Mecánica para ingenieros. 4. Fuerzas en elementos estructurales tipo viga

Para el informe técnico por experiencia profesional calificado he escogido dos proyectos ejecutados en el Brasil, de esta forma presento una detallada descripción para la obtención de mejores costos en una licitación con la finalidad de disminuir el precio final de la construcción. Para los procesos constructivos expongo los casos de cimentaciones profunda con pilotes con su tipo de ensayo adecuado, la importancia de impermeabilizar elementos estructurales en contacto o enterrados en el suelo, la construcción de un duplo arco por túneles de concreto.

Producto de la innovadora arquitectura e inusual geometría del edificio estudiando en esta memoria, tanto la secuencia constructiva como la correcta materialización de los elementos que la componen resultan cruciales para que la estructura se comporte según su diseño. Motivo por el cual es interesante realizar un análisis comparativo entre los esfuerzos (axial y momento) reales existentes en los principales elementos estructurales y lo determinado a partir de un modelo teórico de la estructura realizado en Etabs. El análisis comparativo se realizó para seis estados de carga, donde cada uno de ellos representa un momento preciso de la construcción de la obra. La estructura estudiada cuenta con un núcleo de hormigón, de 15.8 [m] por lado, y un marco perimetral formado de vigas y columnas de hormigón armado. Al nivel de la losa del cielo del primer piso, nacen 48 puntales inclinados de sección compuesta por perfiles de acero y hormigón armado, desde donde se apoya la losa del cielo piso tres, cuyas dimensiones son de 30.95 [m] por lado. Luego, las dimensiones de la plantas se incrementan piso a piso, hasta lograr que la losa del cielo piso veintiuno tenga una dimensión de 39.50 [m] por lado. La inclinación de los puntales y de las columnas se traduce en un desequilibrio de fuerzas en el nudo donde éstos se encuentran produciéndose tracciones en la losa. Este efecto se contrarresta postensando la losa ubicada al nivel del encuentro en tres etapas. Para realizar el análisis comparativo entre los esfuerzos reales y los teóricos en la estructura se instalaron 52 sensores que permiten el registro de las deformaciones unitarias (strain gauges) de la losa y una selección de columnas y puntales. De ellos, sólo 29 presentaron resultados válidos para ser empleados en el análisis. De los sensores instalados en la armadura de la losa, se concluyó que estos respondieron según el modelo teórico. Al postensar la losa, las deformaciones obtenidas fueron de compresión mientras que al aumentar el número de pisos construidos, desde finalizado el postensado, las deformaciones obtenidas disminuyeron por efecto de la tracción que generan los pisos adicionales. Además, en dos de las tres secciones analizadas de la losa, el esfuerzo resultante, para todos los estados de carga y especialmente para el último, fue de compresión. Este resultado es correcto ya que la sobrecarga aún no se encuentra presente y es necesario que exista una compresión suficiente en la losa como para contrarrestar la tracción que ésta generará. Sólo en una de las secciones el esfuerzo obtenido fue de tracción pero se debió a un efecto local producto de la disposición de los ductos de postensado y no genera mayores inconvenientes en cuanto al comportamiento global del elemento. En las columnas, el esfuerzo axial correspondiente a la obra gruesa terminada fue un 30% menor que el determinado por el modelo Etabs. Mientras que en los puntales, para el mismo estado de carga, el esfuerzo axial obtenido fue un 4% menor que el determinado a partir del modelo teórico. En el caso de los puntales, el esfuerzo axial correspondiente a los estados de carga intermedios, asociados al avance de la obra existente antes y después de realizar cada uno de los postensados, fue desde aproximadamente un 20% menor que el determinado teóricamente a un 50% mayor que el determinado teóricamente. Tanto en columnas como en puntales, existió flexión en torno a ambos ejes, siendo mayor la flexión en torno al eje de mayor inercia. La dirección de la flexión en los elementos fue consistente con lo observado en el modelo teórico pero la magnitud de ésta fue un orden mayor. A pesar de ésta diferencia, los esfuerzos obtenidos corresponden, en el peor de los casos, a no más de un 20% de la capacidad nominal de la sección calculada de forma simplificada.

