Autor(es): Patrick Flores Velarde
Asesores: Ian Vázquez y Félix Cabrera
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
Las lagunas sísmicas, en el borde oeste del Perú datan de hace poco más de 130 años, lo cual implica que edificaciones de concreto armado no han sido sometidas a movimientos bruscos del suelo. La norma actual local y la de otros países tienen como finalidad la protección de la edificación ante un solo nivel de amenaza sísmica. Por tal razón la necesidad de estudiar nuestras edificaciones bajo diferentes niveles de amenaza sísmica es un objetivo del presente trabajo. El estudio consistió en diseñar y evaluar un edificio de cuatro niveles ubicado en la costa peruana cimentado sobre buen suelo, con una planta rectangular de 33x22m y columnas separadas a ejes por 5.5m. Para diseñar la edificación se empleó el código peruano y la evaluación se basó en los criterios propuestos por el Comité Visión 2000 del SEAOC. En cuanto a la herramienta de análisis, y por ende, de estimación de respuesta de la estructura, se usaron las técnicas del análisis no lineal, mediante espectros de capacidad y demanda. La etapa de pre-dimensionamiento resultó en columnas y vigas de dimensiones, 40x40cm y 25x50cm, respectivamente, permitiendo una deriva máxima de 1% para un evento sísmico de 500 años de período de retorno. De los resultados, se estimó una ductilidad promedio, para la estructura, de 4.6 y sobrerresistencia de 1.5, ambos ítems con respecto a la fluencia efectiva. Además, se alcanzaría un valor de 2.5 de sobrerresistencia con respecto al colapso. Bajo los niveles de amenaza sísmica, la estructura presentaría ligeras incursiones en el rango inelástico, específicamente para sismos raros y ocasionales, en ambas direcciones. Para el nivel de amenaza extremo, esto es, sismos raros, la estructura llegaría un poco más allá del inicio de la zona de colapso en ambas direcciones. El estudio se extendió para edificaciones de 3, 5, 6 y 7 pisos, permitiendo obtener tendencias de comportamiento, resultando, muchas de ellas, satisfactorias. Ante los resultados del trabajo realizado, se puede concluir en permitir una deriva máxima de 1% para edificios regulares, lo que conlleva a menores dimensiones de las columnas.
Autor(es): César Portocarrero Rodríguez
Asesor: Gustavo Larrea
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
El agravamiento del estrés hídrico tanto en el sector urbano como en el rural motiva cada vez más a los tomadores de decisión a impulsar la explotación sostenible de este recurso. Para ello, se requiere conocer con certeza los emplazamientos con un mayor potencial de explotación. Para hacer frente a este problema sin recurrir a perforaciones directas, la presente investigación tiene como objetivo principal explorar el potencial hidrológico subterráneo del Perú correspondiente a acuíferos de baja profundidad mediante la aplicación de modelos de clasificación de bosques aleatorios y redes neuronales, dos algoritmos de aprendizaje automatizado. Esta rama de la inteligencia artificial permite generar modelos multidimensionales y con variables complejas sin efectuar presuposiciones estadísticas. Para explicar el potencial de agua subterránea, se recurren a variables topográficas, hidrológicas, geológicas, pedológicas y ambientales que influyen en diferente medida en la conductividad hidráulica subterránea y en la tasa de recarga de los acuíferos. Los resultados obtenidos indican que el mejor desempeño equiparable al estado del arte se obtiene para el modelo de bosques aleatorios (exactitud=0.77, puntaje F1=0.73, AUC=0.88) y que la construcción de modelos especializados en una región dada permite mejorar la capacidad de los modelos al reducir la varianza de los datos. Las variables más importantes en los modelos fueron: aspecto, densidad de drenaje, elevación, NDWI y precipitación. La principal limitación identificada en el desempeño de los modelos es la escasa cantidad y distribución irregular de los pozos de caudal conocido en el Perú, factor que parcializa el modelo hacia la costa, la región mejor documentada. El presente estudio sirve como marco referencial para la construcción de futuros modelos de aprendizaje automatizado una vez se amplíe el inventario público de pozos de agua subterránea o en caso privados introduzcan su propio inventario.
