Ingeniero Civil Mecánico / El daño en una estructura, y la acumulación del mismo, producen cambios en su respuesta dinámica. La idea básica del monitoreo de vibraciones es medir las características dinámicas de la estructura, durante su vida útil, y usarlas como una base para la identificación del daño. Durante los últimos años, han surgido numerosos métodos para detectar daño en estructuras. Sin embargo, la mayoría de estos métodos no toman en cuenta el efecto de la distribución, ni el número de sensores. En trabajos anteriores, se han desarrollado sólo métodos para distribuir adecuadamente una cierta cantidad de sensores en estructuras simples (unidimensionales). Debido a lo anterior, en el presente trabajo se propone determinar una distribución óptima de sensores, que permita detectar daño en una estructura compleja (bidimensional o tridimensional). En particular, se determina la distribución óptima de 27 sensores en un perfil canal de acero estructural, con el fin de verificar si esta distribución es mejor que otras, como por ejemplo una distribución uniforme. Para optimizar la distribución de sensores, se utiliza el método de optimización conocido como algoritmos genéticos. Este método se basa en la teoría de la evolución de Darwin, haciendo evolucionar a una población de individuos hasta encontrar al más adaptado. En este caso, se desarrollan 2 algoritmos genéticos, uno secuencial y otro paralelo. El primero se utiliza para determinar los mejores parámetros de entrada como el tamaño de la población y las probabilidades de reproducción. El segundo, se utiliza para determinar la distribución óptima, ya que posee una mayor rapidez de cálculo y disminuye el problema del estancamiento en óptimos locales. Para verificar si la distribución óptima de sensores es mejor que otras distribuciones, se crean 4 escenarios de daño experimentales en donde 3 de ellos poseen una cierta dificultad para ser detectados. Luego se compara la detección de daño entre la distribución óptima y las otras distribuciones, para cada uno de los escenarios de daño. Se logra encontrar una distribución óptima que posee un valor de ajuste superior a las demás distribuciones cuando el daño en la estructura es de carácter moderado, es decir, existen grietas con un largo entre 25 y 50 [mm], y ubicadas en alguno de los bordes de la estructura. Esta memoria es parte del proyecto Fondecyt de iniciación 11110046 desarrollado por la Dra. en Ingeniería Mecánica Viviana Meruane Naranjo, Profesora Guía de la respectiva memoria.

