El Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción (CChC) cuenta desde 1997 a la fecha con 12 sensores uniaxiales de aceleración, 4 de ellos ubicados en su base y el resto distribuido en otros tres pisos de la estructura, que permiten registrar tanto microvibraciones ambientales como movimientos sísmicos. Desde su instalación, el sistema de sensores ha registrado la respuesta dinámica del edificio para 54 temblores de mediana intensidad. El objetivo de este trabajo de titulo, consiste en la continuación de una serie de estudios sobre la variabilidad de las propiedades modales en el Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, ante distintas variables ambientales. El trabajo se orienta particularmente en el estudio del comportamiento de la estructura ante eventos sísmicos no asociados a daño, por lo cual, basa su análisis en los 54 registros de movimiento antes mencionados. El proceso de identificación de los parámetros modales del edificio, a partir de los registros sísmicos, se realiza mediante un método de identificación basado en múltiples señales de entrada y salida (MIMO: Multiple Input - Multiple Output), el cual requiere tanto de los registros de la excitación externa aplicada sobre la estructura (Input) como los de respuesta dinámica en distintos puntos de ella (Output). Para el edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, la excitación externa aplicada en eventos sísmicos se asume conocida, e igual a los registros de los sensores ubicados en su base. Dado que parte de esta memoria consiste en el desarrollo del algoritmo computacional de identificación, basado en el método MIMO, su eficacia es comprobada a partir de modelos analíticos de la estructura en estudio, en los cuales el error en los parámetros dinámicos identificados, salvo el caso de un modo torsional particular, no supera el 1%. Para considerar el comportamiento no lineal de la estructura en estudio a lo largo de los eventos sísmicos, el proceso de identificación es realizado por ventanas de avance en los registros de movimiento, de manera de observar la variación en el tiempo de los parámetros modales. De igual manera, el uso de ventanas permite obtener una mayor cantidad de datos, dando mayor robustez estadística, para el análisis de la relación entre los distintos parámetros modales y la amplitud del movimiento de la estructura Para el análisis de la relación entre los parámetros modales identificados en la estructura y la amplitud de su movimiento, se emplean distintas definiciones de esta última variable, donde la amplitud modal de movimiento, que corresponde a la componente de la respuesta asociada a los rangos de frecuencia característica de cada modo, es la que muestra mejor correlación con las variables obtenidas. En el caso de las frecuencias modales identificadas, se observa que sus valores decaen con la amplitud del movimiento de la estructura, llegando a rangos de variabilidad entre 4 y 8%, esto para valores de amplitud modal (según es definida en esta memoria) que oscilan entre 0 y 25 cm/s2 que, en cuanto a los registros estudiados, equivale a un rango de aceleración máxima basal entre 0 y 65 cm/s2. En lo que respecta a los amortiguamientos identificados, sus valores se incrementan con la amplitud de la vibración, llegando, en el mismo rango de amplitudes detallado para las frecuencias, a órdenes de variación del 60%, en el caso de los dos primeros modos traslacionales de la estructura. Para el resto de los modos, la variabilidad observada en su amortiguamiento, según sea el caso, supera el 180%.

