Ingeniero Civil / Una llave de corte es un elemento estructural de acero, embebido en la fundación de hormigón y conectado a la placa base, cuya funcionalidad es transmitir los esfuerzos de corte a la subestructura. En zonas de alta sismicidad como Chile, los esfuerzos de corte basales pueden llegar a ser de gran magnitud, por lo que el diseño de las llaves de corte adquiere gran importancia. Existen distintas geometrías para este elemento, siendo el perfil cruz el más utilizado en nuestro país, ya que es capaz de resistir esfuerzos de corte en dos direcciones perpendiculares. Este trabajo de título tiene por objetivo estudiar de forma numérica, utilizando el método de los elementos finitos, las llaves de corte de acero en cruz para placas base de columnas, identificando el modo de falla predominante y su respectiva resistencia, además de contrastar los resultados obtenidos con los criterios de diseño actuales. Para esto se desarrolla un modelo de elementos finitos 3D en la plataforma ANSYS Workbench, para la conexión entre la base de una columna de acero y la fundación de hormigón que incluye la llave de corte y su interacción con el hormigón circundante, considerando las no linealidades del problema. En una primera etapa los modelos son calibrados utilizando datos experimentales existentes de llaves de corte tipo cruz ensayados por otros. De los resultados obtenidos y de los análisis realizados se puede concluir que el modo de falla predominante es la fluencia al corte en la sección transversal de la llave, lo que difiere de los criterios de diseño actuales, en donde la fluencia a flexión en la base de llave es considerada como el modo de falla principal. Por otro lado, también se puede descartar el supuesto de la llave de corte actuando como viga en voladizo. Esto sugiere revisar los criterios de cálculo utilizados en la actualidad para las llaves de corte en cruz. A pesar de que los modelos calibrados no reproducen el modo de falla asociado al hormigón, del análisis de los elementos de concreto es posible asegurar que si bien su nivel tensional provocaría daño en éstos, no se comprometería la integridad estructural del sistema, permitiendo que la falla ocurra en el elemento de acero. En una segunda etapa, se realiza un análisis paramétrico con algunas variables de la geometría de la llave de corte, obteniendo que el espesor (t) es el parámetro geométrico que influye mayormente en el comportamiento del conjunto, lo que es consistente con el modo de falla identificado previamente. Su altura (H) por otra parte, y el espesor del grout (G), no inciden significativamente en la respuesta del sistema resistente.

Ingeniera Civil / Una llave de corte es un elemento estructural de acero que traspasa esfuerzos de corte desde una columna de acero, a la fundación de hormigón. Éste se encuentra embebido dentro del bloque de la fundación, y su presencia es esencial cuando existen grandes solicitaciones de corte basal, como las que se tienen durante un sismo. La práctica de diseño actual se rige según una metodología propuesta por la AISC en su publicación Steel Design Guide n°1: Base Plate and Anchor Rod Design (2006). En ésta se tiene como supuesto que la llave de corte embebida en el hormigón se comporta como una viga en cantiléver, empotrada a la placa base y sometida a una fuerza distribuida, dada por la presión del hormigón en compresión contra la llave. Según esto se reconocen dos estados de falla: Falla por capacidad del hormigón en la fundación y falla plástica por flexión en el acero de la llave de corte. Sin embargo, trabajos experimentales realizados en la Universidad Federico Santa María, a llaves con diferente geometría, sugieren que este supuesto es incorrecto y que la falla por flexión en la llave no ocurriría. Lo que ocurre en cambio, es una falla plástica por corte. El objetivo de este trabajo es realizar un análisis numérico de llaves de corte con geometría doble T, con el fin de determinar si se cumple el supuesto adoptado por la AISC, y establecer si ocurre una falla plástica por flexión en la llave de corte. Para esto se utiliza el software ANSYS workbench, y se modelan 6 llaves con geometrías ensayadas (3 llaves cargadas en su eje fuerte, y 3 cargadas en su eje débil), que hayan presentado una falla por corte en la llave, y se lleva a cabo un proceso de calibración del modelo con los datos experimentales, proporcionados por el profesor Carlos Aguirre. Los modelos calibrados son analizados en su respuesta en tensión y deformación, lo que permite concluir que los modos de falla obtenidos corresponden a plastificación en la llave por corte.

