Ingeniera Civil

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 25/11/2020. / Ingeniero Civil

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Este proyecto aborda un edificio diafragmado. Su análisis y diseño se aborda desde los criterios que señala la practica del diseño norteamericano. Las particularidades del diseño en acero en este tipo de estructuras deja en claro el dicho que un estructural de acero es, en esencia, un detallista y creativo. Este proyecto aborda algunos aspectos de este problema mediante la aplicación práctica de un modelo estructural, donde el material empleado sea el acero. El análisis se ejecutará según lo que señala el Código Uniforme de Edificios 1997(UBC97) y el diseño se hará tomando lo indicado por el AISC-LRFD y las provisiones sísmicas del mismo instituto del año 1999. En el análisis se buscará controlar las deformaciones y establecer la regularidad del sistema estructural. De igual forma, al estar trabajando con un sistema dual, se asegurará que los pórticos se lleven al menos el 25% de la fuerza sísmica. En el diseño se aplican las provisiones sísmicas para el sistema empleado contra cargas laterales. Además, se presenta el diseño de una conexión a momento que emplea el sistema “hueso de perro”.

Ingeniero Civil / El estudio del comportamiento de riostras de pandeo restringido conlleva a la necesidad de implementar un sistema de ensayo para poder obtener resultados e información relevante su desempeño sísmico. Estos elementos se componen de un perfil de acero interior rodeado por otro perfil de acero y una capa de mortero u otro material confinante entre ambos, se caracteriza por presentar estabilidad lateral ante demandas axiales alcanzando resistencia similar tanto en tracción como en compresión sin sufrir pandeo, y son útiles ante demandas sísmicas actuando como disipadores de energía. El objetivo del presente trabajo es el diseño y construcción de un sistema de ensayo de tracción y compresión para riostras de pandeo restringido. Dicho sistema es capaz de proporcionar la carga de manera axial solamente mediante un actuador hidráulico de 25 [ton] de capacidad. El sistema de ensayo entrega como resultado las curvas de carga versus desplazamiento para caracterizar cuantitativamente el desempeño de los prototipos de riostra en términos de disipación de energía ante la acción cíclica, y posee un sistema de control sencillo para poder aplicar los ciclos de carga de acuerdo a las disposiciones y recomendaciones para este tipo de ensayos. Para llevar a cabo lo anterior se implementó el sistema de ensayo en el laboratorio de estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, donde se dispuso la instalación estructural lo suficientemente resistente para soportar las cargas generadas durante los ensayos. Como resultado se tiene un sistema que entrega mediciones confiables y son útiles para caracterizar cada prototipo ensayado, además de poseer un sistema de montaje y operación lo más sencillo posible.

Ingeniera Civil / Los marcos con riostras de pandeo restringido (BRBFs) están siendo recientemente introducidos en Chile, considerando sus ventajas por sobre los marcos concéntricos convencionales (CBFs), sin embargo, aún no han sido incluídos en las normas de diseño sísmico. En este estudio se diseñan bajo el código chileno tres edificos de oficinas, de 4, 9 y 15 pisos, con la misma planta tipo y estructurados con marcos BRBF, para luego evaluar su desempeño sísmico. Las estructuras se asumen localizadas en la costa central del país, donde la sismicidad está dominada por grandes sismos de subducción. Los diseños quedan controlados en todos los casos por el corte basal mínimo especificado en la norma, mientras que los diseños de 9 y 15 pisos quedan controlados también por el desplazamiento máximo entre pisos. Los edificios resultantes son modelados considerando las no linealidades más importantes del problema y luego son sometidos a dos tipos de análisis no lineales: estático (pushover) y análisis no lineal dinámico (tiempo-historia), para el cual se utilizan nueve registros de aceleración de terremotos chilenos, de los últimos diez años . El desempeño de los prototipos es evaluado en términos de corte basal, distorsión de pisos, importancia de los efectos de segundo orden y probabilidad de colapso. Finalmente se obtienen los factores de modificación de respuesta sísmica, que son calculados para concluir respecto a la importancia de la sobrerresistencia y ductilidad de los diseños resultantes. Los resultados de los pushover muestran una alta ductilidad en la respuesta de las estructuras pero con una sobrerresistencia limitada. Los resultados de los análisis tiempo historia muestran que con la norma chilena actual, las estructuras exhiben un comportamiento adecuado y poseen una reserva de capacidad significativa.

Magíster en Ciencias, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / Esta tesis desarrolla mediante el modelamiento en elementos finitos modelos de muros mecánicamente estabilizados para estudiar de manera cuantitativa el comportamiento de este tipo de estructuras. Los muros mecánicamente estabilizados se caracterizan por complejas interacciones que se generan entre los elementos estructurales y el suelo. En particular la interacción entre la fachada del muro y el suelo de refuerzo es de especial interés en esta investigación ya que se muestra que controla el estado de cargas en los elementos estructurales. Por este motivo para caracterizar la respuesta bajo cargas estáticas de muros mecánicamente estabilizados se utilizaron interfaces de elementos continuos para representar esta interacción de manera de controlar los parámetros de rigidez y resistencia. Los modelos realizados en esta investigación fueron contrastados con las mediciones realizadas a uno de los pocos muros mecánicamente estabilizados con refuerzos inextensibles, ampliamente instrumentado, reportado en la bibliografía disponible, obteniendo resultados que muestran una buena concordancia entre las mediciones en terreno y los modelos realizados. A partir de esta validación se realizó un análisis de sensibilidad para poder determinar el impacto de diversos parámetros, mostrando en función de las cargas verticales en los paneles de fachada, cargas en los refuerzos y desplazamientos del muro, la influencia de los parámetros modificados. Posteriormente se implementó el proceso de compactación mediante la aplicación de sobrecarga capa por capa utilizando un modelo constitutivo del suelo que modifique su rigidez y simultáneamente desarrolle deformaciones plásticas irreversibles al ser sometido a sobrecargas. Los resultados de los modelos implementados con una simulación del proceso de compactación muestran un mejor ajuste con los valores reportados en terreno, no obstante un aumento en los recursos computacionales, dificultad asociada a la calibración de parámetros del suelo de relleno y problemas de convergencia suponen obstáculos suficientes como para llevar a cabo dicho proceso. Finalmente una comparación en términos de cargas en los refuerzos se lleva a cabo para contrastar las predicciones realizadas por las metodologías de cálculo basadas en equilibrio límite, modelos de elementos finitos y mediciones en terreno realizadas a un muro a escala.

