Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / La presente investigación aborda el estudio de marcos arriostrados excéntricos (EBF) aplicada a la práctica Chilena usando únicamente enlaces (excentricidades) cortas; para ello se usa la metodología del FEMA P695 el cual provee una manera confiable de cuantificar el desempeño sísmico de un sistema estructural aplicando procedimientos no lineales. La investigación considera 9 modelos (arquetipos) que son marcos planos con distintas alturas (1,2,3,4,5,6,8,12,y 16 niveles); a su vez cada arquetipo considera la variabilidad de la demanda sísmica acuerdo a la NCh433, es decir, se tiene en cuenta las zonas sísmicas (I, II y III) y el tipo de suelo (A,B,C,D y E). De lo anterior se derivan 135 casos posibles de análisis, en donde luego del diseño de elementos y cumplir todos los requisitos de resistencia y servicio estipulados en las normas de AISC 360, AISC 341 y NCh433 se seleccionan 55 modelos que son sujetos a análisis no lineal. Para el desarrollo de los modelos no lineales se usa la plataforma OPENSEES tanto para el análisis no lineal estático (pushover) y dinámico incremental (IDA), asimismo, se hace especial énfasis en el comportamiento del enlace, para ello se usa el modelo de Radaman y Ghoborah que es calibrado a través de ensayos experimentales para el caso de enlaces cortos y materiales ASTM A36. De los resultados del análisis pushover se obtienen factores de sobreresistencia relativamente constantes en altura de Ω=3.5, excepto para arquetipos de 1,2 y 3 niveles donde los valores son: 5<Ω<15. Esto a su vez se evidenció en la variación del factor de modificación de respuesta, R, pues para arquetipos de hasta 8 niveles las estructuras poseen mayor capacidad de incursionar en el rango inelástico, presentando que lo expuesto en la NCh433 genera análisis conservadores (i.e., R*<R)); contrario a lo evidenciado en edificios superiores a esta altura, donde se observa que existe una sobrestimación de su capacidad (i.e., R*>R). Este comportamiento de los EBF fue corroborado en el análisis dinámico incremental, donde las razones de margen de colapso, CMR, alcanzadas también son ingentes (4<CMR<7) para modelos entre 1 y 3 pisos, contrario a modelos de 12 y 16 niveles en el cual los valores son cercanos a la unidad (CMR≅1). Estos resultados evidenciaron que los edificios altos diseñados con la NCh433 producen bajos CMR´s (i.e., probable riesgo de colapso) que aquellos de menor altura donde prevalece la sobresistencia; no obstante, se considera que el factor de modificación de respuesta estructural actual de la NCh433 es el adecuado pues cumple el criterio de aceptación definido por el FEMA P695. Por tanto, es posible que los EBF puedan ser restringidos hasta 10 niveles donde su desempeño está asegurado, sin embargo, para asegurar aquello se deben estudiar más casos en cuanto a configuración, cargas y materiales usados principalmente para EBF superiores a 10 niveles.

Ingeniero Civil Mecánico / El desarrollo e impulsión de las ERNC (Energía Renovables No Convencionales) ha adquirido un auge notorio en los últimos años en nuestro país, sobre todo con la aprobación de la denominada ley 20/25, que exige para el año 2025, un 20% de partición de las ERNC en la matriz energética nacional. Esto implica un importante desafío en el camino a seguir en materia energética, dado el contexto nacional que señala a Chile como un país rico en recursos naturales. Entre ellos, cabe destacar el enorme potencial solar de nuestro país, que no ha visto una inversión suficiente para un desarrollo importante. En los últimos años, y debido a las políticas públicas para diversificar la matriz energética bajo un carácter renovable y el interés de las empresas mundiales por el potencial en suelo chileno, se ha invertido en importantes proyectos de energía solar, como la planta híbrida CSP (Concentrated Solar Power) en construcción que operará en el desierto de Atacama, siendo la primera planta de concentración de América Latina. La clave de esta tecnología es su capacidad de generar energía eléctrica de manera continua, esto gracias a su sistema de acumulación, que consiste en dos estanques rellenos con sal fundida, uno frío y el otro caliente, y proveen de energía térmica cuando los niveles de radiación son bajos. En el presente trabajo, se busca simular un ciclo completo de operación de un solo estanque, llamado termoclina, encargado del bloque de acumulación de una planta CSP, las que acumulan la energía proveniente de la radiación solar para producción de energía eléctrica en un bloque de potencia. Esta tecnología utiliza un solo estanque de acumulación en vez de dos, tal que tanto en los procesos de carga y descarga, se forma un gradiente