Ingeniero Civil / En la presente Memoria se presenta el desarrollo y resultados de un estudio experimental de técnicas de reparación y refuerzo estructural de muros de albañilería de ladrillos confinada, dañados por efecto de sismo. La fase experimental del estudio se desarrolló en Idiem en los años 1989-90, dando origen a varias publicaciones y sirviendo sus resultados como soporte para la actualización de la Norma Chilena Oficial para albañilería confinada, NCh2123.Of1997 modificada en 2003, vigente en la actualidad. Dentro de las tipologías de muros de albañilería, el estudio se enfoca en la albañilería de ladrillos confinada, que representa al tipo más usado en Chile. Se construyeron dos series, de 6 muros cada una, de albañilería confinada de 2.4 m x 2.4 m; una serie con ladrillos hechos a máquina del tipo rejilla con huecos y la otra, con ladrillos hechos a mano, del tipo chonchón. Los muros se someten a un primer ensayo de resistencia en condición sana, siendo luego reparados y sometidos a un segundo ensayo. El ensayo de los muros tanto en condición sana como reparada, se realiza aplicando una carga vertical constante y, simultáneamente, una carga horizontal alternada a la altura de la cadena, que simula las solicitaciones de tipo sísmico en un edificio de varios pisos. La carga horizontal se incrementa gradualmente hasta sobrepasar los niveles típicos de falla estructural y en el caso de los muros sanos, el ensayo se detiene cuando se ha alcanzado un nivel de daño preestablecido en el programa de reparaciones. Las soluciones que se han adoptado para la reparación de los muros, incluyen a aquellas que han presentado los mejores índices de recuperación de rigidez y resistencia en probetas a escala reducida. Estas consisten en la proyección de mortero de cemento contra la superficie de albañilería, realizada por medios neumáticos (shotcrete, mezcla seca) y en forma manual (estuco), incorporando una malla de acero de refuerzo electrosoldada, anclada a la albañilería. Este enchape se aplica por una o por ambas caras. Además, se analiza el reemplazo del paño de albañilería como técnica de reparación de uno de los muros construidos con ladrillo hecho a mano, solución que se complementa con la colocación de un refuerzo mínimo de acero entre hiladas del paño reparado. Las 3 técnicas usadas como reparación muestran un desempeño eficiente, con índices de recuperación significativos de los parámetros de resistencia y rigidez. En el caso de la reparación con enchape, tanto por una como por ambas caras, el aumento de resistencia es tal que la falla del muro ya no se asocia a corte en el paño, como en el ensayo de muro sano, sino que al sobre-esfuerzo axial de los pilares por efecto de rotación global. Por su parte, el reemplazo del paño de albañilería, con la colaboración del refuerzo horizontal, otorga al muro reparado una significativa capacidad de respuesta posterior al agrietamiento, que anula el efecto de falla frágil de la albañilería.

Ingeniero Civil / En los terremotos ocurridos tanto en Chile como en el resto del mundo, se ha podido comprobar que muchos edificios de albañilería reforzada con diseño sismorresistente han sufrido daños estructurales severos debido al mal detallamiento de los refuerzos y de los paños de albañilería. Con el propósito de contar con soluciones para el detallamiento de muros de albañilería armada y confinada, se hizo una revisión de las recomendaciones de las normas de diseño y cálculo de edificios de albañilería reforzada, de las soluciones propuestas en manuales de construcción y en fichas técnicas de diferentes países. Además se hizo una recopilación de los daños observados y reportados en los terremotos y cuyo origen se atribuye a un mal detallamiento de los refuerzos y de los paños de albañilería, con ello se pudo identificar los detalles que reiteradamente han sido el origen de los daños sísmicos observados. De acuerdo con la metodología utilizada, las soluciones propuestas se validan a la luz de la información procesada, debiéndose destacar la falta de antecedentes del tipo experimental, lo que representa un deficit de la investigación en el tema a nivel mundial. Teniendo en cuenta lo anterior se recomienda examinar algunas de las propuestas a través de estudios experimentales con el propósito de identificar sus debilidades y fortaleza, especialmente cuando hay más de una alternativa para resolver un detalle. Las soluciones propuestas tratan de impedir que se repita un detallamiento que no ha tenido un buen resultado en terremotos de gran magnitud. Las dimensiones involucradas se deben determinar con las disposiciones sobre empalme y anclajes recomendadas por las normas de diseño.