Ingeniero Civil Mecánico / La presencia de una grieta en una estructura, no solo varía las propiedades mecánicas del material, sino que también influye sobre sus características dinámicas. Es por esa razón que el monitoreo de las vibraciones de una estructura es una técnica muy utilizada en ingeniería y permite la detección temprana del daño. Generalmente, la decisión del posicionamiento de sensores de monitoreo, pasa por el juicio y la experiencia del ingeniero a cargo; sin embargo, un error puede provocar que el daño no se detecte. Se han desarrollado variados métodos de optimización de posición de sensores que monitorean el comportamiento dinámico de la estructura. Sin embargo, hasta hoy no existe un procedimiento estándar que optimice la posición y el número de sensores a utilizar, enfocado en la identificación del daño. Se desea desarrollar una metodología para optimizar la posición y número de sensores de monitoreo dinámico en una estructura tipo viga, utilizando algoritmos genéticos paralelos. En particular, se desea encontrar la configuración óptima de sensores cuando se monitorean las frecuencias de anti-resonancia de la estructura. El algoritmo genético es un método de optimización basado en la teoría de la evolución de Darwin, el que ha cobrado una alta popularidad en todo el mundo durante los últimos años, debido a su robustez y a su independencia de la función objetivo. Es un algoritmo matemático que transforma un conjunto de objetos matemáticos usando operaciones modeladas de acuerdo al principio Darwiniano de reproducción y supervivencia del más apto. Dentro de estas operaciones genéticas destacan la mutación y la recombinación sexual. Cada uno de estos objetos matemáticos suele ser una cadena de caracteres (letras o números) de longitud fija denominado cromosoma. Cada gen dentro del cromosoma representa una variable a optimizar. La aptitud de cada cromosoma se mide evaluando en la función objetivo. V Para desarrollar esta metodología, primeramente se encontraron las frecuencias de anti-resonancia de la estructura y luego se determinó su sensibilidad al daño. Seguidamente, se define una función objetivo que relacione la información al daño y la ubicación de los sensores. Esta función es optimizada a través de la programación de algoritmos genéticos paralelos. Finalmente, se realiza una verificación experimental de la metodología creada, utilizando un algoritmo de detección de daño disponible y datos experimentales. Para la programación en elementos finitos y algoritmos genéticos, se utiliza el software MatLab y su extensión GAOT. Para la verificación experimental, se trabajará en el laboratorio de sólidos Mecesup ubicado en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Este trabajo es parte del proyecto Fondecyt de iniciación Nº 11110446 desarrollado por la Dra. en Ingeniería Viviana Meruane, Profesora Guía de este Trabajo de Título.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / El último gran terremoto y tsunami de Tohoku de 2011 reveló que los edificios con estructuras de pórticos de acero resistentes a momento, empleando columnas tubulares y conexiones rígidas con vigas de sección I, no sufrieron daños graves y muchos fueron reconstruidos sobre la estructura original de manera muy rápida. La experiencia japonesa ha mostrado que este sistema estructural posee un adecuado comportamiento sísmico para las dos direcciones horizontales, constituyendo una ventajosa solución para ser importada y adaptada en varios países de América Latina, donde los eventos naturales extremos como los terremotos se presentan con alta periodicidad. La normativa americana AISC, adoptada por muchos países de la región, precalifica solamente dos conexiones rígidas con columnas tubulares para su uso en pórticos especiales e intermedios. Pero que, al estar protegidas por patentes comerciales pueden incrementar los costos finales del edificio. Una innovadora solución propone una conexión, de tipo plancha extrema, que trata de adaptar su uso a la práctica constructiva habitual en nuestros países. La conexión fue estudiada numérica y experimentalmente ante cargas cíclicas, mostrando una distribución de tensiones que favorece la manifestación de mecanismos de falla dúctiles, siendo la viga la responsable de disipar energía. En tal virtud, la presente investigación continua con el desarrollo de la nueva conexión, al estudiar el desempeño sísmico de configuraciones típicas de nudos en pórticos a momento, abordando dos aspectos no considerados previamente: 1) el efecto bidireccional que confieren las vigas que se conectan a la columna por ambos ejes horizontales ortogonales y 2) la influencia del nivel de carga axial sobre la columna. Para alcanzar los objetivos, modelos no-lineales tridimensionales en elementos finitos de los nudos se simularon numéricamente usando el software ANSYS. Cinco configuraciones de nudos, que incluyen: 2D-exterior (1B), 2D-interior (2BI), 3D-esquina (2BC), 3D-exterior (3B) y 3D-interior (4B), fueron sometidas a cargas cíclicas unidireccionales y bidireccionales según el protocolo AISC. Las modelos incluyeron cuatro niveles de carga axial sobre la columna para cada configuración estudiada. Las simulaciones muestran que, para todas las configuraciones de nudos las conexiones fueron capaces de sostener un ángulo de deriva de piso de 0.04 radianes y de alcanzar una resistencia superior al 80% del momento plástico nominal de la viga para el nivel de deformación indicado, cumpliendo los requerimientos de resistencia para pórticos a momento especiales (SMF) según las disposiciones AISC vigentes. Se logró integrar las respuestas individuales de las vigas y expresarlas en términos de la respuesta global del sistema, según el principio de equivalencia de energía. El análisis de los ciclos histeréticos de los sistemas equivalentes llevan a concluir que la capacidad de disipación de energía de los nudos con mayor número de vigas (3B y 4B) es menor en comparación a aquella de los nudos con menor número de vigas (1B y 2B), y que el incremento del nivel de carga axial sobre la columna tiene un impacto directo en la reducción de la capacidad de disipación de energía de los sistemas, en especial para los nudos con mayor número de vigas (3B y 4B). De ello resulta necesario admitir que la acción sísmica bidireccional es un factor importante que puede ocasionar la manifestación del mecanismo de falla por rotulación de las columnas.