El código empleado para el procesamiento de variables geoespaciales se encuentra en https://code.earthengine.google.com/fe63cd6184b009824ed3c843fdc5544d.
El código utilizado para la construcción de modelos se encuentra registrado en Github en https://github.com/cesport/Tesis.
Aplicaciones para visualizar los resultados de manera interactiva están disponibles para computadoras en https://cesarportocarrero.users.earthengine.app/view/gwp-peru y dispositivos móviles en https://cesarportocarrero.users.earthengine.app/view/gwp-peru-movil.
Autor(es): Ingrid Calixto Aguilar
Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
El establecimiento de infraestructura física en los países en vías desarrollo es fundamental para impulsar su crecimiento socioeconómico. Específicamente, la construcción de carreteras en los bosques tropicales representa el primer acceso a lugares remotos con grandes potenciales económicos. Sin embargo, las carreteras en los bosques tropicales también pueden conllevar importantes impactos ecológicos, sociopolíticos y económicos. En particular, al proporcionar acceso a toda el área que atraviesa la vía, la construcción de carreteras es un factor determinante del cambio de uso de suelo. En la actualidad, existe una gran expansión vial en los trópicos y en el Perú. No obstante, un análisis ambiental apropiado de los proyectos es todavía limitado. La poca disponibilidad de información en el Perú es el primer limitante para desarrollar estudios a detalle de los proyectos viales. En ese sentido, mediante esta tesis se busca realizar una revisión teórico-conceptual y metodológica de los cambios de uso de suelo asociados al establecimiento de carreteras en la Amazonía peruana. La revisión de literatura realizada fue descriptiva: se presentó un contexto amplio del tema, un resumen de la información relevante, y una interpretación objetiva de los documentos. En la derivación del caso particular peruano se utilizó la información consolidada, se identificaron los conceptos aplicables y se analizaron nuevamente. Se identificó que la Amazonía peruana provee importantes servicios ecosistémicos como la preservación de la biodiversidad, el almacenamiento de carbono, la protección de la diversidad cultural y el suministro de recursos naturales (hidrocarburos, minerales, tierra para la agricultura y ganadería). Actualmente, la infraestructura vial cumple un papel crítico en los cambios de uso de suelo, al abrir zonas que antes eran inaccesibles y fomentar la migración de las poblaciones. Entre los cambios de uso de suelo asociados a la expansión de la infraestructura vial se encuentran las actividades agroindustriales a gran escala, la tala selectiva, la agricultura de pequeña escala y la ganadería. Asimismo, existen diversas estrategias que buscan evitar o limitar los cambios de uso de suelo asociados a las carreteras en bosques tropicales. Entre estas estrategias de enfoque se incluyen la gestión espacial de las tierras y la cartografía de carreteras, el establecimiento de las Áreas Naturales Protegidas, el fortalecimiento de la gobernanza ambiental y vial, la elaboración de Estudios de Impacto Ambiental más completos e infraestructura alternativas de transporte. En Perú, específicamente, se requiere generar mayor conocimiento de la Amazonía peruana y fortalecer la gobernanza política, social y ambiental antes continuar con la expansión de infraestructura vial.