Ingeniero Civil / El terremoto del 27 de febrero del 2010 (27-F), con una magnitud de 8,8 Mw, afectó con diversos grados de daño a los conjuntos de vivienda social situados en la zona centro sur de Chile, construidos principalmente en albañilería. La mayor parte de los estudios de daños sísmicos en viviendas sociales se basan en la caracterización de éstos según las diferentes materialidades y tipologías estructurales que permite la albañilería. De estos estudios derivan las políticas de recuperaciones sísmicas para los conjuntos de vivienda social. Sin embargo, existen otras variantes de caracterización que rara vez se abordan para los conjuntos de vivienda social. Una de ellas, es la correlación de los grados de intensidad según escala MSK con la razón espectral H/V en superficie, en adelante REHV. Otra, es la correlación de los daños observados con los períodos de las estructuras, lo que se extiende también a la correlación entre los niveles de recuperación y los períodos que resultan de éstos. Respecto de las recuperaciones sísmicas, aunque existen estudios técnicos para la proyección de éstas, elaborados a partir de experiencias anteriores, recién ahora es posible abordar el desempeño que han tenido frente a un terremoto de envergadura. En un contexto constructivo, que ha sido el contexto orientador y original de este trabajo, es necesario estudiar las recuperaciones sísmicas desde la perspectiva de sus metodologías propuestas, lo que incluye las etapas de proyecto y revisión, además de las de ejecución e inspección. Para el caso de la primera variante destacada, se realizan mediciones de la REHV en 15 puntos de las comunas de Quinta Normal, Lo Prado y Pudahuel, las que correlacionan con los grados de intensidad determinados luego del terremoto de 1985. Este ejercicio da como resultado una interesante banda de puntos que indica que a mayor REHV, mayor es el grado de intensidad y por lo mismo el nivel de daño. Cabe destacar que las mediciones de la REHV se hicieron siguiendo el eje de la Línea 5 del Metro, en particular, muy cerca de piques de estaciones y ventilaciones, con el objeto de que a futuro se puedan establecer correlaciones entre mediciones de la REHV y estratigrafías conocidas. Para la segunda variante, se miden los períodos de 9 bloques de vivienda social ubicados en un mismo conjunto de la comuna de Lo Prado, afectado tanto por el terremoto de Marzo de 1985 como por el 27-F. Las mediciones combinan distintos niveles de daño y de recuperación, lo que permite analizar la evolución del período de los bloques en función de dichos niveles, lo mismo que del tipo de recuperación ejecutado. Para el caso de las recuperaciones sísmicas, se estudia cómo resistieron el 27-F 3 conjuntos de vivienda social recuperados luego del terremoto de Marzo de 1985, ubicados en las comunas de Maipú, San Joaquín y San Ramón. En general, tuvieron un buen desempeño. Finalmente, se estudian los daños y los proyectos de recuperación propuestos y/o ejecutados para 3 conjuntos afectados por el 27-F. El primero se ubica en la comuna de Rancagua, mientras que los otros 2 en la comuna de Lo Prado, siendo uno de ellos el mismo donde se hacen las mediciones de períodos. Los resultados de ésta última parte apuntan a la necesidad de contar con mayores herramientas de control para la revisión y ejecución de los proyectos, para lo que se requiere de la guía de mayores estudios estructurales y de construcción que apunten a consolidar el conocimiento al respecto.