Ingeniero Civil / Para determinar el modo de falla y la carga crítica asociada, se realizaron tres tipos de análisis. Bajo el criterio descrito por la norma de diseño AISC, según las fórmulas desarrolladas por Marsh (1997) en su trabajo Design of Single and Multiple Angle Columns and Beams y mediante un análisis no lineal a través del programa de elementos finitos ANSYS, en el cual se realiza un estudio estático tipo Push-Over. La metodología utilizada consistió en calcular la carga crítica y modo de falla dada por cada método de análisis. Además, con los modelos de elementos finitos se determinaron las solicitaciones sobre las placas de conexión de los arriostramientos, tanto su magnitud como la distribución sobre las caras de las placas. Para el desarrollo de la investigación se utilizó una gama de perfiles XL de dimensiones comúnmente utilizadas en la práctica y largos totales de 1.5, 2.5, 5 y 10 metros. Con los resultados obtenidos se generó una clasificación de la falla predominante en los perfiles XL y se definió que la tendencia de los perfiles a fallar por torsión se encuentra relacionada con la razón entre la esbeltez global y local menor a 5.5. Por el otro lado, los elementos que superan este valor muestran fallar por pandeo flexural. Finalmente, para los elementos que fallen por flexión, se recomienda diseñar la conexión de cada cara de la placa para la carga total obtenida. Mientras que para los elementos con falla torsional es posible utilizar la mitad de la carga para cada conexión.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar los modos de falla predominantes en perfiles XL de acero estructural sometidos directamente a cargas monotónicas y cíclicas incrementales, con el fin de comprobar si se cumplen las relaciones entre la curva de pandeo y las relaciones geométricas de esbeltez encontradas en memorias anteriores. Para ello se llevan a cabo 6 experimentos en el Laboratorio de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, donde se prueban 3 pares de perfiles XL diseñados en base a las normas de la AISC, conformados por ángulos de iguales dimensiones, soldados a placas gusset de iguales características, y con 3 conectores intermedios soldados ubicados en los cuartos de su longitud de pandeo, variando solo esta última medida entre los pares, nombrados como cortos , intermedios y largos . Durante los ensayos se utilizan LVDT s, inclinómetros y una celda de carga para registrar los desplazamientos de la sección transversal, el cambio de longitud de los especímenes, los movimientos del montaje experimental, y la fuerza de reacción provocada por la riostra. El resultado esperado era que los perfiles más cortos mostraran un pandeo torsional, que los de longitud intermedia tuvieran un pandeo flexo-torsional, y que los más largos exhibieran un pandeo de flexión pura. Sin embargo, los 6 perfiles XL manifiestan un pandeo de flexión en torno a su eje geométrico vertical, por lo que no se cumple la relación entre su esbeltez y el modo de falla encontrada en los estudios numéricos de elementos finitos. No obstante, hay que mencionar que los experimentos se diferenciaban de los modelos en las restricciones de desplazamiento y giro del conector central y en la esbeltez local de los ángulos. Por otro lado, todos los especímenes muestran una rótula plástica ubicada en el ala horizontal de un ángulo, entre el conector central y uno extremo, que separa la riostra en 2 tramos y permite la libre rotación de ambas partes en los desplazamientos a compresión, donde se propaga paulatinamente una grieta por fatiga de material, es decir, sin falla frágil, siendo este mecanismo el que produce la mayor disipación de energía. Además, la deformación fuera del plano durante la compresión es tan grande que se produce la fluencia del material en las fibras traccionadas por flexión, en el ángulo opuesto de la formación de la rótula, que luego se manifiesta como un pandeo en aquel punto al momento de enderezar el perfil. Finalmente, 4 de los perfiles superan la capacidad esperada a compresión, mientras que los perfiles cortos solo sobrepasan la nominal calculada con la fluencia experimental del acero componente. Asimismo, ningún espécimen fue capaz de superar la capacidad nominal a tracción dada por la fluencia del estudio de materiales.