Autor(es): Johanna Barbarán Barbarán
Asesor: Ramzy Kahhat
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
En las últimas décadas la construcción de edificios de viviendas, oficinas, centros comerciales y demás se incrementó notablemente alrededor del mundo, y con ello, su impacto sobre el medio ambiente. Todos los edificios requieren energía y agua para satisfacer las necesidades de sus usuarios, este consumo se presenta en todas las etapas del ciclo de vida del edificio: extracción de recursos, manufactura de materiales, construcción, operación y demolición. Siendo las etapas de manufactura y operación las más importantes respecto al consumo de energía (Ochoa et al., 2005). El objetivo de este proyecto es desarrollar una propuesta de conversión de un edificio ya operativo para mitigar los impactos ambientales de su configuración inicial, mediante mejoras en la gestión de la energía y el agua. El objeto de estudio será el Mac Gregor, edificio ubicado dentro de las instalaciones de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Para ello la metodología utilizada fue la siguiente: Se realizaron visitas al edificio para reconocer las oportunidades de mejora de los sistemas de agua y energía. En base a ello se analizó la situación actual de la gestión de agua y la energía en el edificio a través de simulaciones realizadas con el método de Hunter y el software de modelamiento EnergyPlus, respectivamente. Luego, se presentaron las propuestas de cambio, para nuevamente ser simuladas en una versión mejorada del edificio y obtener información cuantificable de las mejoras en términos de ahorro. Finalmente, se realizó un análisis de las mejoras ambientales representadas por una cantidad de emisión de GEI evitadas y un análisis de factibilidad económica del proyecto completo. Con este proyecto, se logró reducir la cantidad de gasto energético en 14%, como de gasto hídrico en 20%; de este modo, se evita la emisión potencial de 34.5 tCO2eq anuales y se aminoraron los costos de mantenimiento anuales en los mismos porcentajes de ahorro. Asimismo, se concluye que convertir un edificio de oficinas administrativas ya operativo en uno de menores impactos ambientales resulta económicamente factible, con un periodo de retorno de la inversión de 9 años y una ganancia que asciende a 512,543 USD para un periodo de análisis de 30 años, en este caso.
Autor(es): Kurt Ziegler Rodríguez
Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
La generación y tratamiento de los residuos sólidos municipales es un problema con el que ha tenido que lidiar toda civilización desde sus inicios. Desde el siglo XX el manejo y control de ellos se fue perfeccionando a lo largo de Europa de modo que los impactos a la salud humana y al ambiente se vean minimizados. Por ello, se inició la migración del uso de rellenos sanitarios a sistemas de tratamiento más avanzados e integrales, de modo que se pueda optimizar el consumo energético y mejorar el desempeño socio-económico y ambiental de estos. Sin embargo, la realidad al día de hoy en el Perú es muy distante de esto. Actualmente, el país está buscando hacer la transición de la disposición en botaderos informales a rellenos sanitarios, por lo que se están abriendo nuevos emplazamientos a lo largo y ancho del país. Por esto y con el fin de poder identificar los principales impactos ambientales y tomar medidas de mitigación adecuadas, se ha realizado una evaluación ambiental por medio del Análisis de Ciclo de Vida de un relleno sanitario ubicado en la ciudad de Nauta (Loreto), en la selva amazónica. El ciclo de vida del relleno sanitario incluyó las etapas desde la extracción de los materiales, construcción del emplazamiento y operación, hasta el cierre del relleno. La unidad funcional estudiada fue de 1 tonelada de residuos sólidos municipales generados en la ciudad de Nauta y su desempeño a lo largo de 100 años. Se utilizó el software de cálculo especializado en sistemas de tratamiento de residuos sólidos EASETECH para llevar a cabo el modelado del sistema. Se modelaron 5 escenarios: un botadero abierto poco profundo, un botadero abierto profundo, el relleno sanitario actual, en el que no se realiza tratamiento de biogás, y dos escenarios de mejora: uno en el que se realiza combustión del biogás y otro en el que se realiza recuperación de energía. Para evaluar los impactos se emplearon 9 categorías de impacto, siendo 1 de ellas Cambio Climático con el método IPCC 2013 y las restantes del método ReCiPe 2008. Los principales resultados muestran que el impacto total del relleno en la categoría de Cambio Climático asciende a 1376 kg CO2-eq por unidad funcional, y se reduce a 696 y 355 kg CO2-eq si se implementa la quema de biogás y recuperación de energía, respectivamente. Asimismo, la mayor parte de las emisiones se generan a lo largo de los primeros 5 años debido a las condiciones climáticas calurosas y húmedas de la selva amazónica. En cuanto a las categorías de impacto restantes, estas se ven incrementadas en gran medida por las elevadas precipitaciones de la región. Además, la migración de botadero informales a rellenos sanitarios, si bien incrementa el impacto en Cambio Climático, reduce en hasta 4 órdenes de magnitud los impactos en la mayoría de categorías restantes, lo que implicaría definitivamente un beneficio ambiental significativo. Finalmente, se concluye que se deben realizar mejoras en la infraestructura actual y en el manejo del relleno para lograr reducir impactos en eutrofización y toxicidad. De igual manera, para poder reducir el impacto en la categoría de Cambio Climático se deben implementar sistemas de tratamiento de biogás. El Ministerio del Ambiente debe tomar en consideración estos hallazgos para poder mejorar la propuesta de las Contribuciones Nacionales Determinadas ante el Acuerdo de París, para así poder cumplir el compromiso tomado. Esto se debe a que la transición de botaderos abiertos a rellenos sanitarios sin tratamiento de biogás no reduce el potencial de calentamiento global, sino lo incrementa. Por último, se puede afirmar que los resultados de la presente investigación marcan un hito en el rubro de los residuos sólidos y deben formar la base de futuras investigaciones a desarrollar en el país.