El “Estudio de mecánica de suelos y mapa de peligros de la ciudad de Piura” elaborado por INDECI y la UNP el año 2002, determina las características del suelo de la ciudad, las mismas que la Norma Técnica Peruana E.030 2016 establece como Tipo S3 Suelos blandos. Es así que, conocida la predominancia del sistema de albañilería confinada en la ciudad de Piura, el perfil de suelo blando de la locación y su incidencia en el incremento de la fuerza sísmica es consistente señalar que, en el diseño de una edificación de cinco niveles diseñada bajo el sistema estructural en cuestión, muy probablemente sea necesario reemplazar una considerable cantidad de muros de albañilería por elementos de concreto armado, situación que aumentaría el costo directo de ejecución. Visto ello, en la presente investigación se realiza el diseño de una misma estructura con los sistemas de albañilería confinada y muros de ductilidad limitada con el objetivo de analizar el comportamiento estructural de ambas propuestas mediante la comparación de distorsiones, desplazamientos y relación de sobre resistencia; con el fin de evaluar las ventajas del sistema MDL respecto al otro. Finalmente, del análisis de resultados, se concluye la conveniencia del diseño de una edificación de cinco niveles en la ciudad de Piura con el sistema MDL, debido a que posee menores distorsiones y desplazamientos laterales, así como una mayor relación de sobre resistencia y un ahorro en costo directo de aproximadamente el 30% respecto al sistema de albañilería confinada. The "Study of soil mechanics and hazard map of Piura´s city" elaborated by INDECI and the UNP in 2002, determines the characteristics of the city´s soil, the same as the Peruvian Technical Standard E.030 2016 establishes as Type S3 soft soils. Thus, known the predominance of the confined masonry system in the city of Piura, the soft soil profile of the location and its incidence in the increase of the seismic force is consistent to point out that, in the design of a five-level building designed under the structural system in issue, it is most likely necessary to replace a considerable number of masonry walls with reinforced concrete elements, a situation that would increase the direct cost of execution. Seen that, in the present investigation the design of a single structure is carried out with the confined masonry and shear walls of limited ductility systems, in order to analyze the structural behavior of both proposals by the comparison of drifts, displacements and ratios of over resistance; with the aim of evaluate the advantages of the shear walls of limited ductility system over the prior one. Finally, the analysis of results concludes the suitability of the design of a five-level building in Piura´s city with the shear walls of limited ductility system, due to it possesses lower drifts and displacements, as well as a higher ratio of over resistance and a saving in direct cost of approximately 30% compared to the confined masonry system. / Tesis

La albañilería armada es uno de los materiales más utilizados en la construcción de viviendas y edificios de baja altura en Chile, siendo los muros las principales estructuras resistentes de los frecuentes eventos sísmicos en el país. Por lo mismo, el disponer de un modelo analítico que determine la capacidad al corte de los muros de albañilería representa un importante avance en el diseño de estas estructuras, considerando que las recomendaciones de diseño de las normas chilenas provienen de expresiones semi-empíricas. En este trabajo se estudia la posibilidad de aplicar un modelo puntal-tensor propuesto originalmente para determinar la resistencia al corte de muros cortos de hormigón armado a muros cortos de albañilería armada construidos de acuerdo a la práctica chilena con ladrillos cerámicos y una cuantía de armadura reducida. Para ello se utilizan como antecedentes los resultados de doce ensayos de carga lateral cíclica sobre muros realizados en el proyecto FDI desarrollado por el Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón (ICH) en los laboratorios del IDIEM y del DICTUC en los años 2002 y 2003. Para adaptar el modelo original al caso de la albañilería armada fue necesario modificar e incorporar algunas expresiones relativas a la representatividad del material. Tras introducirse los cambios mencionados, se obtuvieron capacidades que sobrestimaban en casi el doble las resistencias mostradas experimentalmente por los muros, lo que puede deberse a que gran parte de la evidencia experimental disponible y utilizada en la modificación del modelo, se basa en una albañilería de otro tipo. A partir de esto, se decidió modificar el factor de degradación asociado al estado tensional biaxial de compresión-tracción de la albañilería hasta obtenerse capacidades al corte similares a las registradas en los ensayos. Finalmente, tras reducirse dicho factor, es decir, asumiendo que el material se degrada más que el hormigón antes de fallar, el modelo pudo entregar capacidades de corte con un promedio igual al de los registros experimentales y con una dispersión de un 15%. De esta forma, para verificar la validez de esta última consideración y la consecuente aplicabilidad del modelo propuesto, se concluye la necesidad de contar con nuevos ensayos que logren caracterizar completamente el comportamiento de la albañilería armada de ladrillos cerámicos con relleno parcial de huecos.