vertical de temperatura en su interior, llamado termoclina. Para ello, se establecen las ecuaciones que gobiernan los fenómenos físicos, se dimensiona el estanque y las condiciones de borde e iniciales, se adapta el modelo en el software Comsol v5.3, y se configura para los procesos de carga y descarga. Los gráficos y valores obtenidos por el estudio indican una clara relación entre el espesor de la termoclina y las pérdidas de acumulación en un ciclo de operación. A medida que el espesor alcanza mayores valores, la pérdida de acumulación es mayor, de modo que una termoclina más compacta aumenta el rendimiento del estanque acumulador. Otra variable importante es la porosidad del medio de relleno del estanque, pues un aumento en la porosidad indica un aumento de rendimiento, lo que se explica por la mayor área para transferencia de calor entre el medio y el fluido de trabajo.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / A partir de los años 40 en Chile comenzaron a desarrollarse estructuras industriales de acero, hoy comúnmente relacionadas con las industrias de la minería y la celulosa. Desde sus inicios, la forma de diseñar estas estructuras ha tenido ciertas características influenciadas por la carencia de grandes herramientas de cálculo, como son la sencillez estructural, la prudencia y el pensar mucho, de manera de reducir tanto como se pudiese el uso de herramientas analíticas. Estos diseños fueron validándose con el pasar de los años y de los frecuentes terremotos que ponían a prueba este tipo de estructuras, dando origen a la norma chilena Nch2369. Una forma de caracterizar numéricamente estas estructuras es a través de las esbelteces de sus miembros en compresión. Para esto se observaron las columnas, diagonales en elevación y diagonales en planta de 17 estructuras de 11 proyectos reales a partir de 2008 y hasta 2016, es decir, después de la fecha de oficialización de la norma. Los resultados de las esbelteces tanto globales como locales fueron separados por tipo de miembro en capítulos distintos. Dentro de cada capítulo se muestran gráficos de distribución general, separados por tipo de estructura a la cual pertenecen y por tipo de perfil utilizado; además de valores promedio y porcentajes de participación. La estadística mostró una tendencia en torno al promedio de esbeltez global, el cual para columnas, diagonales y diagonales en planta es de 40, 70 y 76, respectivamente. Mientras que los rangos entre los cuales se mueve dicha esbeltez son de 10-80, 30-120 y 50-100, respectivamente. Por otro lado, para el caso de la esbeltez local de los elementos que forman los perfiles se optó por expresarla en forma del valor de la razón entre la relación ancho-espesor con respecto a su esbeltez límite según la norma, obteniéndose una tendencia al límite 1, llegando a 0.83 para columnas 0.73 para diagonales en elevación y 0.81 para diagonales en planta. En cuanto a las diferencias por tipo de estructura o tipo de perfil, se encontraron diferencias principalmente cuando se cambia el tipo de marco utilizado, reflejado en el caso del tipo de estructura en las diferencias entre naves y estructuras de soporte de silos. Se ha encontrado que, en el diseño de elementos comprimidos, a pesar de hacerse para el miembro más solicitado, hay una clara tendencia a ubicarse intuitivamente cerca del óptimo. Vale la pena mencionar que, dada la simplificación de utilizar perfiles típicos, son pocos los elementos que realmente quedan cerca de los límites establecidos en la norma. De esta forma, dichos límites no están siendo utilizados en la práctica, encontrando rara vez elementos con esbeltez global mayor a 120.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniero Civil / Las ondas solitarias superficiales en líquidos consisten en pulsos estables no lineales, producto del balance entre la no linealidad de la componente advectiva de la aceleración y la dispersión. La formulación comúnmente utilizada es la solución de flujo potencial donde su velocidad de fase y longitud dependen sólo de la amplitud y profundidad. En la realidad, la principal fuerza restitutoria es la gravedad mientras que la viscosidad afecta su atenuación y celeridad. En la naturaleza dichas perturbaciones se observan en el agua producto de cualquier variación singular de volumen o presión. El estudio de estas ondas en fluidos netwonianos más viscosos que el agua se torna importante cuando hay derrame de aceites, como petróleo, cerca de la costa. Éste fenómeno ondulatorio se ha observado también en fluidos no netwonianos como solitones en la porosidad producto de súbitas subpresiones en magma fluidizado. Actualmente no está claro cómo afecta la viscosidad en la propagación de estas ondulaciones