El sector industrial es clave en el desarrollo de los países, por lo cual, las normativas asociadas al diseño de estructuras e instalaciones industriales adquiere especial relevancia. Uno de los diseños más comunes observados en estructuras de acero es la fluencia y fractura de los pernos de anclaje debido esencialmente a que estos presentan disipación de energía, reduciendo daños en otros elementos estructurales. Es por esto que se decidió estudiar el comportamiento de los pernos de anclaje y cuantificar su influencia en la respuesta estructural de estructuras industriales. Para llevar a cabo lo anterior se modeló un sistema que permitiese simplificar los complejos análisis basándose en la idealización de ciertas características del sistema. De esta forma, se obtuvieron valores relevantes en cuanto a la capacidad de los pernos, la influencia del largo de los mismos y la capacidad al corte del modelo para casos en que los pernos poseían comportamiento lineal y no lineal. Los resultados obtenidos para el modelo simple mostraron la relevancia del comportamiento de los pernos sobre la respuesta estructural, entregando que el promedio de los factores de modificación de la respuesta estructural R fue menor al establecido por la normativa chilena. De forma complementaria se desarrolló la modelación con elementos finitos de un estanque vitivinícola, con características reales, de materiales y geométricas, con la finalidad de confirmar la validez de los resultados obtenidos con el modelo simplificado. Teniendo presente lo anterior se verificó la similitud entre modelos, obteniendo valores aproximados en condiciones apropiadas para el factor R y magnitudes disímiles en el caso de la sobre-resistencia. En conclusión, se ratifico la necesidad de aumentar el largo de los pernos de anclajes en la mayor parte de las estructuras analizadas, además de recomendar el uso de pernos con mayores capacidades y ductilidades superiores con la finalidad de maximizar la energía disipada por los pernos de anclaje.

Ingeniero Civil / En la variación en el tiempo de las propiedades modales de una estructura está la degradación de la rigidez debido a daño y otros efectos, entre los cuales se cuenta la variación de las condiciones climáticas. En este trabajo se miden las características modales de un edificio de hormigón armado ubicado en Santiago desde marzo de 2009 hasta diciembre de 2011, la Torre Central de la FCFM de la U. de Chile cuenta desde inicios de 2009 con una red de monitoreo continuo, que permite obtener registros de microvibraciones en 3 niveles del edificio cada 15 minutos. Los registros de microvibraciones se procesan para obtener las propiedades modales del edificio (frecuencias, amortiguamientos y formas modales). En el presente trabajo se ha analizado la influencia de las condiciones ambientales en la variación de las 3 primeras frecuencias modales. Con los registros de aceleraciones se pudo analizar el efecto del sismo de 27 de febrero de 2010 a fin de compararlo con el efecto en las propiedades modales de los factores ambientales, tales como temperatura, saturación del suelo, humedad entre otros. Las condiciones ambientales que más se relacionan con la variación de las frecuencias son la temperatura del aire y la presión atmosférica, además de la saturación del suelo a 10m de profundidad. La disminución promedio del valor de las 3 primeras frecuencias modales debido al terremoto del 27 de febrero de 2010 fue de un 11,4% mientras que las variaciones debido a las condiciones ambientales son inferiores al 5%.

Ingeniero Civil Mecánico / Los espesadores son elementos que se utilizan en el proceso de extracción de múltiples minerales, siendo su función la de separar una parte sólida de una líquida del fango proveniente de las pilas de lixiviación. En general son estructuras estacionarias cuyas dimensiones y contenidos (densidades relativas) pueden variar bastante, por lo cual los cálculos asociados a los apoyos se hacen para cada caso en particular, aun cuando estos sean a través de un software, actividad que incurre en un gasto de tiempo y recursos. Por este motivo el tema propuesto busca encontrar alternativas de automatización en el proceso de cálculo de la etapa de ingeniería temprana y considerar una opción para la programación de un prototipo que en base a las variables más relevantes del diseño, entregue una respuesta concreta con un error aceptable. La mecánica de estructuras posee una amplia variedad de modelos para aproximar las deformaciones y estados de esfuerzos a los que está sujeto un fenómeno del mundo real. En este trabajo se detallan algunos de estos modelos utilizados por el método de elementos finitos para discretizar el problema propuesto. En base a las condiciones de diseño encontradas entre los antecedentes de los espesadores y las características que favorecen un modelo de elementos finitos eficiente, se constituye una estructura simplificada que en base a tiempos bajos de cálculo podría entregar una buena aproximación al cuadro de reacciones. Para elaborar el modelo de elementos finitos propuesto se trabaja en base a la metodología clásica de la literatura, que consiste básicamente en escoger los tipos de elementos, determinar sus rigideces, sus cargas y su disposición en el espacio (mallado), ensamblar todo en un sistema de ecuaciones, establecer las condiciones de borde del dicho sistema, y por último encontrar la solución. Una vez encontrada la solución, la última instancia corresponde a la validación de los resultados. Como este trabajo no persigue fines estadísticos de la industria o un nivel de detalle avanzado, se puede aproximar la validez numérica de los elementos utilizados a partir de geometrías más sencillas. Y la validez cualitativa de la respuesta en base a diversos ensayos sobre un espesador. Debido a que la geometría y los tipos de esfuerzos del problema son más bien sencillos, se estima que las respuestas encontradas por el modelo tengan un nivel de error aceptable para su objetivo, predecir en una etapa de ingeniería temprana. Finalmente, este trabajo no es una versión comercial e incluye una variedad de mejoras propuestas por el autor.