Ingeniero Civil / Este trabajo experimental fue realizado en una playa de la zona norte de Algarrobo (V Región); sector con alta cantidad de edificios residenciales, donde en algunos de ellos, los usuarios han reportado percepción de vibraciones en elementos estructurales como losas y no estructurales como ventanas. Este estudio es una de las primeras investigaciones sobre la transmisión de vibraciones inducidas en estructuras debido al impacto de olas en el suelo. El estudio es de tipo experimental y corresponde a mediciones en el suelo de playa de zonas próximas a rompientes de olas. Estas campañas se realizaron entre los meses de mayo y septiembre del año 2011. Para el análisis del problema, se definió el rompiente de oleaje tipo plunging como aquel que induce las mayores demandas de aceleraciones debido al impacto en la costa. Esta forma de rompiente se encuentra presente durante todo el año en la zona donde se realizaron las mediciones. Además, para complementar el estudio de las propiedades del oleaje, se analizaron reportes de climas de olas, reconociendo altura media de olas, periodo de llegada a la costa y temporada en el que existe mayor oleaje. Los análisis de las mediciones de aceleración se efectúan para los registros en su extensión total y también segmentados para impactos de olas independientes. Esto permite estimar, por cada ola, las aceleraciones máximas, espectros de respuesta y frecuencias predominantes. En el suelo, las mayores aceleraciones se encuentran en dirección ortogonal a la costa. El valor máximo registrado durante el período de estudio es de 1.9*10-3 g. A partir de las aceleraciones máximas y de su ubicación geográfica se ha obtenido una parametrización para la curva de atenuación de aceleraciones en función de la distancia a la zona de rompiente de olas. Esta ecuación se asemeja a las expresiones para atenuación de energía de ondas de origen sísmico. En la línea de ubicación de los edificios (200 metros desde la zona de rompiente), la reducción de las amplitudes es hasta el 21% del valor máximo registrado. Se han determinado los espectros de respuesta de aceleración para los registros estudiados, considerando razones de amortiguamiento crítico de 2, 5, 10 y 20%. Para el espectro de pseudo aceleraciones el rango de periodo de mayor demanda para las solicitaciones debido a oleaje se encuentra entre 0.05 y 0.35 [s]. Para el registro que contiene las mayores magnitudes de aceleración en superficie, se realiza un análisis de las razones de cambio de espectro según nivel de amortiguamiento. Se ha verificado que para el nivel de respuesta medido la expresión de escalamiento de amortiguamiento de la norma NCh2369 es apropiada. Además, se incluye un análisis de estimación de coeficientes para una curva de ajuste a la curva envolvente espectros de aceleración (Entre 0 y 0.4 [s] de periodo), de manera similar al parámetro alfa de la norma NCh433. En cada eje, se alcanzan aproximaciones desde el 76% a la curva original.

Ingeniero Civil / Este trabajo de título se enmarca en el estudio de sistemas de monitoreo de salud estructural, y la influencia que tienen los factores ambientales sobre la identificación de cambios de estado en una estructura, debido a daño, deterioro estructural u otros factores. En estudios previos se ha determinado que la temperatura es la principal variable ambiental que afecta a las frecuencias características de estructuras de hormigón armado. Por esto, en una primera instancia se evaluó experimentalmente el efecto que tiene la temperatura ambiente sobre las frecuencias características de una viga de hormigón armado. Los resultados indican que existe una relación inversa entre estas variables, y que cambios de 30°C generan variaciones de frecuencias del orden del 3%. Se realizaron modelos analíticos de una estructura, a la cual se le modifican sus propiedades en función de la temperatura. En ella se estudió la relevancia de la temperatura en las variaciones de frecuencias debido a distintos grados y tipos de daño. Además se estudió la manera en que la temperatura ambiente y la radiación solar afecta a estructuras de hormigón armado, determinando analíticamente el retraso del efecto de los cambios de temperatura sobre una estructura. Finalmente, se estudiaron los efectos que tienen los factores ambientales en las frecuencias del edificio Torre Central de la FCFM de la Universidad de Chile. Se determinó que las variables más importantes son la temperatura ambiente, la radiación solar y la saturación del suelo. Además, se estudiaron metodologías que permiten detectar cambios de estado en la estructura, considerando los efectos que tiene la temperatura sobre ésta, e identificando los inconvenientes en relación a la modelación de los efectos del aumento de la saturación del suelo producto de precipitaciones. Se estableció que la utilización de metodologías que consideran los efectos ambientales es potencialmente útil, pero para que éstas entreguen resultados confiables se requiere una cantidad de datos para su entrenamiento mayor a dos años.