El presente estudio propone una alternativa de solución para cubrir las grandes luces que existen en el proyecto del Nuevo Mercado de Abastos de Pomalca, cumpliendo con lo expuesto en los planos arquitectónicos. Con ello se busca una infraestructura adecuada, segura, resistente y eficiente para el desarrollo de la actividad comercial en el distrito. Se modeló y evaluó tres módulos, que comprende toda la infraestructura, haciendo uso del software SAP2000. Obtenido los resultados del modelamiento de los 3 módulos se pudo analizar y diseñar estructuralmente usando una hoja Excel con los pasos necesarios para el diseño de vigas, columnas, placas. Se optó por el paraboloide hiperbólico como alternativa de solución para cubrir las grandes luces del proyecto. Este tipo de estructuras son auto soportantes, pues su diseño contempla los esfuerzos a los que es sometida la estructura, tanto para peso propio como para agentes externos. Para el diseño de estas estructuras se contempló el método tradicional, en el cual se contemplan los esfuerzos en la membrana y a partir de las fuerzas que se obtienen en los bordes y en las Secciones cercanas a las columnas, se diseñó los elementos de viga que transmiten los esfuerzos. Siendo este método el que se usa para todos los paraboloides pues considera esfuerzos axiales y de flexión en los diferentes estados de carga que va a soportar. / Tesis

Geóloga / La región de estudio se ubica en la Cordillera Principal de Chile Central entre los valles de los ríos Tinguiririca y Teno está constituida por rocas volcánicas y sedimentarias marinas y continentales que abarcan desde el Jurasico a la actualidad. En esta región se reconoce la Falla El Fierro, considerada como una falla de relevancia regional en el control estructural de la zona. Al oeste de la traza principal de El Fierro rocas cenozoicas pertenecientes a la Formación Abanico presentan una intensa deformación asociada a la actividad del sistema estructural El Fierro en la inversión de la cuenca de Abanico. En la Actualidad se ha detectado una intensa actividad sísmica superficial en esta zona, datos obtenidos a partir del sismo del 28 de Agosto del 2004 sugieren en la zona un movimiento combinado de rumbo dextral y manteo al este con orientación NNE. La integración de datos geológicos y geofísicos permite establecer que esta zona corresponde a una zona de debilidad asociada al sistema de falla El Fierro que acomoda la deformación de la corteza.

Estudios recientes han demostrado que las propiedades modales de diversas estructuras varían en función de cambios ambientales. Un ejemplo muy estudiado, es el caso del edificio de la biblioteca Millikan del Instituto Técnológico de California (Caltech). En este edificio se ha observado una sensibilidad importante de las frecuencias ante eventos metereológicos, encontrándose variaciones del 3% durante lluvias, un aumento de hasta 2% ante altas temperaturas y una variación diaria del 2%. Estas variaciones presentan una dificultad a los sistemas automáticos que intentan reportar el daño o perturbaciones anormales de una estructura en tiempo real. El presente trabajo tiene como objetivo la identificación de los parámetros modales del edificio de la Cámara Chilena de la Construcción a través del registro continuo de vibraciones, y el análisis de su variación en función de variables metereológicas. La primera etapa de este trabajo fue la validación del método de identificación utilizado, Subespacio Estocástico, en un modelo computacional del edificio. Se ingresaron al modelo 10 registros artificiales de aceleración de ruido blanco en la base. De este procedimiento se concluye que los resultados de las frecuencias identificadas son bastante precisos, con errores menores a 0.5%; en cambio el amortiguamiento presenta una gran sensibilidad, con errores de hasta un 52%. Para el proceso de identificación en el edificio, se midieron aceleraciones durante 7 meses continuos. De todo el período de tiempo, se seleccionaron los primeros 10 minutos de cada hora y se identificaron las primeras 7 frecuencias y sus respectivas razones de amortiguamiento. Para este caso los valores de las frecuencias presentan una variación moderada (2.1% hasta 6.7%), en contraste con el amortiguamiento, que sufre grandes variaciones (168% hasta 264%) en relación al valor medio. Para el modo 1, que corresponde al caso con menor variación, un 99.9% de la muestra tiene valores en frecuencia en el rango 1.004 Hz y 1.026 Hz, con media de 1.015 Hz. La variación con respecto a la media es de 2.1%. Para esta frecuencia el amortiguamiento está comprendido en el rango 0.20% y 1.56%, con media de 0.67%. Para el modo 6, que corresponde al caso con mayor variación, un 99.9% de la muestra tiene valores en frecuencia en el rango 3.761 Hz y 4.020 Hz, con media de 3.895 Hz. La variación con respecto a la media es de 6.7%. Para esta frecuencia el amortiguamiento está comprendido en el rango 0.32% y 3.09%, con media de 1.05%. Posteriormente, se analizó en conjunto los parámetros modales y variables metereológicas. Se observa que las frecuencias estudiadas son afectadas por parámetros climáticos, principalmente, temperatura y precipitación. Todas las frecuencias analizadas presentas ciclos diarios de similar comportamiento a los ciclos de temperatura. Durante 24 horas continuas de un ciclo normal de temperatura y sin precitaciones por ejemplo, la frecuencia asociada al modo 6 tuvo una variación de 7% con respecto a los valores mínimos y máximos identificados en esas 24 horas. En el caso de precipitaciones, éstas tienen una influencia en las frecuencias predominantes de la estructura. En un caso se observó que las frecuencias aumentaron en 1.2%. La variación de la frecuencia comienza casi inmediatamente al iniciarse la lluvia, aumentando su valor durante las precipitaciones y luego comienzan a disminuir paulatinamente hasta el sexto día. Del presente estudio se concluye que las frecuencias modales analizadas varían en promedio 4% debido a factores ambientales. El fenómeno metereológico que más influye en la variación de la frecuencia es la temperatura.

