ocurren diversos fenómenos naturales que por su peligro pueden derivar, en algunos casos, en desastres. Entre los fenómenos que ocurren con cierta frecuencia y de carácter más destructivo se encuentran los sismos de origen tectónico. Las características del subsuelo de algunos distritos de Lima y la gran densidad de su población la convierten en una zona de alto riesgo sísmico. El enfoque tradicional del diseño sismorresistente se fundamenta en proveer a las estructuras una combinación de resistencia y ductilidad para resistir las cargas producidas por los sismos, aceptando un cierto nivel de daño en la estructura. Recientes sismos han demostrado que los edificios diseñados y construidos de acuerdo a los códigos más recientes proveen una adecuada respuesta aunque se produzcan algunos daños. Sin embargo, el costo y tiempo de reparación pueden ser altos. Por esta razón es importante establecer criterios de diseño sismorresistente en base a objetivos específicos de desempeño. Se han desarrollado, nuevas tecnologías para controlar el nivel de daño mediante la disipación de energía. El propósito básico de la incorporación de dispositivos de disipación pasiva de la energía sísmica es el de absorber un porcentaje considerable de la energía entregada por el sismo, reduciendo el nivel de daño generado. Entre estos dispositivos se encuentran los de Fluido-Viscoso. Con la adición de sistemas pasivos de disipación se puede disminuir las derivas (desplazamientos relativos de los entrepisos) de cada nivel en base a la elección de un desempeño objetivo, constituyendo una alternativa para protección y reforzamiento de estructuras existentes diseñadas bajo normas y códigos que no cumplen con las exigencias sismorresistentes vigentes. Además se podría disminuir los daños en los elementos existentes ante sismos severos, sin realizar grandes cambios en su configuración estructural inicial. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / En el marco de un estudio realizado sobre los componentes que influyen en la resistencia mecánica del Cobre, se detallan las variables que influyen en ésta, cuantificando su aporte. Sin embargo, los resultados medidos experimentalmente no concuerdan con lo propuesto en la teoría. Por este motivo, se hace necesario el estudio de las discordancias presentes. En particular, se propone estudiar la influencia directa de la densidad de dislocaciones de manera independiente, sobre la resistencia mecánica del cobre. La idea es observar cómo y cuánto varía el límite de fluencia ante la variación de la densidad de dislocaciones en el material, para así contrastarlo, con lo propuesto por Besterci. El método experimental propuesto para este estudio, consiste en la fabricación de probetas a partir de polvos de cobre obtenidos por molienda de alta energía y después sinterizados por extrusión en caliente. Luego, con el fin de aumentar la densidad de dislocaciones, se procede a deformarlas en frío. Una vez confeccionadas las probetas, se realizan ensayos de compresión y análisis por difracción de rayos X. Así, se puede conocer tanto el esfuerzo máximo a compresión, como la densidad de dislocaciones efectiva, y además se consigue una imagen real de la microestructura. Es importante validar cada resultado obtenido, con el fin de verificar si cada proceso fue desarrollado de manera adecuada, y bajo parámetros controlados. Teniendo todos estos datos medidos, se obtiene la relación que determina la influencia entre la variable estudiada y la resistencia a compresión del material. Según los resultados obtenidos, se puede concluir que el tiempo de molienda adecuado para la elaboración de las probetas debe ser mayor o igual a 10 horas. Debido a que, a partir de este tiempo, el tamaño de cristalita tiende a estabilizarse. De acuerdo a lo visto en los resultados, los valores obtenidos se pueden utilizar como primera aproximación, sin embargo, algunos son descartados ya que se escapan de la tendencia esperada. Aun así, se logra obtener una expresión que relaciona la densidad de dislocaciones con el esfuerzo de fluencia. σ_f=6*〖10〗^(-8) √ρ+186,72 La poca precisión de los valores obtenidos tiene relación con la influencia no cuantificada de variables que modifican el límite de fluencia, como es la variación del tamaño de grano y el efecto embarrilamiento producto del ensayo de compresión, por lo que se proponen algunas consideraciones como realizar un recocido del material luego de extruirlo, además de contar con más muestras para identificar una tendencia más notoria.