Las barras de refuerzo fabricadas en Chile no son de soldabilidad garantizada de acuerdo a las normas que establecen las requisitos de fabricación (NCh 204 Of.2006). Sin embargo, excepcionalmente ocurren problemas en obra que obligan a soldar éstas. En esta memoria se han realizado ensayos para establecer la eficacia de las soldaduras, mediante carga monotónica. Para este efecto se ensayaron 21 empalmes soldados de barras: 6 de diámetro 8 mm, 9 de diámetro de 10 mm y 6 de diámetro de 12 mm, 50% de calidad A630-420H y 50 % de calidad A440-280H, junto a su correspondiente barra de control sin soldar. Se ensayaron 2 tipos de empalmes: a tope indirecto y a solapo. Las soldaduras de las barras se llevaron a cabo siguiendo los procedimientos exigidos en la norma AWS D1.4 del 2005 de la American Welding Society.El rango de carbono equivalente (CE) de las barras es de 0,21-0,29 % para calidad A440-280H y de 0,51-0,56% para calidad A630-420H. Los resultados indican que no hay grandes diferencias entre una unión soldada y una sin soldar en términos de ductilidad y resistencia, sin embargo existe evidencia que otras barras con un valor muy distinto de CE se comportaban de manera distinta. Adicionalmente es importante recalcar que este tipo de uniones deben ser soldadas con un gran cuidado, requiriendo personas especializadas y familiarizadas con las indicaciones de la norma AWS D1.4. Esto es tan importante como las propiedades químicas específicas de estas barras. Finalmente, se proponen dispositivos para hacer ensayos cíclicos de empalmes soldados.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título busca encontrar los valores de las razones de fluencia, Ry, y rotura, Rt, de la norma ANSI/AISC 341-10 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings para perfiles de acero que se utilizan en Chile. Para el análisis se hace una investigación y recopilación de información de distintas fuentes chilenas que estén dispuestas a facilitar datos y que tengan relación con el ensaye de elementos de acero en sus distintos grados (por ejemplo: IDIEM, DICTUC, CESMEC, ICHA), o en su defecto con empresas que tengan relación con el rubro del acero estructural y que tengan dentro de sus políticas el tener el respaldo de los ensayos de las planchas y/o perfiles con que trabajan (por ejemplo: ARRIGONI, EDYCE, CAP). Con ello se hizo un análisis estadístico que, acorde con la metodología de cálculo de los coeficientes de la Norma AISC, tendrá como objetivo encontrar el valor de resistencia esperada tanto de fluencia como de rotura de los tipos de acero en cuestión. Así posteriormente, se planteó el valor nominal de Rt y Ry que corresponde a cada grado de acero utilizado en Chile. Lo medular se concentra en un análisis comparativo entre los valores para el acero norteamericano y el utilizado en Chile, con el motivo de discernir si es necesario el que los nuevos valores encontrados se apliquen en el medio nacional o si los estadounidenses son adecuados para las condiciones de nuestro país. Esto se hace teniendo en consideración distintos factores que pudieran afectar la calidad del acero, como el país de origen de las planchas y/o perfiles de acero y año en que fue introducido al mercado (desde 2006 a la fecha), además del total de los datos recopilados. Los resultados obtenidos indican una concordancia, en magnitud, entre las tensiones de fluencia y rotura esperadas observadas en el mercado local con los que se pueden obtener de la norma ANSI/AISC 341-10. Para el caso de planchas