Ingeniera Civil Mecánica / Chile es un país sísmico debido a la subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana y a las características geológicas, por lo que es relevante asegurar el buen funcionamiento de estructuras, en particular para el trabajo que se presenta a continuación, estanques verticales apoyados sobre columnas con una relación de aspecto alta, como los espesadores de minería. En el presente trabajo se busca verificar si el método estático de cálculo que se utiliza actualmente y que entrega la norma de la API 650 y NCh2369Of.2003 para estanques apoyados en el suelo es adecuado para ser aplicado en estanques apoyados sobre columnas, sin techo, cuya relación de aspecto es grande (ancho/alto>>1. Dado que el estanque estudiado no puede llenarse completamente de líquido, el comportamiento sísmico se ve afectado no sólo por una masa impulsiva (movimiento rígido junto con la estructura), sino también por una masa convectiva (movimiento del líquido producto de la ola). Para cumplir con el objetivo, se modelan en el programa computacional STAAD.Pro® V8i cuatro estanques, en los cuales el diámetro varía manteniendo constante su altura, y se analizan por dos métodos: el estático y el dinámico. En el método estático las cargas actúan de forma distribuida sobre el estanque y en el dinámico se agregan las masas y resortes acorde al modelo de Housner (1963), además del espectro híbrido de diseño, que combina el efecto impulsivo-convectivo. La ventaja de este último es que permite analizar los modos, factores de participación modal y períodos convectivo e impulsivo que se pueden comparar con los de la norma NCh2369.Of2003. La comparación entre ambos métodos se lleva a cabo de dos formas. La primera, es mediante un estudio global a través de los resultados de corte basal total y momento total en el origen, cuyos principales resultados indican que el método estático posee valores mayores que los entregados por el método dinámico calculado en base a combinación cuadrática completa (CQC), con diferencias que van entre un 14% y 22% para el esfuerzo de corte y entre un 1% y 21% para el momento total; la segunda, es mediante el estudio local de las fuerzas resultantes en el plano horizontal y vertical en los nodos donde se producen las reacciones de los soportes de la estructura. De esta comparación se concluye, que la distribución de las cargas provoca resultados distintos según cómo se apliquen éstas, provocando que los resultados varían localmente pero no globalmente. Finalmente, se concluye que el método estático es más conservador respecto al dinámico para cálculo de estructuras sometidas a sismos, por lo que es adecuado para responder satisfactoriamente a eventos, maximizando la seguridad del modelo.

Ingeniero Civil / Dadas las condiciones de localización de las centrales termoeléctricas a carbón, y la sismicidad de la costa de Chile, así como la creciente demanda eléctrica, principalmente de la minería, se propone evaluar el diseño de stoppers sísmicos exteriores de calderas del tipo carbón pulverizado (PC), cuyo desempeño sísmico permita disminuir el tiempo de parada operacional de las centrales con tal de abastecer de energía eléctrica en el menor tiempo posible y evitar dañar a la población, para el caso de la caldera generadora de vapor, equipo principal de las centrales, sometida a un evento sísmico severo. El análisis se realizará mediante un modelo integrado, que considera la interacción suelo estructura, la estructura de soporte del equipo, los componentes mecánicos de la caldera colgante, el sistema de stoppers sísmicos que transfieren carga sísmica entre la estructura de soporte y la caldera colgante. Este tipo de modelación es requisito para el diseño sísmico de calderas en la norma NCh2369 actualizada, con lo cual se obtiene una respuesta más real de la estructura y equipo. El diseño del sistema de stoppers sísmicos exteriores que se propone, tiene un comportamiento plástico con el sismo de diseño, con lo cual se protege al equipo colgante, limitando las cargas sísmicas que se transfieren a la caldera colgante. Luego del sismo de diseño, los stoppers sísmicos deben permitir su inspección y reemplazo para la pronta puesta en servicio de la central. Se propone un diseño de stoppers sísmicos de estructura de acero, que cumpla con los requisitos de análisis y diseño de la norma NCh2369 actualizada. Se verificó mediante el modelo integrado su comportamiento plástico y se realizó una estimación de las deformaciones plásticas máximas. Se concluye en este trabajo de título que se puede proveer stoppers sísmicos solo en base a estructuras de acero, con capacidad de disipación de energía con el trabajo plástico para el sismo de diseño, cumpliendo los requisitos del capítulo 14 de norma NCh2369 actualizada y los estándares de criterios de diseño sísmico de las empresas generadoras, para el suministro de calderas en Chile.