Ingeniero Civil Mecánico / Es sabido que Chile es el primer productor de cobre en el mundo, ya sea en el formato de cátodos o concentrado. Los equipos usados en esta industria, tales como, palas retroexcavadoras, cargadores frontales y molinos de cono, están sometidos a un ambiente abrasivo que se traduce en desgaste (pérdida de material), lo que genera grandes costos para las empresas mineras. El presente trabajo está motivado en conocer la oferta de soluciones disponibles en Chile, para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, respondiendo algunas preguntas, tales como ¿Qué materiales se utilizan para recubrir? ¿Qué procesos se usan? Entendiendo la necesidad de proteger los equipos de minería del cobre contra el desgaste generado por los efectos de la abrasión. El objetivo de la memoria es realizar una evaluación de algunas soluciones tecnológicas en recubrimientos resistentes a la abrasión para aplicaciones de minería en Chile. El trabajo no pretende entregar una solución, sino que hacer una revisión de las tecnologías utilizadas actualmente en el país. En el mundo, los materiales más utilizados para proteger equipos contra el desgaste abrasivo, son los recubrimientos de carburos de cromo (placas bimetálicas) y los carburos de tungsteno en base níquel. Este último tiene un mejor rendimiento, pero es casi tres veces más costoso que los carburos de cromo. La mayoría de los recubrimientos son aplicados por procesos de soldadura, tales como soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco de plasma transferido (PTAW, por sus siglas en inglés), entre otros métodos. La metodología de este trabajo de título se dividió en tres etapas. La primera consistió en el intercambio de información a través de una encuesta online con empresas relacionadas con la oferta de soluciones contra el desgaste. En la segunda etapa, se entrevistó en forma presencial a algunas empresas del rubro y se obtuvieron algunas muestras representativas de la oferta del mercado. En la tercera etapa, las muestras fueron analizadas a nivel de laboratorio (análisis de metalografía, dureza y resistencia al desgaste por abrasión). De las encuestas se puede determinar que, en Chile, los materiales preferidos para proteger contra el desgate por abrasión son los aceros austeníticos, fundiciones blancas y las placas bimetálicas. En cuanto a los procesos preferidos, se encuentra la soldadura por electrodo protegido (SMAW) y alambre tubular (FCAW). En las entrevistas, se indica que esta última tiene como ventaja su alta productividad y fácil manejo. Las empresas también indicaron que la decisión de utilizar un material para recubrir se basa en la experiencia del cliente. Del análisis en laboratorio, se observa que el material que presentó mejor comportamiento frente al ensayo de desgaste por abrasión ASTM G65 es la placa bimetálica.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / En la presente Tesis se estudia la formación in situ de dispersoides en una aleación de Cu-Ta producida por molienda reactiva y extrusión en caliente. Además, se estudia el efecto que producen los dispersoides sobre la resistencia al ablandamiento y la resistencia al creep. En aplicaciones tales como interruptores de alto rendimiento, intercambiadores de calor, motores eléctricos, cables, y electrodos para soldadura se requiere un material que exhiba alta conductividad térmica y eléctrica, junto a una adecuada resistencia mecánica a las temperaturas de operación. El cobre satisface las primeras solicitaciones; sin embargo, presenta una importante disminución de su resistencia mecánica cuando aumenta la temperatura de trabajo. Un mecanismo que ha probado ser efectivo para mejorar el comportamiento mecánico del cobre a altas temperaturas es la incorporación de nanopartículas cerámicas o metálicas en la matriz. Estos dispersoides dificultan el creep, ya que se requiere un esfuerzo adicional para separar las dislocaciones de la interfase dislocación-matriz, cuando esta interfase es incoherente o semicoherente. Adicionalmente, anclan los límites de grano, dificultando el deslizamiento de los bordes de grano. Para generar los nanodispersoides, se empleó molienda reactiva y extrusión en caliente para dispersar de manera homogénea partículas de tantalio en la matriz de cobre y generar dispersoides de carburo de tantalio, usando hexano como fuente de carbono y líquido de molienda. Estos dispersoides, acompañados de un refinamiento microestructural en la matriz metálica compuesta y de un aumento de la densidad de dislocaciones, produjeron un aumento de la resistencia mecánica al ablandamiento y a la deformación a altas temperaturas (773 K, 973 K y 1123 K). El material se caracterizó por medio de espectroscopia de emisión óptica, fluorescencia de rayos X, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y microdureza Vickers. El efecto del tiempo de molienda se analizó pasadas 10, 20 y 30 h en un material compuesto con una composición nominal de Cu-5 %vol. TaC. Al aumentar el tiempo de molienda, se observó un aumento sistemático de la densidad de dislocaciones y de carbono, así como una disminución del tamaño de cristalita. El material molido durante 30 h fue extruido en caliente y mostró una densidad de 9.037 kg m-3 (98.2% densificación) y una resistencia de ablandamiento de 204 HV; sin embargo, después de un recocido a 1023 K durante 1 h la microdureza mostró una abrupta caída. El análisis de microscopía electrónica de transmisión mostró la presencia de nanodispersoides carburo de tantalio (Ta4C3), los cuales cumplen con la función de endurecer la matriz por dispersión y ayudan a mejorar el desempeño cuando se somete la matriz metálica compuesta a ensayos de esfuerzo constante y alta temperatura (773 K, 973 K y 1123 K).