Ingeniero Civil / Las ménsulas de hormigón armado corresponden a voladizos de esbeltez largo de corte sobre altura menor a la unidad. Son generalmente utilizadas para la transferencia de cargas dentro de un sistema estructural, como lo puede ser un edificio, puente, e instalaciones en general. Debido a tan baja razón luz de corte sobre altura de las ménsulas, es que generalmente estas se encuentran gobernadas por la falla de corte y su predicción de capacidad establece mayores dificultades que la falla de flexión. El modelo panel implementado para predecir la capacidad al corte de ménsulas, asume que la dirección principal de tensiones es igual a la dirección de principal de deformación, donde se modela la ménsula mediante un elemento denominado panel, el cual representa tanto el estado de deformación, como de tensión. Además, supone que el ángulo del puntal de compresión es fijo para el proceso de carga. El hormigón se modela con un comportamiento biaxial, en el cual se considera la pérdida de rigidez y resistencia en el puntal de compresión producto de la tracción en la dirección ortogonal. El acero sigue un comportamiento uniaxial elasto-plástico perfecto. El modelo panel modificado de ángulo fijo (Ulloa, 2013) se sustenta en que el ángulo de compresión principal se fija a un cierto nivel de tracción, y desde ese instante permanece invariable ante desplazamientos laterales de la zona superior del muro. Al aplicar el modelo que fija el ángulo de fisuras a la tensión de inicio de fisuras "σ_r=f_ct" se da origen al modelo de ángulo fijo "α(σ_r=f_ct)", el que se usa en conjunto con la ecuación de equilibrio longitudinal en ménsulas para resolver la estimación de la capacidad al corte. Para analizar el comportamiento del modelo teórico se generó una base de datos unificada con 109 ensayos de ménsulas disponibles en la literatura, en los cuales se varía la resistencia a compresión del concreto, las cuantías de estribos horizontales, cuantías de refuerzo principal de borde, y la razón luz de corte sobre altura. Las ménsulas estudiadas son solicitadas exclusivamente por cargas de corte. La comparación entre los modelos panel modificado de ángulo fijo (Ulloa, 2013) y los resultados experimentales, dan resultados conservadores para la estimación de la capacidad, obteniendo la mejor estimación para el modelo que fija el ángulo de compresión principal al nivel de tracción "σ_r=f_ct". La razón promedio entre capacidad predicha versus capacidad experimental alcanza un valor de 0.77 y una desviación estándar de 0.18. Tras observar el carácter conservador de tales resultados, se plantearon diversas modificaciones con el objetivo de mejorar la predicción, obteniendo los mejores resultados al formular un nuevo modelo denominado "modelo de modificaciones simultáneas α(σ_r=f_ct) y σ_L=N/A", el cual considera 1) una re-calibración de la dirección principal de compresión para capturar la ausencia de armadura transversal y carga axial en las ménsulas estudiadas, 2) la inclusión eficiente del refuerzo de borde en la ecuación de equilibrio longitudinal para captar su participación en el mecanismo de enrejado, y 3) la disminución de la razón luz de corte sobre altura al considerar el ancho de la placa de carga. Tal modelo obtuvo un promedio de 0.98 y desviación estándar de 0.16, mostrando baja dependencia ante los parámetros de entrada en la modelación, y además captura de mejor forma la tensión de ensayo que los modelos de Ulloa (2013). Al comparar el modelo simultáneo con otros modelos de la literatura se obtienen resultados comparables a modelos de alta precisión como el de Russo (2006), y una mejor medición del tipo de falla respecto al código ACI 318-08.

Ingeniera Civil

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

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.