de acero ASTM A36 el Ry obtenido supera en un 3% al recomendado y el Rt está 1,6% bajo el normado. Por otro lado para las planchas de acero A572 Gr50 el valor de Ry supera en un 12,7% el valor propuesto por la AISC, mientras que el de Rt está por sobre el de la norma en un 7%. Los valores obtenidos para los perfiles de acero laminados en caliente de calidad A270ES son Ry=1,25 y Rt=1,15. Para perfiles laminados de calidad A345ES los coeficientes son Ry=1,26 y Rt=1,14. Estos valores son únicos y no tienen comparación con la Norma ANSI/AISC 341-10 dado que son de fabricación y nomenclatura nacional.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En este trabajo de título se presenta el estudio numérico en base a elementos finitos de una conexión a momento tipo End-Plate , la cual consiste en una placa de acero soldada a la sección transversal de la viga, donde la unión se produce al apernar la placa a la columna solo que en este caso la placa se conectará a una plancha unida a placas de continuidad instaladas en el alma de la columna, a diferencia de una unión por eje fuerte en que la placa End-Plate es apernada a las alas y no por la zona del alma. Para llevar a cabo el diseño de dicha conexión, en el programa de análisis estructural ETABS 2016 se modeló un edificio de oficinas de 4 pisos de altura compuesto por marcos a momento ubicado en Santiago, Chile, y su diseño fue hecho de acuerdo a lo establecido por la norma NCh433 Diseño sísmico de edificios y por las especificaciones AISC 341 y AISC 360. Con los perfiles vigas y columnas obtenidos, se diseña la conexión de acuerdo a la norma AISC 358-16 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications debido a que la conexión End-Plate está precalificada para su uso y la unión propuesta pretende ser análoga a una unión por eje fuerte. Finalizado el diseño, en el programa de elementos finitos ANSYS v17.2 se lleva a cabo el estudio numérico y consiste en el análisis de 4 configuraciones de la conexión, bajo diferentes niveles de carga axial, sometidos a desplazamientos controlados cuya aplicación se hace de acuerdo al protocolo de carga establecido en AISC 341-16 con el objetivo de identificar zonas de falla y de verificar que se cumpla la filosofía de diseño empleada en el diseño de la conexión. Al analizar los resultados obtenidos es posible observar que la conexión propuesta para uniones por eje débil presenta un comportamiento semi-rígido según lo definido en la norma AISC 341-16 y además provoca una disminución en la rigidez de aquellas vigas que llegan a la columna por el eje fuerte debido a plastificaciones locales observadas en las alas y alma de la columna a medida que se incrementa el número de vigas que llega al nodo de conexión y el nivel de carga axial. Sin embargo, a pesar de que se cumple con el requisito de resistencia mínima para que la conexión pueda ser utilizada en marcos especiales a momento, se observan plastificaciones locales en los alrededores de la zona panel de la columna cuando se conecta más de una viga en la zona de unión, lo que lleva a proponer para futuras investigaciones el análisis de implementación de otros métodos de rigidización de dicha zona para evitar que la columna incursione en rango inelástico o bien llevar a cabo estudios de desempeño sísmico de otras conexiones pre-calificadas cuando son implementadas por eje débil para ampliar la gama de conexiones disponibles para este tipo de uniones y establecer con mayor claridad cuando es factible su utilización.