Ingeniero Civil / El objetivo de esta memoria es desarrollar un modelo teórico para determinar la resistencia al corte de muros de albañilería confinada, la cual corresponde a la carga de agrietamiento diagonal del paño de albañilería. El modelo teórico propuesto se basa en un modelo macro del tipo puntal-tensor en el cual la capacidad resistente del puntal de compresión que representa la presencia del paño de albañilería se determina a partir de la teoría de falla propuesta por Dialer, teoría que considera que el estado de tensiones que se produce en una unidad de albañilería es del tipo biaxial y que las propiedades mecánicas en la interfase unidad-mortero no son las mismas. Para este efecto se introducen dos coeficientes en el modelo, χ y F. Al aplicar el modelo a una muestra de 22 muros sometidos a una fuerza lateral alternada ensayados en Chile entre los años 1987 y 2009, se comprueba que se obtiene una buena estimación de la carga de agrietamiento diagonal del paño de albañilería cuando hay aplicada una carga vertical externa, resultando el valor promedio de la relación entre la carga calculada y la carga experimental igual a 0,95 con un coeficiente de variación de 0,15. En el caso de los muros ensayados sin la presencia de una carga vertical, el modelo sobreestima el valor de la resistencia al corte de los muros, entregando una relación entre la carga calculada y la carga experimental igual a 1,15. Una de las virtudes del modelo es la posibilidad de identificar el modo de falla que controla la resistencia al corte, comprobándose teóricamente que predominan las fallas por adherencia en las juntas de mortero y por tracción en las unidades, y que la falla por compresión en el paño de albañilería queda descartada salvo en aquellos muros construidos con unidades con baja resistencia a la compresión. Además, en los muros con una relación alto-largo igual a 2, la capacidad resistente queda controlada por la fluencia de las barras longitudinales de los pilares de confinamiento. Teniendo en cuenta los resultados de esta memoria, se recomienda continuar con esta investigación concentrándose en la determinación empírica de los coeficientes χ y F y del coeficiente de reducción de la resistencia a la compresión en función de la orientación de la junta horizontal de mortero para muros construidos con las unidades de albañilería fabricadas en Chile.