Ingeniero Civil / Conocer las propiedades dinámicas de una estructura existente en un determinado momento, o a lo largo del tiempo, presenta diversos beneficios para la ingeniería civil. Sin embargo, los métodos de identificación paramétricos requieren actualmente una cantidad considerable de interacción con el usuario, especialmente cuando se utilizan diagramas de estabilización para seleccionar los modos representativos de una estructura. Lo anterior presenta un gran impedimento en la aplicación de este tipo de métodos de forma continua en una estructura, por lo que la implementación de un sistema automático de interpretación del diagrama de estabilización resulta conveniente. El objetivo del presente trabajo es por lo tanto desarrollar y validar un método de interpretación automático de este diagrama en base a criterios de validación y métodos de agrupamiento. En virtud de lo anterior se ha verificado el funcionamiento del método desarrollado sobre un modelo de estructura de propiedades conocidas, y analizado en detalle los resultados de la implementación de este sobre el edificio Torre Central de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile (FCFM) el cual está siendo monitoreado desde el año 2009. Dos métodos paramétricos de identificación en conjunto con un algoritmo de optimización han sido utilizados para generar los diagramas de estabilización. El análisis sobre el edificio contempla además del análisis en detalle de la implementación del método de automatización, un seguimiento modal básico de las propiedades dinámicas identificadas, una evaluación de las fuentes de error asociadas a su evaluación y finalmente una comparación con los resultados obtenidos mediante un método semi-automático de interpretación de diagramas de estabilización. Los resultados obtenidos indican que es posible generar un método completamente automático para evaluar las propiedades dinámicas con resultados comparables con los del método semi-automático, y tomando en cuenta la dependencia de los resultados sobre la calidad y cantidad de canales utilizados, la posibilidad de implementar un seguimiento modal de la estructura.

En la presente tesis se evaluó, las características físicas y mecánicas de las unidades de albañilería artesanales producidas en la provincia de Huancayo y las unidades de albañilería producidas de manera industrial KK 18 huecos con un porcentaje mayor al 30% de vacíos. De la misma manera, se evaluó las características estructurales de una vivienda típica de dos pisos diseñada con muros portantes de albañilería confinada con ambas unidades. / Tesis

Ingeniero Civil / En muchas ocasiones y más comúnmente en estructuras industriales existen estructuras secundarias o equipos de gran tamaño que deben ser apoyados en más de un nivel a la estructura principal. Esto normalmente provoca un problema respecto cómo se debe enfrentar el análisis dinámico/sísmico para estas estructuras ya que la estructura secundaria tiene un comportamiento dinámico propio. La norma NCh 2369 no entrega una solución clara de cómo se debe enfrentar el problema antes descrito. Se creó un modelo de 8 grados de libertad horizontales, una estructura principal que representa un edificio de 5 pisos empotrado en la base y una estructura secundaria con 3 GDL conectada a la estructura principal en dos niveles distintos. El modelo fue sometido a tres análisis distintos desarrollados mediante programas realizados en Matlab, los dos primeros análisis por superposición modal espectral con el espectro de la norma y con un espectro promedio obtenido de 8 registros de aceleraciones y el tercero un análisis de historia de la respuesta en el tiempo para los mismos 8 registros de aceleraciones del terremoto del año 2010. Los principales resultados analizados fueron las fuerzas en las conexiones de la estructura secundaria divididas por el corte basal para distintas razones de periodos entre la estructura secundaria y la principal, las cuales fueron comparadas entre los distintos métodos de análisis y además con las fuerzas calculadas con las expresiones entregadas por la norma. Se analizó el impacto que tiene la estructura secundaria en los parámetros dinámicos de la estructura principal. Los resultados obtenidos indican que no hay grandes diferencias entre los métodos de análisis para estructuras con periodo fundamental mayores a 0.25 segundos, por lo que se recomienda usar superposición modal espectral con el espectro de la norma. Al comparar con las fuerzas calculadas con la norma se identifica que estas fuerzas no están pensadas para estructuras secundarias con más de un grado de libertad y no se recomendaría su uso cuando se tienen apoyos en 2 o más niveles distintos. Se proponen cambios para la norma en las expresiones para calcular la fuerza sísmica. Se identificó que la estructura secundaria puede hacer variar los parámetros dinámicos de la estructura principal en forma considerable.

