Tesis para optar al título profesional de Arquitecto / La presente tesis estudia cómo los terremotos -uno de los fenómenos naturales más frecuentes en el territorio chileno- han condicionado el desarrollo de la arquitectura residencial de Santiago. Para ello se aborda en la primera parte de la tesis, de manera general y valiéndose de fuentes históricas, el desarrollo arquitectónico, constructivo y estructural de la vivienda entre los siglos XVI y XX, es decir, en el periodo que se considera de experimentación constructiva impulsada por la destrucción causada por los terremotos, entre la fundación de la ciudad de Santiago en 1541 y el arribo masivo de los sistemas constructivos industrializados al país, los cuales empiezan a valerse del cálculo numérico para enfrentar los sismos. Posteriormente, en la segunda parte de desarrollo de la tesis, el estudio se centra específicamente en las últimas décadas del siglo XIX y principios del XX por considerarse a ese periodo como la fase cúlmine de siglos de experimentación y a la vez la antesala de la promulgación de la primera Ordenanza General de Construcciones y Urbanización (1930). Para profundizar en dicho periodo de transición, se aborda el estudio a través del análisis directo de la tipología “Cité”, por constituir ésta una arquitectura emergida en las décadas en estudio y por existir aún muchos casos en uso que permiten ser abordados como fuentes de información primaria. Si bien el cité ha sido muy estudiado desde la perspectiva urbana-arquitectónica, su dimensión constructiva-estructural no ha sido abordada, considerando además que éste nació y aún se conserva en un contexto altamente sísmico como lo es Chile; así la tesis analiza uno de los últimos ejemplos de arquitectura residencial espontánea previa a la normalización de la arquitectura residencial.

Estructuras con comportamiento sísmico inadecuado son la principal causa de pérdidas humanas y económicas ante eventos sísmicos importantes. Para estimar la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones, sobre todo de aquellas que sirvan de refugio ante terremotos, se desarrolló una metodología probabilística que predice las pérdidas por sismo en edificaciones universitarias peruanas. Las edificaciones universitarias son estructuras consideradas como esenciales por la normativa peruana sismorresistente E.030 (2014), por ello, el presente trabajo de investigación pretende ser un aporte a la mitigación de desastres sísmicos. Se generan curvas de fragilidad analíticas mediante simulación considerando la aleatoriedad en demanda sísmica y en propiedades mecánicas de la estructura. Dichas curvas son funciones que representan la vulnerabilidad de una estructura ante la acción de distintos niveles de intensidad sísmica. Estas funciones de vulnerabilidad permitirán estimar porcentajes de daño con respecto al costo total de reparación de la estructura y evaluar el desempeño de distintos sistemas de reforzamiento. Se generó una cantidad importante de modelos estructurales sometidos a una cantidad significativa de acelerogramas sintéticos a través de un análisis dinámico no lineal. Las señales sintéticas son generadas en base a un Parámetro indicador de la Intensidad Sísmica (PIS). Los resultados del análisis brindan la deriva máxima de entrepiso δmáx definida como el Parámetro Identificador de Daño (PID). El PID permitirá generar las curvas de fragilidad a través de un procedimiento estadístico. Los porcentajes de daño con respecto al costo total de reposición de las estructuras están relacionados a determinados escenarios de intensidad sísmica y puede ser estimados a través de un método sencillo, el cual considera estados discretos de daño (leve, moderado, severo y colapso) en base al δmáx de las estructuras. Las edificaciones analizadas son dos edificios universitarios ubicados en la ciudad de Cusco. Estos están conformados por pórticos de concreto armado en sus direcciones longitudinal y transversal (X y Y). Los