Se ha observado que frente a eventos sísmicos de magnitud considerable, las uniones vigacolumna en estructuras de acero pueden presentar fallas, debido a fracturas en la soldadura o deformación plástica de la unión. Esto genera la posibilidad de estudiar sistemas de disipación de energía en las conexiones viga columna. Una alternativa es la incorporación de disipadores en base a SMA (Shape Memory Alloys). Este estudio es de carácter teórico-experimental, donde se describe el comportamiento de un modelo a escala reducida de una estructura de acero de un piso, en cuyas conexiones vigacolumna se usan barras SMA. Previo a la ejecución de ensayos, se modeló la estructura y las acciones en ella, utilizando un programa de análisis no lineal, para tener una estimación en el orden de magnitud de la respuesta del modelo experimental. Las conexiones viga-columna están formadas por 4 barras SMA, y el marco se sometió a ensayos tipo pull-back y registros sinusoidales y de sismos reales en una mesa vibradora de un grado de libertad. Se usan dos tipos de barras: de Nitinol de 2,5 mm de diámetro y de CuAlBe de 3,3 mm de diámetro. Ambos materiales se encuentran en fase austenita a temperatura ambiente y han sido caracterizados con anterioridad en ensayos cíclicos de tracción. La instrumentación incluye acelerógrafos a nivel de losa y de techo, un potenciómetro para medir desplazamiento de techo, y celdas de carga y potenciómetros para medir fuerzas y deformaciones en las barras SMA de cada conexión. A partir de los ensayos tipo pullback se obtiene el período fundamental y el amortiguamiento por decremento logarítmico, resultando 0.52 [seg] y un 2.3% para el marco con barras de Nitinol y 0.47 [seg] y 1.4% para el marco con barras de CuAlBe. Al aplicar el registro de Llolleo N10E escalado en un 25% y 50% al marco con conexiones de Nitinol, se observa reducciones en la aceleración del techo, comparada con la aceleración espectral, del orden del 24% para el registro escalado a un 25% y del 49% para el registro escalado a un 50%. Para el marco con conexiones de CuAlBe, la reducción de la aceleración es de un 14% para el registro de Llolleo escalado en un 25%.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene por objetivo identificar los principales modos de falla en perfiles armados XL sometidos a carga cíclica y su vinculación con propiedades geométricas y de comportamiento estructural. Parámetros estudiados son las fuerzas máximas de tracción y compresión, la degradación de la capacidad compresiva, la ductilidad y las fuerzas en las conexiones con la placa gusset y en la intersección de las diagonales. Adicionalmente, se comparan los efectos de utilizar dos espaciamientos de placas separadoras: cada un cuarto y un octavo del largo total del arriostramiento. Para proceder, se realiza un análisis no lineal de tipo pushover en el software de elementos finitos ANSYS Workbench 15. Se estudian en total 74 elementos, con secciones variando en altura de 80 a 400 mm, espesores de 4 a 16 mm y largos de 3 a 6 m. Como resultado, se establece una relación entre el modo de falla y el cociente entre la esbeltez y la compacidad de la sección transversal: perfiles con una relación de esbelteces mayor a 10 tienden a fallar por flexión; cuando la razón está comprendida entre 6 y 10 fallan por flexotorsión, mientras que para valores menores a 6 lo hacen por torsión. Se identifica que los perfiles con una relación de esbelteces menor a 4 no experimentan deformaciones laterales ni aparición de una rótula plástica, por lo cual presentan una alta ductilidad y prácticamente nula degradación en la capacidad compresiva. En cuanto a las fuerzas en las conexiones, los casos más desfavorables se vinculan con perfiles con falla flexotorsional y flexural, ya que las demandas tienden a ser crecientes con la relación de esbelteces para los ejes de las conexiones que concentran las fuerzas más críticas. Finalmente, se recomienda distanciar los interconectores a un cuarto del largo total, por cuanto se aumenta la capacidad de deformación inelástica y se disminuyen las fuerzas en las conexiones. Además, se sugiere evitar la implementación de perfiles con falla flexotorsional, ya que mostraron fallar prematuramente y además, producto de la forma de pandeo, suponen costos de reparación mayores.