En Chile, durante los últimos años han surgido edificios cuya tipología estructural está basada en una combinación de aportes tanto de muros como de marcos. Motivado por lo anterior, se ha procedido a estudiar el efecto que tienen los marcos perimetrales en un edificio de tales características. La estructura a analizar es un edificio de 22 pisos, el cual está estructurado en base a marcos perimetrales y a un núcleo de muros interiores. Este, forma parte del proyecto “Torres del Parque Titanium”. Para caracterizar tal efecto, se modificó la configuración de los marcos, dando origen a tres casos de estudio. En los primeros dos se modelaron las uniones viga-columna de los marcos como rígidas y rotuladas, llamando a tales casos Edificio 1 y Edificio 2, respectivamente. En el tercer caso, se asignó rigidez nula a los marcos, denominándolo Edificio 3. A partir del análisis modal espectral de la norma NCh433.Of96 y del perfil Bío-Sísmico, fue posible concluir que los marcos perimetrales minimizan las deformaciones, particularmente las referidas a las de los pisos superiores y a las de los giros de las plantas. También tienen una gran participación en los esfuerzos sísmicos presentes en los pisos superiores, siendo mayor ese efecto en el Edificio 1. A través de un análisis del tipo “Pushover”, se generaron curvas de capacidad en los dos primeros casos de estudio, y adicionalmente se obtuvieron éstas suponiendo que sólo el núcleo de muros interiores forma parte del sistema sismorresistente. Lo anterior reveló que ambos tipos de curvas presentan escasas diferencias, tanto en valores como en forma. De igual forma, los patrones de rotulación de tales curvas son prácticamente iguales. Con lo anterior, se estudió el desempeño de los edificios 1 y 2, usando los espectros de las normas NCh433.Of96 y NCh2745.Of2003 como demandas sísmicas. Con ello, se encontró que los desempeños de ambos edificios son prácticamente iguales, con niveles de ductilidad máximos iguales a 3 y desplazamientos objetivos máximos iguales a un 3.5 por mil de la altura total de los edificios, lo cual está asociado a la norma NCh2745.Of2003. De manera similar, se estudiaron los desempeños de los mismos edificios, pero usando las curvas de capacidad asociadas a los núcleo de muros interiores. De esto, se encontró que los niveles de desempeño son prácticamente iguales a los asociados a las curvas de capacidad de los edificios como un todo.

Ingeniero Civil Mecánico / Bajo el concepto de Monitoreo de Salud Estructural , que permite conocer el estado de salud actual de un equipo mediante el uso de sensores en línea, se propone desarrollar un estudio enfocado a detectar daño incipiente en los álabes de una turbina de laboratorio, a partir del análisis de vibraciones torsionales en el eje del sistema rotor. El objetivo general consiste en identificar experimentalmente los parámetros que permitan detectar daño incipiente en un modelo de laboratorio de un sistema rotor. Los objetivos específicos abarcan la utilización de diversas técnicas de tratamiento de señales y extracción de parámetros, el estudio de estos en los dominios de tiempo y frecuencia bajo diversos niveles de daño en el sistema, y la selección de un set de parámetros que permitan detectar daño incipiente. La metodología se desarrolla en cuatro etapas: Puesta a punto del montaje, mediciones experimentales, análisis y procesamiento de señales, y selección de parámetros. Se efectúa una etapa inicial de toma de datos para dos casos: Caso base (o sano) con el sistema operando a la perfección, y un caso extremo (o con daño máximo), funcionando en ausencia de un álabe. Se extraen 100 parámetros para cada caso y se comparan de forma gráfica. Se realiza este análisis tanto para vibraciones torsionales, como transversales, medidas por un acelerómetro. Los resultados obtenidos de la primera etapa muestran 40 parámetros, calculados sobre las vibraciones torsionales, que presentaron mayores variaciones entre el caso base y extremo, y 6 parámetros que presentaron mayores variaciones para las vibraciones transversales. Estos parámetros sirvieron de referencia para ser proyectados a una segunda etapa de toma de mediciones. En dicha etapa posterior, se estudian las vibraciones del sistema rotor, esta vez trabajando con un álabe expuesto a una grieta. Se prueban 6 álabes con distintas grietas realizando el mismo procedimiento de la etapa anterior. Finalmente se entrena un clasificador Máquina de vectores de soporte , el cual, en conjunto con el método Selección secuencial hacia adelante , selecciona el set de parámetros que permite identificar de mejor manera la presencia de grietas en el sistema. Los resultados finales muestran un conjunto de 13 parámetros calculados sobre las vibraciones torsionales que permiten identificar la mayor parte de las grietas estudiadas. Por otra parte, se realiza el mismo estudio para las vibraciones transversales, concluyendo que estas no son capaces de identificar grietas con suficiente exactitud. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto Fondecyt 1160494 "A Novel Damage Precursor Based Structural Health Monitoring and Prognostic Framework"