La determinación de la resistencia al corte de muros de albañilería armada es fundamental para su diseño sísmico, tanto cuando la falla de corte controla el diseño como cuando se desea que esta falla no controle, es por esto que es necesario tener un modelo teórico que permita determinar esta resistencia. La posibilidad de contar con este tipo de modelo representa un importante avance en el diseño al corte de este tipo de muros, considerando que las recomendaciones de diseño de las normas provienen de expresiones empíricas, las cuales poseen limitaciones propias de las características de las probetas ensayadas. En la búsqueda de este objetivo, en este Trabajo de Título se estudia la posibilidad de aplicar un modelo puntal-tensor propuesto por Hwang et. al para determinar la resistencia al corte de muros cortos de hormigón armado a muros de albañilería armada construidos con bloques huecos de hormigón con relleno parcial de huecos y cuantía reducida de armadura con las mismas características geométricas. Para ello se utilizan como antecedente los resultados de los ensayos realizados en el proyecto FDI desarrollado por el Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón (ICH) en los laboratorios del IDIEM y del DICTUC en el año 2002. Luego de incorporar al modelo la verificación de la fluencia de la armadura de borde,de establecer ciertos valores de las deformaciones axiales unitarias en la dirección vertical y horizontal y de agregar modificaciones relacionadas con las propiedades de la albañilería, como son: la resistencia a la compresión axial y la deformación axial asociada a ella, la inclusión de un factor de degradación de la resistencia prismática por el estado biaxial de tensiones presente en los muros, se obtiene un modelo que estima la resistencia al corte de este tipo de muros con una precisión razonable, lo que significa una subestimación de un 6% del resultado experimental con una dispersión de los resultados mucho menor que la obtenida con el modelo original. Además se pudo comprobar que la degradación debido al comportamiento biaxial en los muros construidos con bloques de hormigón es muy similar a la de los muros de hormigón armado. Finalmente, se concluye que es necesario contar con datos experimentales de las deformaciones para los casos en que se supere el límite de fluencia de las armaduras y para los casos en que no se tienen armaduras distribuidas.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Geotécnica / Ingeniera Civil / Debido al crecimiento de proyectos mineros de tipo subterráneo en Chile y el mundo, surge la necesidad de mejorar las metodologías de diseño geotécnico relacionadas a estos proyectos, específicamente asociadas al diseño de pilares, el cual no ha sido estudiado en profundidad, pero que es fundamental para el éxito de un proyecto minero. Así, el siguiente estudio consiste en realizar un análisis numérico orientado a determinar curvas de estabilidad de pilares. Esto permite mejorar la actual estimación de estabilidad de pilares, la que tradicionalmente se realiza mediante fórmulas empíricas desarrolladas con una base de datos acotada a sitios específicos, por lo que quedan limitadas según el tipo de roca, dimensiones de pilar, estado tensional y otras características individuales de la mina estudiada. Para estos efectos, se propone un criterio de falla para macizos rocosos, basado en el modelo de Mann y Müller para albañilería, dadas las similitudes entre ambos materiales. Este criterio de falla permite incorporar todos los mecanismos de falla que podrían afectar al macizo, lo que actualmente no ha sido considerado por otro modelo constitutivo. Este modelo considera explícitamente las propiedades de resistencia al corte de las discontinuidades presentes en el macizo rocoso y la resistencia a la compresión no confinada de la roca intacta. Así, una vez obtenida la envolvente de falla para macizos rocosos, se realiza un modelamiento numérico en el programa de diferencias finitas FLAC 2D de pilares tipo muro , de manera de resolver un problema bidimensional y obtener las curvas de estabilidad de estos pilares. Posteriormente, mediante el uso de factores de reducción (Esterhuizen, et al., 2011), se agrega el efecto de orientación y frecuencia de las discontinuidades en los resultados de resistencia de pilares, lo que se traduce en una reducción de la resistencia y de las curvas de estabilidad. Con el fin de validar estas curvas se comparan con las de Lunder y Pakalnis (1997), por ser una de las más utilizadas actualmente, obteniéndose resultados aceptables. Finalmente, los resultados entregados por la modelación numérica son consistentes cualitativamente con lo que se ha observado en la literatura, ya que: 1.- Al disminuir uno (o ambos) parámetros de resistencia al corte de las discontinuidades, la resistencia de los pilares también disminuye. 2.- Los pilares esbeltos presentan una falla tipo progresiva o de slabbing axial , pudiendo atravesar el eje central del pilar, mientras que pilares de geometrías más gruesas (mayor ancho) presentan slabbing axial progresivo , pero sin penetrar el eje central, esto se debe principalmente al confinamiento en el núcleo de pilares gruesos (Dirige & A. Archibald, 2006). 3.- Al aumentar el tamaño del pilar (para W_p/H_p constante) o al aumentar la esbeltez (para un mismo ancho de pilar), la resistencia disminuye, esto se conoce como efecto tamaño y efecto forma, respectivamente (Hudson, et al., 1972).