resultados demuestran que las curvas de fragilidad representan razonablemente la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones universitarias. Ambos edificios universitarios presentan un comportamiento similar ante un evento sísmico con aceleración máxima en la roca (PGA - Peek Ground Acceleration) de 0.22g obtenida del estudio de peligro sísmico probabilístico (PSHA – Probabilistic Seismic Hazard Analysis) en la ciudad del Cusco. Usando este PGA y las curvas de fragilidad, podrán estimarse los porcentajes de daño aproximados a través de una metodología sencilla propuesta por Hwang y Lin (2002) que define un factor medio de daño (FDM). Los valores FDM hallados para los edificios universitarios de Enfermería y Electrónica son 82.55% y 60.25% respectivamente. Estos resultados indican que ambas edificaciones presentan distintos comportamientos y grandes porcentajes de daños ante un evento sísmico cuya probabilidad de excedencia es de 10% en 50 años (periodo de retorno de 475 años) definida en E.030. Los resultados demuestran que existirá un daño promedio mayor al 50% del costo total de un edificio nuevo. Ello evidencia que no será razonable afrontar el costo de las reparaciones y será mejor asumir el costo de un nuevo edificio. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / El monitoreo de la salud estructural o SHM, por su sigla en inglés, es el área de la ingeniería dedicada a la creación e implementación de estrategias y tecnologías que permitan determinar la existencia, ubicación y gravedad del daño presente en una estructura. En los últimos años, parte importante de la investigación se ha centrado en el desarrollo de las denominadas técnicas de monitoreo global en base a vibraciones. Esta clasificación encierra a todas aquellas metodologías capaces de emitir un diagnóstico estructural a partir de las mediciones registradas por un conjunto limitado de sensores instalados sobre la estructura; evitando, así, inspecciones visuales o el uso de cualquier otra herramienta local que requiera un conocimiento a-priori de las regiones dañadas; locaciones que además deben ser accesibles. Este trabajo presenta contribuciones analítico-teóricas hacia la construcción de un sistema automático de detección de daños en base a vibraciones. En primer lugar, se introduce el algoritmo SSI-COV como solución al problema de la identificación robusta de sistemas de propiedades lineales e invariantes en el tiempo, excitados por cargas de naturaleza estocástica. Se estudian sus fundamentos y propiedades, y se discute su aplicación al análisis modal. En particular, se demuestra que, bajo ciertas condiciones, los estimadores generados por el método SSI-COV son asintóticamente consistentes y gaussianos. Se derivan, además, fórmulas analíticas para las covarianzas asintóticas de las frecuencias y amortiguamientos modales. Registros sintéticos de aceleración de la estructura de pruebas IASC-ASCE son utilizados para validar el algoritmo de identificación. En segundo lugar, se describen los aspectos teóricos y numéricos detrás del método (semi) paramétrico de detección de daños en base a residuales del subespacio. La premisa tras este enfoque recae en la sinonimia entre las perturbaciones de los parámetros modales de una estructura, y la existencia de daño en al menos uno de sus elementos. En este contexto, se demuestra que, bajo el enfoque local y asumiendo invariantes las propiedades estadísticas del input que actúa sobre el sistema, detectar alteraciones estructurales equivale a identificar cambios en el valor promedio de un vector aleatorio gaussiano; resultado que introduce un test chi-cuadrado para la detección de daños. La eficacia del método propuesto es demostrada a través de dos ejemplos numéricos: un edificio de corte clásico, bidimensional, de 10 pisos; y la estructura de pruebas IASC-ASCE. En ambos casos, se analiza la sensibilidad del test chi-cuadrado respecto a la posición de los sensores instalados sobre la estructura.