tanto en la celeridad como en la amplitud. Si bien existen soluciones analíticas para el agua, donde la viscosidad afecta débilmente su dinámica dentro de una delgada capa límite, no se encuentran mayores referencias para un fluido más viscoso. En el último tiempo se han perfeccionado técnicas ópticas de medición no intrusivas, especialmente útiles para medir con alta precisión a escala de laboratorio. Asimismo, se han desarrollado modelos computacionales en fluidodinámica cada vez más complejos, los que permiten complementar investigaciones experimentales y/o teóricas. Gracias a esto, se realiza un estudio experimental del efecto de la viscosidad en ondas solitarias superficiales en fluidos netwonianos y no netwonianos. Se establece el marco teórico de la propagación de dichas perturbaciones obteniendo una relación analítica usando análisis dimensional y mediante simulaciones numéricas. Las ondas se miden utilizando velocimetría de imágenes de partículas y perfilometría por transformada de Fourier utilizando un canal de acrílico en el Laboratorio de Materia Fuera del Equilibrio del Departamento de Física de la Universidad de Chile. Se obtiene la amplitud, velocidad de fase, profundidad, el número de onda y las propiedades físicas, una solución de glicerina y una de carboximetilcelulosa. Además se implementa un modelo numérico en OpenFOAM para analizar la propagación de ondas más allá de los rangos medidos experimentalmente. Tanto las mediciones realizadas como los modelos numéricos demuestran que a mayor viscosidad disminuye la celeridad de la onda solitaria, para fluidos netwonianos y no netwonianos, resultado consistente con la relación teórica para el rango lineal. Por otro lado, a partir del modelado numérico se obtiene que la celeridad aumenta al disminuir el índice de flujo de la reología del fluido al mismo índice de consistencia. Esto se debe a que a mayores índices de flujo mayor es la viscosidad aparente para un fluido dilatante cuando la tasa de deformación es mayor a la unidad. También se obtiene una relación adimensional entre la tasa de decaimiento, número de Reynolds y el número de onda, donde dicha atenuación de la onda disminuye a mayores números de Reynolds en fluidos no netwonianos para la reología y rango de deformación estudiado. De esta forma se determina el efecto que tiene la viscosidad de un fluido newtoniano y otro no newtoniano sobre la celeridad de la onda solitaria. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través de proyecto de investigación N° 1161751 y la beca de Magíster en Chile, CONICYT-PCHA/Magíster Nacional /2016 - 22161261. Powered@NLHPC: Esta investigación /tesis fue parcialmente apoyada por la infraestructura de supercómputo del NLHPC (ECM-02)

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / En la integración numérica de los métodos de Galerkin sin malla, debido a la complejidad de las funciones de forma, es necesario utilizar una gran cantidad de puntos de integración para lograr que el método sea estable, lo que aumenta los tiempos de cómputo. Por otro lado, la integración directa en el nodo puede ser deseable porque se basa en menos evaluaciones de puntos de integración, pero conduce a inestabilidad numérica debido a un mecanismo similar a la subintegración y al desvanecimiento de las derivadas de las funciones de base en los nodos. En este trabajo se propone un esquema de integración nodal consistente y estable para el método de Galerkin sin malla para problemas de mecánica de sólidos lineal. Para el desarrollo de este esquema se utiliza la descomposición del elemento virtual, la cual fue previamente desarrollada para afrontar problemas de integración numérica en elementos poligonales. El método propuesto en esta tesis se ha denominado NIVED (Nodal Integration using the Virtual Element Descomposition). La integración nodal se evalúa sobre las celdas representativas para cada nodo, basadas en diagramas de Voronoi o en polígonos construidos a partir de mallas de triángulos, donde el centroide de los triángulos representan los vértices de los polígonos. En esta tesis, el esquema se implementa utilizando las funciones de base de la máxima entropía. Para estudiar y demostrar la precisión y la robustez del método de integración nodal se implementan varios problemas de referencia en elastostática y elastodinámica lineal bidimensional. Adicionalmente los problemas estáticos se comparan con el desempeño de un método de Galerkin sin malla utilizando integración de Gauss y el problema dinámico con el desempeño del método del punto material. Se demuestra que el esquema propuesto satisface el test de la parcela lineal entregando error de máquina. Finalmente NIVED demostró ser un esquema consistente y estable.