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de métodos de particionamiento y análisis estructural de modelos matemáticos y estructuras de datos provenientes de distintas áreas del conocimiento. Los requerimientos que se desean cumplir son los siguientes: I. Manejo más eficiente de los modelos y las estructuras y II. Uso más extensivo de la información contenida en ellos. Como punto de partida para el análisis estructural de los diversos casos estudiados, se utilizó el Método Directo Extendido (MDE). Además, uno de los algoritmos sobre grafos que comprenden las distintas etapas de su funcionamiento fue utilizado sobre la estructura de un directorio web. Con respecto a los temas abarcados en la investigación, esta tesis está concentrada en dos grandes campos de aplicación: I. Particionamiento estructural de modelos matemáticos provenientes de la Ingeniería Química, y II. Modelos estructurales que se utilizan como base para las Ciencias de la Información. En la primera sección se describe el trabajo realizado sobre distintos modelos matemáticos de Ingeniería de Sistemas de Proceso. Luego, la investigación fue enfocada en el tratamiento estructural de grandes volúmenes de datos que son utilizados para el cálculo de medidas de similitud semántica. De acuerdo con las dos áreas de aplicación mencionadas, se enumeran las contribuciones del trabajo realizado: - En Ingeniería de Sistemas de Proceso se perfeccionó el MDE, que genera un particionamiento de la estructura del sistema de ecuaciones. Con ello se hizo posible no sólo aumentar la cantidad de variables determinables en los modelos matemáticos implementados, sino también reducir la complejidad de cálculo. Esto último se logró con un mejor ordenamiento de las ecuaciones, poniendo énfasis en la selección guiada de ecuaciones con características deseables, como por ejemplo un bajo grado de no linealidad. Tanto para problemas de simulación como de optimización, este algoritmo puede hacer más sencilla la tarea de su resolución y disminuir la cantidad de información inicial requerida en los modelos correspondientes. - En Ciencias de la Información, fueron elaborados distintos modelos de propagación de relevancia sobre un directorio conocido de sitios de internet. Algunos se obtuvieron mediante la utilización de operaciones sobre matrices ralas de gran porte. Los otros fueron generados con un algoritmo sobre grafos que lleva a cabo la detección de componentes fuertemente conexas en un grafo dirigido. Este algoritmo está implementado en una de las etapas del MDE, descripto anteriormente. Además, estos modelos fueron validados experimentalmente en base a criterios estadísticos. Los mismos pueden aumentar la precisión en la determinación de valores de similitud semántica entre documentos, lo cual puede apreciarse en pruebas estadísticas llevadas a cabo a lo largo de la investigación. De acuerdo a los resultados obtenidos, su información sobre propagación de relevancia puede ser útil para diferentes propósitos en Ciencias de la Información. / The objective of this thesis is the development of structural partitioning and analysis methods for mathematical models and data structures that come up in different knowledge areas. The desired requirements to be fulfilled were: I. more efficient handling of the structures and models and II. wider usage of the information. As a starting point for the structural analysis of the various case studies, the Extended Direct Method (EDM) was employed. Besides, one of its graph-based algorithms that take part in some of EDM stages was applied to web-directory structures. Regarding the research topics involved, this work concentrated in two big application fields: I. Structural partitioning of mathematical models from Chemical Engineering, and II. Structural models used as a basis in Information Sciences. In the first place, different mathematical models of Process Systems Engineering were analysed. Then, the research was focused on structural treatment of big data stores that are useful for semantic similarity measurements calculation. According to these application areas, the contributions of this thesis are the following: - In Process Systems Engineering the EDM algorithm, which generates a partitioning of the equations system structure, was improved. This improvement made it possible not only to augment the amount of determinable variables in the implemented mathematical models, but also to reduce the calculation complexity. The latter was achieved by means of a better equation ordering with emphasis on the guided selection of equations with desirable properties, e.g. a low degree of non-linearity. For both simulation and optimization problems, the improved algorithm can make their resolution task easier and diminish the amount of required initial information about the corresponding models. - In Information Sciences various relevance propagation models over a known Web sites Directory were developed. Some of these models were obtained by using matrix operations on broad-range sparse matrices. The other ones were generated with a graph algorithm that performs the strongly connected components detection over a directed graph. This algorithm is implemented in one of the stages of the EDM, described previously. Besides, they were empirically proved, based on statistical criteria. The developed models can raise accuracy on determining semantic similarity between documents. They had an average accuracy of 65% in the implemented tests. According to this result, their information about relevance propagation could be useful for different purposes in Information Sciences.