Estructuras con comportamiento sísmico inadecuado son la principal causa de pérdidas humanas y económicas ante eventos sísmicos importantes. Para estimar la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones, sobre todo de aquellas que sirvan de refugio ante terremotos, se desarrolló una metodología probabilística que predice las pérdidas por sismo en edificaciones universitarias peruanas. Las edificaciones universitarias son estructuras consideradas como esenciales por la normativa peruana sismorresistente E.030 (2014), por ello, el presente trabajo de investigación pretende ser un aporte a la mitigación de desastres sísmicos. Se generan curvas de fragilidad analíticas mediante simulación considerando la aleatoriedad en demanda sísmica y en propiedades mecánicas de la estructura. Dichas curvas son funciones que representan la vulnerabilidad de una estructura ante la acción de distintos niveles de intensidad sísmica. Estas funciones de vulnerabilidad permitirán estimar porcentajes de daño con respecto al costo total de reparación de la estructura y evaluar el desempeño de distintos sistemas de reforzamiento. Se generó una cantidad importante de modelos estructurales sometidos a una cantidad significativa de acelerogramas sintéticos a través de un análisis dinámico no lineal. Las señales sintéticas son generadas en base a un Parámetro indicador de la Intensidad Sísmica (PIS). Los resultados del análisis brindan la deriva máxima de entrepiso δmáx definida como el Parámetro Identificador de Daño (PID). El PID permitirá generar las curvas de fragilidad a través de un procedimiento estadístico. Los porcentajes de daño con respecto al costo total de reposición de las estructuras están relacionados a determinados escenarios de intensidad sísmica y puede ser estimados a través de un método sencillo, el cual considera estados discretos de daño (leve, moderado, severo y colapso) en base al δmáx de las estructuras. Las edificaciones analizadas son dos edificios universitarios ubicados en la ciudad de Cusco. Estos están conformados por pórticos de concreto armado en sus direcciones longitudinal y transversal (X y Y). Los resultados demuestran que las curvas de fragilidad representan razonablemente la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones universitarias. Ambos edificios universitarios presentan un comportamiento similar ante un evento sísmico con aceleración máxima en la roca (PGA - Peek Ground Acceleration) de 0.22g obtenida del estudio de peligro sísmico probabilístico (PSHA – Probabilistic Seismic Hazard Analysis) en la ciudad del Cusco. Usando este PGA y las curvas de fragilidad, podrán estimarse los porcentajes de daño aproximados a través de una metodología sencilla propuesta por Hwang y Lin (2002) que define un factor medio de daño (FDM). Los valores FDM hallados para los edificios universitarios de Enfermería y Electrónica son 82.55% y 60.25% respectivamente. Estos resultados indican que ambas edificaciones presentan distintos comportamientos y grandes porcentajes de daños ante un evento sísmico cuya probabilidad de excedencia es de 10% en 50 años (periodo de retorno de 475 años) definida en E.030. Los resultados demuestran que existirá un daño promedio mayor al 50% del costo total de un edificio nuevo. Ello evidencia que no será razonable afrontar el costo de las reparaciones y será mejor asumir el costo de un nuevo edificio. / Tesis

Ingeniera Civil / En Chile, un país con alta actividad tectónica, el diseño sísmico de edificios y obras industriales cobra gran relevancia, y está normado. Sin embargo, algunas estructuras portuarias, tales como rompeolas, generalmente no se verifican sísmicamente, al no considerar las cargas sísmicas como dominantes. No obstante, la literatura entrega registros de evidencia de rompeolas con daño debido a eventos sísmicos, mencionando desmoronamiento de la coraza, asentamientos; y principalmente, falla de talud y deslizamientos superficiales. Lo anterior, sumado a que se prevé un crecimiento de infraestructura portuaria sostenido en nuestro país, motiva la propuesta de una metodología de análisis sísmico para rompeolas. Específicamente de talud tipo escollera, el más utilizado tanto en Chile como en el extranjero. La propuesta metodológica consiste en un análisis sísmico pseudo-estático, en que se considera la interacción entre estructura, suelo y agua. Esto se traduce en una serie de esfuerzos actuando de manera conjunta. Dos modos de falla son abordados, el desplazamiento horizontal del rompeolas y el deslizamiento superficial de talud. Se define un criterio de estabilidad para ambos; un factor de seguridad de 1,1[-]. De no ser cumplido, el rompeolas es inestable sísmicamente. La inestabilidad, sin embargo, no implica necesariamente un daño significativo, por lo que la propuesta continúa con un análisis de desplazamientos para los casos no satisfactorios. Esto según el Método de Newmark, utilizando registros sísmicos reales. El criterio de aceptación es alcanzar deformaciones menores a 100[cm] para desplazamiento horizontal, y 0,5D y 0,75D para deslizamientos de talud (D: diámetro característico elemento de coraza). La propuesta metodológica es aplicada en rompeolas de talud tipo escollera construidos en Chile. Incluye el análisis a un rompeolas extenso, con las características que se esperan para los futuros proyectos portuarios. Se analiza y discute tanto la propuesta como los resultados obtenidos en los ejemplos. Para esta primera aproximación, los resultados obtenidos son satisfactorios, invitando a continuar con la investigación sobre comportamiento sísmico de rompeolas.