Instalación y puesta en marcha de un sistema de ensayo de barras con control por fuerza y deformación” El objetivo del presente trabajo es la instalación y puesta en marcha de un dispositivo de ensayo de barras bajo cargas cíclicas y deformación controlada en el Laboratorio Experimental de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. El dispositivo consiste en un mecanismo que transforma el movimiento horizontal de la mesa de un grado de libertad instalada en el Laboratorio Experimental, en un movimiento vertical aplicado a una probeta metálica esbelta. Esta mesa se encuentra calibrada para aplicar movimientos sísmicos limitados a aceleraciones de 1 g, velocidades de 40 cm/seg, desplazamientos de ± 20cm y frecuencias de hasta 12 Hz. El trabajo comprende la revisión y verificación del diseño del dispositivo, la fabricación y montaje de éste, el desarrollo del sistema de control, para finalmente realizar la calibración y ensayo de probetas de Nitinol envejecidas a diferentes tiempos. La capacidad del dispositivo permite ensayar barras metálicas de hasta 6 mm de diámetro, 35 cm de de largoNote1. , 140 mm de desplazamiento a una frecuencia máxima de 12 Hz. Los resultados obtenidos se comparan con los existentes en la literatura utilizando registros sinusoidales de 100 ciclos, 8% de deformación nominal a 0.1 Hz. Se logran similitudes en las curvas de histéresis, módulo de elasticidad, deformación remanente, tensión de transformación, y amortiguamiento equivalente. Además, se logran semejanzas en las variaciones de estas propiedades en función de la cantidad de ciclos, envejecimiento y entrenamiento previo. Por otro lado, se analiza el comportamiento del material al ser sometido al registro sísmico del Terremoto de Llolleo de 1985, observando ciclos de histéresis de igual forma que en los ensayos sinusoidales.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / La presente tesis de magister tuvo como objetivo analizar el comportamiento dinámico del puente Marga Marga, ubicado en Viña del Mar V región, durante el terremoto del Maule ocurrido el 27 de febrero de 2010 y sus principales réplicas. Con dicho fin, se analizan los registros de aceleraciones obtenidos por una red de 24 acelerómetros distribuidos en la estructura y valle del estero Marga Marga. Durante el sismo del 27/02/2010, los periodos fundamentales del puente varían entre 2.38 a 2.50 s y 2.17 a 2.38 s, con un amortiguamiento de 10.7 y 13.4% del amortiguamiento crítico, en dirección longitudinal y transversal, respectivamente. Estas propiedades fueron determinadas usando los registros de los sensores ubicados en el tablero. Estos períodos son mayores que los determinados para sismos moderados y cercanos a los considerados en la fase de diseño. Los periodos fundamentales del suelo fueron 0.83 y 0.95 s en dirección perpendicular y longitudinal al valle. Los desplazamientos máximos relativos del sistema de aislación, medidos sobre la cepa central, fueron de 10.9 cm (54% de deformación angular) y 15.6 cm (76.5% de deformación angular) en dirección longitudinal y transversal, respectivamente; y 5.8 cm (29% de deformación angular) sobre los estribos en dirección longitudinal. Posteriormente, se elaboraron dos modelos de elementos finitos del puente Marga Marga con el software OpenSees. Estos difieren en que en uno las cepas se representan con elementos lineales y elásticos, y en el otro con elementos de fibra no lineal que pueden presentar disipación por ciclos de histéresis. El análisis se realizó con input asincrónico. Los parámetros que se usaron para calibrar los modelos son: las propiedades al corte de los elementos elastoméricos bilineales ubicados en las cepas y la dimensión de la separación longitudinal entre los estribos y el tablero (que representa las juntas de dilatación). Variando estos parámetros se realizaron numerosos análisis y se eligieron los que mostraron menor error en los desplazamientos máximos absolutos respecto de lo