El objetivo general del presente trabajo de título es obtener un modelo teórico-matemático para la predicción del calentamiento de perfiles de acero protegidos contra incendio, con el fin de predecir su temperatura máxima y el espesor de material aislante Blaze Shield II necesario para satisfacer los requerimientos de resistencia contra el fuego. La Sección de Ingeniería Contra Incendios del IDIEM de la Universidad de Chile, cuenta con laboratorios para la certificación de estructuras según la actual norma chilena para ensayos y diseño de elementos de construcción en general. El uso de modelos teóricos puede optimizar el proceso de certificación disminuyendo la cantidad de productos rechazados y los costos asociados a ello. Los actuales modelos recomendados no consideran la variación con la temperatura de las propiedades térmicas de los materiales, lo que significa que las curvas de calentamiento no son resultados en general confiables, mostrando incluso en ciertos casos valores de temperatura sin sentido físico. A raíz de lo anterior, el modelo propuesto se formuló incluyendo en la ecuación de difusión de calor la dependencia con la temperatura de las propiedades de los materiales, para así obtener mejores aproximaciones de las curvas de calentamiento del acero. Se determinaron los factores que predominan en la respuesta térmica del sistema y fueron ajustados los resultados del modelo a los datos experimentales entregados por el IDIEM. Se pudo observar que la emisividad resultante, la conductividad térmica del material aislante y el calor específico del acero, tienen un efecto importante sobre el calentamiento de los perfiles. Además el modelo propuesto entregó resultados físicamente consistentes en el rango de masividades estudiado, y las curvas de calentamiento se ajustaron satisfactoriamente a los datos experimentales. Se concluye que el modelo desarrollado entrega mejores aproximaciones de las temperaturas máximas y de las curvas de calentamiento que los modelos actuales, utilizando Blaze Shield II como material protector. No obstante, debe ampliarse el rango de validez del modelo para variadas condiciones de incendio y tipos de protección térmica.

[ES] Esta tesis doctoral tiene por objetivo general expandir la escultura quiteña (de la ciudad de Quito), normalmente supeditada a convencionalismos sociales ampliamente difundidos y al conservadurismo académico local, ambos mayormente centrados en la noción de monumento. Para ello se ha desarrollado un proceso investigativo y creativo en bucle, definido en los objetivos específicos programados, a partir de los fundamentos teóricos, históricos, técnicos y tecnológicos de la escultura cinética, incluyendo la mención de sus principales practicantes, extranjeros y locales; así como de los conceptos de mediación, juego y público, y los recursos relacionados a estos, aplicados y aplicables a la escultura. De allí se ha establecido un método creativo para el diseño de las obras cinéticas propuestas. Método que se alimenta tanto del campo específico del arte como de otras disciplinas estudiadas; y que posibilita la creación de obras escultóricas cinéticas en acero estructural, sistematizando y documentando su proceso creativo. Finalmente, se ha evaluado la interactividad generada entre las esculturas realizadas y el público de las mismas. Con todo ello, cual objetivo superior, esta investigación-creación aspira a contribuir al campo del arte local proporcionando nuevas perspectivas y prácticas escultóricas mediante la inserción, cual intervención social en la esfera académica quiteña, de la escultura cinética corporal y semánticamente interactiva. / [CA] Aquesta tesi doctoral té per objectiu general expandir l'escultura quiteña, normalment supeditada a convencionalismes socials ámpliament difosos i al conservadorisme acadèmic local, tots dos majorment centrats en la noció de monument. Per a això s'ha desenvolupat un proce's d'investigació i creatiu en bucle, definit en els objectius específics programats, a partir dels fonaments teòrics, històrics, tècnics i tecnològics de l'escultura cinètica, incloent-hi l'esment dels seus principals practicants, estrangers i locals; així com dels conceptes de mediació, joc i públic, i els recursos relacionats a aquests, aplicats i aplicables a l'escultura. D'alli' s'ha establert un métode creatiu per al disseny de les obres cinètiques proposades. Mètode que s'alimenta tant del camp específic de l'art com d'altres disciplines estudiades; i que possibilita la creació d'obres escultòriques cine¿tiques en acer estructural, sistematitzant i documentant el seu procés creatiu. Finalment, s'ha avaluat la interactivitat generada entre les escultures realitzades i el públic d'aquestes. Amb tot això, com a propòsit superior, aquesta recerca-creació aspira a