El objeto de este trabajo es el estudio de las demandas de rigidez establecidas en algunos de los principales códigos de diseño sismorresistente del mundo, desde el punto de vista del control de la deriva. / Tesis

Ingeniero Civil / El 11 de marzo de 2011 un terremoto de 8,9 grados en la escala de Richter golpeó las costas de Japón. Tras el terremoto, un tsunami azotó las instalaciones de la central nuclear de Fukushima I, las olas del tsunami alcanzaron las casas de bombas de los sistemas de enfriamiento, dejando estas de funcionar, lo que llevo al colapso de los seis reactores, provocando la fusión parcial del núcleo de tres de ellos, emitiendo a la atmosfera partículas radioactivas. Tras esta catástrofe nuclear, las compañías de seguros advirtieron esta falencia en los sistemas de enfriamiento con agua de mar. Chile es un país sísmico, y por ende, también estamos expuestos a la ocurrencia de tsunamis en nuestras costas. Considerando que muchas de las centrales termoeléctricas construidas o actualmente en proyecto en Chile, cuentan con sistemas de enfriamiento con agua de mar, tendrían estos sistemas de enfriamiento riesgos similares de falla a los de la central nuclear de Fukushima I. En el marco de lo anterior, el presente trabajo de título tiene por finalidad proponer una solución anti-tsunami para los sistemas de agua de enfriamiento en centrales termoeléctricas a carbón. La solución propuesta consiste en separar en la casa de bombas, el foso de filtrado del foso de bombas, reubicando el foso de bombas/motores a una cota protegida ante una eventual inundación en caso de tsunami. Para conducir el agua de mar del foso de filtros a la nueva ubicación del foso de bombas, se propone construir un túnel de conducción de agua de mar bajo la cota del nivel mar. El presente estudio analiza la factibilidad técnica y estima los costos de la construcción de este túnel en dos tipos de suelo, el primero de ellos en un limo cementado y el segundo en roca, en ambos casos se considera un túnel de largo 200 metros. En el caso de un suelo del tipo limo cementado, se estudia la metodología constructiva tunnel liner y se concluye que es técnicamente factible utilizar este método y su costo total aproximado es de MMUS$ 11,7. Por otro lado, en el caso de un suelo del tipo roca, se estudia la metodología constructiva de perforación y voladura y se concluye que es técnicamente factible y su costo total aproximado es de MMUS$ 6,6.

Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo es el de presentar una revisión de estado del arte del análisis del comportamiento de tuberías enterradas frente a solicitaciones sísmicas. Para lo anterior, se realizó una revisión bibliográfica con el objeto de establecer las filosofías de diseño de tuberías enterradas e identificar los modelos numéricos más citados en la literatura, para luego clasificarlos y describirlos en términos de los métodos de análisis utilizados, sus hipótesis y tipos de amenazas sísmicas. Además, se realizó una breve descripción de los daños en los sistemas de tuberías a raíz del sismo del 27 de febrero de 2010. Los modelos escogidos han sido clasificados en dos categorías según el tipo de amenaza sísmica presente en el problema. En primer lugar, se han agrupado los modelos asociados a la acción de ondas sísmicas, y en segundo lugar, se han agrupado los modelos asociados a amenazas presentes en el suelo, como lo son las fallas geológicas, deslizamientos y desplazamientos permanentes en el suelo. Además, se presentan algunas comparaciones al final de cada capítulo, y en el caso de los efectos asociados al suelo (fallas geológicas), se compara con resultados numéricos de modelos no considerados por las guías de diseño utilizadas. En base a los resultados obtenidos, la profundidad de entierro, y en general, los parámetros del suelo que proporcionan un aumento en las fuerzas de interacción en la interfase suelo-tubería, inciden negativamente en la respuesta de ésta, pues aumentan las deformaciones unitarias en el elemento. Por último, en la norma NCh2369.Of2003 no contempla el diseño de este tipo de elementos, por lo que es deseable contar en el mediano plazo con alguna norma que incluya este apartado, pues se presenciaron daños en tuberías enterradas luego del sismo del 27 de febrero de 2010.