Autor(es): Gustavo Larrea Gallegos
Asesor: Ian Vázquez
Tesis de Maestría
Resumen:
La selva amazónica alberga alrededor del 60 % del bosque tropical del mundo y es un elemento fundamental en términos de biodiversidad, clima y secuestro de carbono del planeta. En este contexto, el Gobierno Peruano ratificó el año 2015 sus intenciones por reducir sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero en un 20 % con respecto a un escenario habitual mediante reducciones en el sector de cambio de uso de suelos. La construcción de carreteras es una de las principales actividades asociadas a este sector e importante generador de deforestación. En los últimos años el Perú se ha atravesado un considerable incremento de su infraestructura vial, y se espera que esta expansión siga en aumento. En este sentido, la presente investigación tiene como principal objetivo contribuir al entendimiento de los efectos que la expansión vial puede generar en el cambio de uso de suelos, y posteriormente en el cambio climático en toda la Amazonía peruana. Para ello, se construyeron diferentes modelos de aprendizaje automático (random forest, regresión logística y redes neuronales) para predecir la potencial deforestación en un periodo de 15 años. Se utilizó información georreferenciada y herramientas computacionales del estado del arte. Los resultados indican que, evaluando solo un proyecto vial en particular, se podrían generar 73.2 Mt de CO2eq. Este valor supera en demasía a las 60 Mt de CO2eq estimadas por el Gobierno Peruano como meta de reducción. Por lo que se concluye que las estimaciones realizadas por el estado subestiman los efectos de la construcción de carreteras. Finalmente, el marco metodológico presentado es novedoso y útil para construir e implementar modelos de predicción de deforestación para el cálculo de emisiones de GEI y puede ser implementado para analizar otros casos de estudio.
Autor(es): Karen Biberos Bendezú
Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
El turismo —transporte, alimentación y alojamiento—, representa el 8% de las emisiones globales de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y se prevé que dicha cifra se duplique al 2025. Al mismo tiempo, el sector sufrirá las consecuencias del cambio climático dependiendo de la ubicación de los destinos. Particularmente, el Perú es altamente vulnerable a dicho fenómeno y el turismo representa parte importante de su economía —cerca del 4% del Producto Bruto Interno (PBI)—. Para enfrentar el cambio climático, el país se ha comprometido a una reducción de sus emisiones para 2030 en el Acuerdo de París. En tal sentido, se espera que el transporte relacionado al turismo pueda contribuir en el logro de dichos objetivos. En este contexto, se realizó un Análisis de Ciclo de Vida Comparativo para contrastar los impactos ambientales de dos alternativas de infraestructuras de transporte que permiten el acceso al Complejo Arqueológico de Kuélap. La primera de ellas es la carretera Tingo-Kuélap, vía a nivel de afirmado de 33 km y la segunda, el Sistema de Telecabinas Kuélap (ST) de 4 km, que incluye un viaje de 3 km en carretera afirmada. Se evaluaron las etapas de construcción, operación y mantenimiento de ambos sistemas. Asimismo, se analizaron siete categorías de impacto utilizando los métodos de evaluación ReCiPe 2016 e IPCC 2013. Los resultados, reportados por pasajero en un viaje de ida y vuelta, mostraron que el Sistema de Telecabinas es la opción más adecuada para reducir los impactos ambientales en comparación con la carretera afirmada. Por ejemplo, las emisiones de GEI para el ST fueron un orden de magnitud menores (2.0 kg CO2 eq) que para la carretera (17.0 kg CO2 eq). Resultados similares se obtuvieron para la formación de material particulado y otras categorías de