contribuir al camp de l'art local proporcionant noves perspectives i pràctiques escultòriques mitjancant la inserció, com intervenció social en l'esfera acadèmica quiteña, de l'escultura cinètica corporal i semànticament interactiva. / [EN] The general objective of this doctoral thesis is to expand the sculpture in Quito, normally conditioned by widely diffused social conventions and local academic conservatism, both mostly centered on the notion of monument. For this, a looping investigative and creative process has been developed, defined in the specific programmed objectives, based on the theoretical, historical, technical and technological foundations of kinetic sculpture, including the mention of its main practitioners, foreign and local; as well as the concepts of mediation, game and public, and the resources related to these, applied and applicable to sculpture. From there, a creative method has been established for the design of the proposed kinetic artworks. Method that feeds both on the specific field of art and on other studied disciplines; and that enables the creation of kinetic sculptural works in structural steel, systematizing and documenting their creative process. Finally, the interactivity generated between the sculptures and their public has been evaluated. With all this, as a higher objective, this research-creation aspires to contribute to the field of local art by providing new perspectives and sculptural practices through the insertion, as a social intervention in the Quito academic sphere, of kinetic and semantically interactive corporal sculpture. / García Moreno, MF. (2023). Escultura cinética en acero estructural. El movimiento como agente mediador entre obra de arte y espectador. Caso Quito-Ecuador [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192893

La presente tesis plantea el análisis de una nave industrial de acero, ubicada en el Complejo Industrial de Lurín en la ciudad de Lima; en la cual se planteó varios tipos de viga de alma abierta como son: Howe, Pratt, Viga en K, Viga en rombo, Warren con montantes y Warren, sometidas a las cargas presentes en la zona. En el capítulo 1 se presenta la formulación del problema, objetivos e hipótesis para validar la investigación. En el capítulo 2 se encuentra el marco teórico necesario para el desarrollo de esta investigación, con el fin de obtener las deflexiones, derivas, fuerzas axiales y pesos por área o ratios, para compararlos e identificar cuál de las armaduras trabaja mejor y consume menos material. En el capítulo 3 se plantea la metodología para conseguir los objetivos planteados que consiste: predimensionamiento, se identificó las cargas actuantes, las combinaciones de carga, se evaluó cada armadura, con el Software SAP 2000, con el cual se obtuvo la envolvente de cargas; con la carga viva se halló los desplazamientos y con la carga de sismo las derivas para cada modelo analizado. En el capítulo 4 expone los resultados del análisis, se comparó los límites de servicio y resistencia última de los elementos usados en cada modelo y a partir de ello se definió que estructura es óptima en relación a las demás vigas analizadas, considerando la normativa nacional e internacional; también se elaboró los planos de las armaduras analizadas y finalmente se presentan las recomendaciones. / This thesis presents the analysis of an industrial steel warehouse, located in the Lurín Industrial Complex in the city of Lima; in which several types of open web beam were proposed, such as: Howe, Pratt, K-beam, rhombus beam, Warren with studs and Warren, subjected to the loads present in the area. Chapter 1 presents the formulation of the problem, objectives and hypotheses to validate the research. Chapter 2 contains the theoretical framework necessary for the development of this research, in order to obtain the deflections, drifts, axial forces and weights per area or ratios, to compare them and identify which of the reinforcements works better and consumes less material. In chapter 3 the methodology to achieve the proposed objectives is presented, which consists of: predimensioning, the acting loads were identified, the load combinations, each reinforcement was evaluated, with the SAP 2000 Software, with which the load envelope was obtained; With the live load, the displacements were found and with the earthquake load, the drifts for each analyzed model. In Chapter 4, the results of the analysis were presented, the service limits and ultimate resistance of the elements used in each model were compared and from this it was defined which structure is optimal in relation to the other beams analyzed, considering national and international regulations ; the plans of the analyzed reinforcements were also prepared and the recommendations are finally presented. / Tesis