Ingeniero Civil / El objetivo de este trabajo es estudiar la vulnerabilidad sísmica de edificios habitacionales de hormigón armado dañados en el sismo del 27 de Febrero de 2010 en la Región Metropolitana y de los inmediatamente vecinos a ellos, de modo de correlacionar algunos índices de vulnerabilidad con el daño producido por el sismo. Para el desarrollo del trabajo se seleccionan 13 edificios por sus significativos daños en el sismo del 27 de Febrero. Completándose una muestra final de 53 edificios que considera a los edificios vecinos de los previamente seleccionados. Se reúnen antecedentes de cada edificio en las respectivas municipalidades y oficinas de cálculo. Finalmente se completa una ficha tipo para cada edificio, donde se normaliza toda la información reunida. Se registran los distintos tipos de daño que tuvieron los edificios de la muestra producto del sismo, y se clasifican de acuerdo a su nivel de daño. Los índices calculados son H/T (altura/período), densidades de muro por unidad de piso y peso, índice de vulnerabilidad de Shiga e índice de vulnerabilidad del G.N.D.T. Las conclusiones de este trabajo indican que los edificios mayormente dañados de la muestra son de construcción reciente, entre los años 2006 y 2008 y todos tienen sobre 18 pisos de altura. Los índices densidad de muro por unidad de piso (dn), y densidad de muro por unidad de piso y peso (dnp) son menores comparativamente para los edificios con mayor daño que para el resto. Por su parte, los límites para e determinados por Shiga no aplican a los edificios de esta muestra. Los edificios con daños se agrupan en la zona de e . Por otro lado, el índice de vulnerabilidad del G.N.D.T (Ivn) entrega valores que son posibles de correlacionar con el nivel de daño de los edificios, proponiéndose un límite de 0.64 para evitar daños severos principalmente en edificios sobre 18 pisos de altura.

Ingeniero Civil / El 27 de febrero del 2010 se produjo en Chile un terremoto de gran magnitud, el cual produjo severos daños en algunos edificios habitacionales de hormigón armado. En particular, se observó una falla que se localizó en las plantas bajas y en el borde libre de muros estructurados en forma transversal T. Esta falla se caracterizó por la pérdida del hormigón de recubrimiento, el colapso del núcleo de hormigón, la fractura o abertura de estribos de confinamiento como también el pandeo de la armadura longitudinal. Debido a lo anterior, para estudiar y analizar experimentalmente este tipo de falla, se caracterizó una probeta de hormigón armado emulando el borde libre en compresión del muro T. Además se diseñó una matriz de ensayos con diferentes configuraciones de confinamiento (detallamiento de estribos, espaciamiento de estribos), configuraciones geométricas y de pre-tracción de la armadura longitudinal, esto último para emular la tracción del borde del muro durante un sismo. A partir de los ensayos se analizó y comparó experimentalmente la respuesta global (en relación a la capacidad de carga, el nivel de degradación y la inestabilidad) además de la respuesta interna (en relación a la armadura de confinamiento y de la armadura longitudinal), evidenciándose un comportamiento particular para las probetas con pre-tracción. Éste se caracterizó por una disminución en la capacidad de carga y en algunos casos un corrimiento de la deformación en el máximo de carga, no observándose una reducción o aumento en la degradación comparado con las probetas sin pre-tracción. En las probetas que presentaron confinamiento transversal se evidenció que el nivel de degradación posterior al máximo de carga fue menor comparado con aquellas que no presentaron confinamiento. También se evidenció que la pérdida de carga para deformaciones axiales cercanas a la máxima deformación en compresión para muros, estipulada en la actual normativa, fue menor para las probetas con confinamiento (cerca de un 27% de pérdida en relación a su carga máxima, para detallamiento ACI 318). Se apreció que los ganchos de estribos en 90° no tuvieron un buen comportamiento en cuanto al confinamiento, pues se abrieron, no anclándose al núcleo de hormigón. Se apreció que los estribos de refuerzo transversal en el máximo de capacidad de carga alcanzaron aproximadamente un 25% de la tensión de fluencia, valor por debajo de la suposición de los modelos tradicionales de hormigón confinado. En relación a las probetas con pre-tracción posiblemente la pérdida de capacidad esté relacionada con la velocidad con la que se cierran las grietas y con la pérdida de recubrimiento luego de cerradas las grietas, esto último presentado en el trabajo de Herrera (2013).