Ingeniero Civil / La ingeniería civil en Chile está constantemente generando avances en diseño y modelación de estructuras. En este sentido, los softwares de análisis estructural son herramientas muy importante y ampliamente utilizadas en el rubro. El objetivo de este trabajo es dejar una contribución a una de estas plataformas, SAFE_TB. Ésta fue creada por Rojas en 2012 y ha sido utilizada en docencia e investigación hasta la fecha. El objetivo de este trabajo es complementar la plataforma SAFE_TB implementando una nueva opción de análisis, el análisis modal espectral. Este es una metodología simplificada de análisis dinámico muy utilizada en diseño. Muchas normas alrededor del mundo recomiendan su uso, incluida la norma de diseño sísmico de edificios en Chile, NCh 433. La plataforma SAFE_TB, se encuentra desarrollada utilizando la metodología de programación orientada a objetos, por lo tanto, todas las clases incorporadas para el desarrollo del análisis deben ser compatibles con las clases originales. También la organización de las funciones del análisis modal espectral, siguen la estructura de los demás tipos de análisis ya incorporados a la plataforma. Paralelo al desarrollo del análisis, se desea incorporar a la plataforma, la opción de incluir restricciones de puntos múltiples del tipo diafragma rígido. Estas, son ampliamente utilizadas ya que asimilan el comportamiento de las losas de hormigón armado en edificios.

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.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Esta investigación evalúa la factibilidad de usar un sistema de disipación de energía formado por columnas líquidas sintonizadas presurizadas para controlar periodos bajos de estructuras. El dispositivo denominado DPCLS contiene agua en su interior y está conformado por un conducto horizontal y dos columnas verticales, cuya disposición tiene forma de U. Al someterse a movimientos horizontales genera fuerzas de inercia en las paredes de las columnas de disipador, contrarias al movimiento ejercido por una estructura acoplada al dispositivo, reduciendo la respuesta en desplazamiento, velocidad y aceleración de la estructura primaria. Este disipador en particular está sellado en el extremo superior de las columnas. Tal configuración cambia las propiedades dinámicas del disipador, incorporando características de resorte al sistema, generadas por el aire confinado en las columnas. Las ecuaciones que caracterizan la dinámica del sistema principal más el disipador determinan el periodo y el amortiguamiento óptimo de diseño. Lo cual posibilita la fabricación del disipador según el material y geometría capaces de resistir las condiciones pre-establecidas del problema. Para la validación del tema se realizan ensayos para caracterizar las propiedades del disipador bajo una solicitación de ruido blanco. Además, una estructura metálica de dos niveles se somete a la acción de 19 registros sísmicos chilenos y estadounidenses, esta se ensaya sin el disipador y posteriormente con este. Los resultados evalúan la efectividad del uso del disipador de energía en la estructura estudiada. Los resultados principales indican que el aire contenido en las columnas puede modelarse como un resorte lineal equivalente y el amortiguamiento generado es despreciable, en el rango de valores utilizados. El disipador presurizado no genera reducciones importantes en la respuesta de la estructura, teniendo un comportamiento análogo a incorporar masa a la estructura. La baja capacidad de sintonización con la estructura primaria por parte del DPCLS se debe a la imposibilidad de provocar las amplitudes del desplazamiento necesarias para el acople de los dos sistemas, debida a la alta rigidez aportada por las cámaras de aire.

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%.

Ingeniera Civil

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

Ingeniero Civil / El presente trabajo tuvo por objetivo analizar el comportamiento de las columnas que soportan el viaducto de la línea 5 del Metro de Santiago, específicamente al sur de la estación Mirador, ubicada en la comuna de La Florida, Santiago; durante el terremoto del 27 de febrero del 2010. El análisis en el tiempo se realizó mediante un modelo de elementos finitos utilizando el software SAP 2000, usando como input los registros de aceleración del terremoto y obteniendo los esfuerzos en la base de las columnas. El objetivo de esto fue determinar la demanda sobre las cepas producidas por el evento sísmico. Se determinó la capacidad nominal a flexo-compresión utilizando los planos estructurales facilitados por Metro y la rutina Section Designer de SAP2000, obteniendo así los diagramas de interacción de las cepas los que se compararon con las solicitaciones determinadas en el análisis en el tiempo. Por otro lado, se determinó la resistencia nominal al corte para contraponerlos con las fuerzas obtenidas anteriormente. Además, se estudió el comportamiento de los aisladores instalados entre los viaductos y las cepas ante las solicitaciones sísmicas. Finalmente, se concluye que las cepas no incursionaron en el rango plástico durante el terremoto del 27 de febrero del 2010, evidenciando el buen comportamiento de la estructura.