Ingeniero Civil / El fenómeno de amplificación dinámica de corte ha sido estudiado desde los años 70 existiendo requerimientos que han sido contemplados en códigos de diseño como el neozelandés (NZS, 2006) y europeo (CEN, 1993). Mientras, que la norma chilena NCh433 Of. 1996 INN (2012) no posee ninguna referencia a la amplificación producto de la plastificación de la base. Para estudiar la amplificación del corte se ha llevado a cabo un estudio paramétrico mediante el software de análisis estructural Openseees. El estudio considera 36 diferentes configuraciones de muros, variando el número de pisos (15, 20 y 30), la cuantía de armadura de borde longitudinal (1%, 3% y 5%), el largo de muro (3 [m] y 5 [m]) y su espesor (20 [cm] y 30 [cm]). Cada muro es sometido a 23 registros de terremotos en Chile, considerando intensidades desde 0.08 [g·s], hasta 27.2 [g·s], obteniendo un total de 828 modelos distintos. Posteriormente 128 casos son excluidos del análisis debido a problemas de convergencia, gran parte de estos con cuantía de armadura de borde de 1% producto de su poca resistencia. A partir de los resultados, se observa una relación entre el comportamiento del muro y el desplazamiento elástico, mientras más grande es éste último, existe mayor dificultad de llegar al rango inelástico. La ecuación que describe el desplazamiento elástico es proporcional a la altura e inversamente proporcional al largo del muro, por ende, un menor número de pisos produce un incremento en la amplificación de corte, de igual manera que un mayor largo. En relación a la cuantía de armadura de borde, se aprecia que mientras más menor es éste parámetro, mayor es la amplificación, dado que el muro posee disminuye resistencia. Un caso particular sucede con el espesor, dado que existen dos efectos que se contraponen, por un lado un menor espesor resulta en un mayor porcentaje de carga axial, y a su vez una menor cantidad de armadura; el primer efecto produce una menor amplificación, mientras que el segundo disminuye la resistencia y según lo mencionado anteriormente, aumenta la amplificación. En conclusión, se observa un comportamiento aleatorio al variar el espesor, en que en algunos casos, un efecto predomina sobre el otro. Como último parámetro se define la relación entre el momento flexural lineal y el no lineal (denominado R ̅), el cual representa el factor de reducción de respuesta definido en normas de diseño. Se observa una tendencia proporcional entre la amplificación y R ̅. Los resultados indican que la amplificación dinámica se genera al sobrepasar el momento de fisuración y no el de fluencia como en la teoría, esto sucede debido al cambio de rigidez. Finalmente se deduce que la amplificación dinámica de corte para muros de estructuración típica en Chile está presente en la mayoría de los casos estudiados. Por lo que es recomendable incorporarla eventualmente en normas de diseño teniendo en consideración que se utilizaron valores de altura, largo, espesor y cuantías de armadura comúnmente usados. Se propone una primera aproximación para el cálculo del factor de amplificación de corte.

Ingeniero Civil / El objetivo de esta memoria es emplear el método de múltiples sub-estructuras para estudiar la respuesta de edificios aislados desagregando la respuesta histerética del sistema de aislación y estudiar sus ventajas y desventajas. Para estudiar la evolución temporal de las propiedades dinámicas (periodo, razones de amortiguamiento crítico y formas modales) de edificios con y sin aislación basal se emplea el método (DSI) por pequeñas ventanas de tiempo. Los resultados son validados a través de un método denominado Función de Transferencia por pequeñas ventanas (tfTF) propuesto e implementado en este trabajo de título. El análisis se lleva a cabo para tres estructuras: i) datos obtenidos de una simulación numérica de un edificio aislado en SAP2000, ii) datos experimentales obtenidos para un edificio (BNCS con y sin aislación) que fue ensayado a escala real en la mesa de vibrar de la Universidad de California, San Diego (Estados Unidos), y iii) datos de los edificios chilenos con y sin aislación de la Comunidad Andalucía sujetos a eventos sísmicos de mediana intensidad. De los resultados de la identificación del modelo numérico realizado en SAP2000, se observó el comportamiento elástico-lineal de la superestructura, estudiando la respuesta de la estructura relativa al sistema de aislación; es decir, las propiedades dinámicas de la superestructura fueron invariantes en el tiempo. De igual forma, se observó que las propiedades dinámicas obtenidas para la superestructura coinciden con los valores obtenidos cuando la estructura es modelada con base fija. Por otra parte, el comportamiento histerético