impacto relacionadas con la calidad del aire. Curiosamente, sin embargo, más del 50% del impacto en todas las categorías es el resultado de la fase de uso del tramo corto de carretera en el ST. En el caso de la carretera de 33 km, el mayor impacto fue atribuible a la fase de uso, en particular a las emisiones de escape de los vehículos y el material de re-suspensión de la superficie de la carretera. Se concluye que factores como el uso de energía eléctrica y una matriz eléctrica local baja en carbono llevaron al ST a generar sustancialmente menos impactos que los generados por el tráfico vehicular en la carretera Tingo-Kuélap. Asimismo, se demostró que es posible reducir el impacto ambiental en la fase de operación del ST en un 48% mediante el uso de buses eléctricos a lo largo de la carretera de 3 km. Finalmente, los resultados obtenidos pueden ser aplicados para propiciar mejoras en la ejecución y operación de teleféricos tanto turísticos como urbanos que el Estado ha proyectado ejecutar en un futuro próximo.
Autor(es): André Torre García
Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
El Perú es un país privilegiado por su oferta hídrica; sin embargo, su orografía delimita tres vertientes hidrográficas que descompensas su distribución especial. En efecto, únicamente 1.8% de los recursos hídricos se localizan en la vertiente del Pacifico, en la cual se ubica el 65% de la población (Fernández, 2011). Esto sumado al agotamiento progresivo de los recursos y el calentamiento global que afronta el mundo, suponen un problema aún más serio (Ngo et al., 2016). En ese sentido, el tratamiento de aguas residuales es una opción factible para la reutilización de volúmenes importantes de agua y la recuperación de nutrientes y energía. La producción anual de aguas residuales en el Perú es de 798.5 Hm3, de las cuales solo el 32% recibe algún tipo de tratamiento (260.9 Hm3). Además, únicamente 30.9 Hm3 del agua residual tratada es reutilizada (SUNASS, 2015). En este sentido, se propone el diseño y análisis ambiental de una planta de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Huaraz, como primera medida para mejorar los estándares de calidad del río Santa; y por ende los estándares de calidad de vida de la población que utiliza sus aguas. Asimismo, la planta permite aprovechar los recursos procedentes del tratamiento de las aguas residuales; tales como fertilizantes, biogás, entre otros. Para llevar a cabo el estudio, se combinaron herramientas de diseño y gestión ambiental. Por un lado, para el diseño se utilizó el software BioWin 5 en su versión estudiante, el cual permite modelar distintos trenes de tratamiento y estimar la calidad del agua para cada uno de ellos. Asimismo, es factible estimar la cantidad de recursos que se derivan del tratamiento de aguas residuales. Por otro lado, para el análisis ambiental se siguieron los lineamientos del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) y se utilizó el software SimaPro. La metodología propuesta permitió analizar y comparar, de manera rigurosa, los impactos generados por la implementación de la PTAR y por la ausencia de la misma. Los resultados del diseño indican que se cumplió satisfactoriamente con lo estipulado por la normativa peruana para la calidad de los efluentes de una PTAR (MINAM, 2010), y parcialmente lo estipulado por las normativas europeas (EC, 1998; ECC, 1991). Esto se debió a la limitación intrínseca de BioWin estudiante para el modelamiento de la recirculación del licor mezclado y permeado, lo cual derivó en la insuficiente eliminación de nutrientes, N y P. Asimismo, los resultados del análisis ambiental indican que se reducen los niveles de eutrofización a más de 50% durante todo el año; y que estos permanecen prácticamente constantes a lo largo de mismo.