registrado experimentalmente. Con los registros del 17/04/2012 se obtienen periodos fundamentales del puente de 1.75 y 1.54 s en dirección longitudinal y transversal, respectivamente. Estos períodos son mayores que los obtenidos para sismos moderados similares ocurridos antes de 2010, indicando una flexibilización de la estructura post-terremoto. La deformación máxima del sistema de aislación, es de 8.3%. El modelo calibrado para el sismo principal no logra reproducir de buena forma los desplazamientos de este sismo, debido a que las incursiones de los aisladores en el rango no lineal son menores y por lo tanto la disipación de energía del modelo es insuficiente, por lo tanto debiera aumentarse el amortiguamiento modal considerado. No obstante, las frecuencias obtenidas son bastante similares a las de los registros. Se concluye que el puente Marga Marga tiene un comportamiento muy dependiente del input aplicado que impide generar un modelo general que funcione para sismos de diferentes intensidades. Las acciones del terremoto del Maule se pueden considerar del orden del sismo de diseño.

El objetivo general de este trabajo de título es registrar y analizar las variaciones de la frecuencia natural que una estructura pueda tener como resultado de los cambios en el contenido de humedad del subsuelo donde está localizada. Se busca obtener una correlación entre los cambios de frecuencia de la estructura y los cambios en el contenido de humedad del suelo. Se ha observado en el último tiempo que no solo cambios en las propiedades físicas de una estructura provocan alteraciones en los parámetros estáticos y dinámicos de este, si no que también variaciones externas a la estructura. Un ejemplo de lo anterior son cambios en la frecuencia natural de una estructura debido a cambios en el contenido de humedad del suelo de fundación. Un ejemplo de lo anterior corresponde a variaciones de un 3% en la frecuencia natural de la Biblioteca Millikan en California, inmediatamente después de precipitaciones de 100 mm en 48 horas, recuperando la frecuencia previa solo al cabo de 10 días. En Chile también se han observado variaciones debidas a los cambios del contenido de humedad en el suelo. Para el Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, se registró un aumento en la frecuencia del edificio de hasta un 1.2% luego de una intensa lluvia que alcanzó aproximadamente 40 mm entre los días 13 y 15 de Junio de 2007. Se elaboró y ensayó un modelo a escala de una estructura de un grado de libertad, con un periodo cercano a un segundo, empotrada en un suelo constituido por arena con menos de 30% de finos, éstos de baja plasticidad, inicialmente en estado seco. En la parte superior de la estructura del modelo se colocó un acelerómetro para registrar las vibraciones y en el suelo se instalaron tres sensores de humedad a distintas profundidades. El agua de lluvia fue simulada mediante la adición de agua a través un dispensador manual. Cuando se agregó agua por primera vez al modelo se rigidizó producto del efecto de capilaridad. En las ocasiones posteriores que se agregó agua al modelo se observa una disminución de la frecuencia de la estructura en torno al 1.6%, que coincide con aumento en el contenido de agua por sobre el 40% de saturación en la profundidad de suelo que contiene los costados de la fundación y el sello. La disminución de la frecuencia se debió a la perdida de rigidez del suelo generada por la reducción de las tensiones efectivas del suelo. Se concluye que existe una clara correlación entre los cambio de humedad del suelo y variaciones en la frecuencia natural de la estructura. Esta variación de la frecuencia natural se produce cuando el contenido de humedad del suelo cerca de los costados y la base de la fundación está por sobre el 40% de saturación aproximadamente. Sin embargo no se observa que un aumento en el contenido de humedad del suelo bajo el sello de fundación afecte el comportamiento de la estructura.