bi-lineal del sistema de aislación generó la variación de las propiedades dinámicas de todos los modos de la estructura cuando la identificación se realizó en relación a su movimiento basal. Adicionalmente, se comprueba que el método de múltiples sub-estructuras se puede emplear en estructuras aisladas sujetas a ensayos del tipo pull-back . En el edificio BNCS, la superestructura presentó cambios de frecuencias durante la acción sísmica, comportándose de forma similar a la estructura con base fija. Sin embargo, la superestructura mostro un grado menor de cambios de frecuencias y no se observaron cambios residuales de sus propiedades dinámicas (a diferencia de lo observado para la estructura con base fija) indicando que la superestructura no sufrió daño durante los ensayos sísmicos (lo cual coincide con las observaciones en terreno). Del análisis de las estructuras asociadas a la comunidad Andalucía se apreció que las frecuencias de la superestructura determinadas con el método de múltiples sub-estructuras, son similares a las identificadas para la estructura vecina (con base fija), identificándose el primer modo longitudinal y transversal. También fue posible identificar la evolución temporal de las frecuencias de la estructura aislada, a pesar de los pocos datos de salida disponibles, a la poca instrumentación y a la baja calidad de los equipos que se emplean en los edificios de la comunidad Andalucía.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniera en Recursos Naturales Renovables / El movimiento de individuos en paisajes fragmentados depende de la complejidad estructural del ambiente ajeno, la que en matriz forestal dependería de la presencia de vegetación acompañante (VA) en las plantaciones que la conforman. La presencia de VA generaría un menor desplazamiento y movimientos más circulares, los que resultan en una mayor permanencia en un hábitat que ofrece mayor estabilidad microclimática, mayor oferta de recursos y mayor disponibilidad de micro-sitios para oviposición, hibernación y refugios. El bosque Maulino de Chile central es un ecosistema único por su gran endemismo y biodiversidad. Hoy se encuentra altamente reducido y fragmentado, rodeado principalmente por plantaciones de pino radiata (Pinus radiata D. Don).

Memoria para optar al título profesional de Ingeniera en Recursos Naturales Renovables / Los cambios en la cobertura de la tierra son un fenómeno natural que ha forjado nuestro planeta. Sin embargo, la humanidad en las últimas décadas ha generado cambios de gran extensión y velocidad sin precedentes históricos. Estos pueden modificar el funcionamiento de los ecosistemas e incluso el clima a nivel mundial. De aquí se desprende la importancia de conocer la dinámica de las coberturas de suelo en un área para entender la actual configuración del paisaje, utilizando ésta información para proyectarse en el futuro y estudiar como guiar el desarrollo de una región. En este contexto se desarrolló un análisis espacio-temporal del cambio de cobertura de suelo para las comunas de Coltauco y Doñihue, ubicadas en la región del Libertador Bernardo O’Higgins, mediante la utilización de imágenes Landsat correspondientes a los época estival de los años 1985, 1997, 2007 y 2014. Se realizó una clasificación supervisada en base al comportamiento espectral de las superficies. A partir de los resultados de esta clasificación se pudo calcular el área correspondiente a cada clase para cada año y analizar las transiciones ocurridas entre las distintas clases de cobertura de suelo. Además, se evaluaron las variables que puedan explicar estos cambios y las posibles tendencias al año 2024.

Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables / Los sistemas forestales, naturales y antrópicos, tienen un rol central en la generación de servicios ecosistémicos de, entre otros, provisión de agua y regulación del ciclo hidrológico. Sin embargo, este se ve afectado por la degradación y pérdida de los bosques en una cuenca. La expansión de la industria forestal y la pérdida de bosque nativo en la zona central de Chile desde mediados de la década de 1970 se ha relacionado con la disminución en la cosecha de agua a largo plazo, sin embargo, hasta ahora los análisis solo se han realizado considerando la composición del paisaje, obviando la configuración del mismo. Esta zona se identifica como un paisaje antrópico dominado por una matriz de plantaciones industriales de especies de rápido crecimiento (Pinus radiata D. Don y Eucalyptus spp.) y parches aislados de renovales de vegetación nativa, matorrales, cultivos de secano y suelo desnudo, el cual muestra una intensa dinámica espacial y estructural interior definida por las cortas rotaciones forestales (10 a 20 años).