Earthquakes are natural phenomena that can cause severe damage to civilian infrastructure and prolonged disruption to society. Depending on their magnitude, epicenter location, infrastructure characteristics, and many other features, earthquakes may generate large amounts of debris and waste. The large amounts of debris generated after the disaster become one of the main problems for a population facing a health issue and rapid reconstruction of the city. A proper characterization and quantification of debris and subsequent waste management and reconstruction plan is essential for the restoration of an area affected by an earthquake. This study presents a methodological approach to characterize and quantify the debris produced as a consequence of earthquakes, as well as the flow of materials required for the reconstruction of the area affected. The proposed methodology includes an infrastructure characterization stage, a probabilistic estimation of damage by characterizing the vulnerability functions using CAPRA-GIS tool, and material flow analysis (MFA) for the characterization and quantification of debris associated with the event of an earthquake and new materials for the reconstruction stage. A case study was developed to test this methodological approach. The residential sector of Tacna, a city with high seismic risk located on the southern coast of Peru, was selected. Moreover, five different construction systems (i.e. Reinforced Masonry Bearing Walls with Concrete Diaphragms, Adobe, Wood, Concrete Shear Walls and Straw) presented in the residential sector of Tacna were characterized. Also three possible earthquake scenarios (i.e. 8.6 Mw., 7.5 Mw. and 6.2 Mw.) were analyzed, each one with three different end-of-life management situations. Simultaneously, the origin and quantities of new materials needed for the reconstruction of civil infrastructure were determined. The flow of new materials considered productivity rates in the construction and manufacturing sectors. The results show that in the presence of the greater earthquake (8.6 Mw.), adobe and straw homes suffered greater damage, with damage percentages of 63 and 48, yielding 27000 tonnes and 1390 tonnes of debris, respectively. Also, 204,000 tonnes of concrete, 7,400 tonnes of steel and 461,400 tonnes of clay brick were included as debris generated in this scenario. Furthermore, for all scenarios, the MFA estimates a regional import of materials (e.g. cement, steel, brick and wood) for the reconstruction phase. The following methodology is applicable to developed and undeveloped countries with different housing types, their respective vulnerability functions and constant earthquake recurrence. / Tesis

La mayoría de las viviendas construidas en el Perú son a base de muros de albañilería confinada. Sin embargo, la construcción de este tipo de estructuras no se realiza con la unidad adecuada. Una de las razones principales para utilizar este ladrillo, conocido como King Kong 18 huecos, es el bajo costo que presenta en las fábricas industriales de producción de unidades de arcilla con respecto a la unidad adecuada, el cual es el ladrillo INFES. Cabe agregar, que la Norma E.070 establece que las construcciones de albañilería confinada deben construirse con ladrillos INFES, ya que estos presentan un porcentaje de vacíos menor al 30% de su área. Debido a que el ladrillo King Kong 18 huecos posee un porcentaje de vacíos mucho mayor al 30% de su área (aproximadamente 45%), es necesario conocer su comportamiento ante sismos. Por ello, en este trabajo, el objetivo principal es conocer el comportamiento sísmico de los muros de albañilería confinada construido con ladrillos King Kong 18 huecos. Para ello, se construyeron tres muros a escala natural, los cuales fueron sometidos a ensayos de carga lateral cíclica de desplazamiento controlado mediante el protocolo de ensayo del FEMA 461. Asimismo, se realizaron pruebas a la unidad utilizada para conocer sus características y se realizaron ensayos a pilas y muretes construidos con este tipo de ladrillo para determinar sus propiedades mecánicas. La importancia de este trabajo es conocer si los muros de ladrillo King Kong 18 huecos poseen un comportamiento estructural adecuado ante sismos. Además, determinar si los muros construidos representan a las viviendas de albañilería confinada construidas en Lima. Los ensayos realizados brindaron como resultados la curva de capacidad de los muros. Esta se representó en una curva trilineal para la determinación de los puntos de fluencia, resistencia máxima y última. De esta manera, se obtuvo la ductilidad del muro, la cual fue mucho mayor a la esperada. Se puede concluir que los muros desarrollaron una gran ductilidad ante las cargas cíclicas. Asimismo, la descripción de los daños del muro para los límites establecidos brindó información de los niveles de desempeño de este tipo de albañilería ante cargas cíclicas. / Tesis

El presente estudio de investigación evalúa el desempeño sísmico de los edificios hospitalarios (componentes estructurales y no estructurales), ante 4 niveles de sismos, empleando una estructura representativa de edificación hospitalaria del Perú. El edificio típico de hospital se obtiene del análisis comparativo de la arquitectura y estructuración de los pabellones hospitalarios en varios proyectos que se vienen desarrollando en el país. Se emplean las técnicas de análisis estático no lineal (Pushover) y análisis dinámico incremental para la obtención de la respuesta estructural. Para el análisis de los elementos no estructurales se estudia la respuesta no lineal de los tabiques divisorios de albañilería confinada aislados de los sistemas estructurales y anclados al mismo en su parte superior. Los niveles de desempeño estructural y no estructural se determinan siguiendo los lineamientos de ASCE 41-13. Finalmente, a partir de las matrices de daño locales en vigas, columnas y tabiques, y los costos unitarios de reparación para cada nivel de daño obtenidos de las referencias, se estima en niveles de pérdidas probables para diferentes intensidades sísmicas / Tesis

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.

Ingeniero Civil / Las estructuras de acero con columnas tubulares cuadradas presentan una ventaja en comparación a columnas con perfiles abiertos al no poseer un eje débil, característica de gran importancia para el comportamiento sísmico de una estructura. Dado que Chile es uno de los países con mayor sismicidad del mundo resulta conveniente el estudio de una edificación con estas características. El presente trabajo es un estudio analítico del desempeño sísmico de una estructura con columnas tubulares conectadas a vigas I mediante placas apernadas y un diafragma con el uso de la metodología FEMA P695. La estructura se supone emplazada en la comuna de Las Condes, ciudad de Santiago, Chile donde la sismicidad se encuentra dominada por sismos de subducción. El diseño de la estructura queda controlado por el desplazamiento máximo entre pisos. El diseño obtenido es modelado considerando la no linealidad de sus elementos por medio de la incorporación de rótulas plásticas en vigas y columnas, luego se analiza por medio de dos tipos de análisis no lineales: estático pushover y dinámico time-history, para lo cual se utilizan 18 registros de aceleraciones de 5 sismos ocurridos en territorio Chileno durante los últimos doce años con el objetivo de determinar el factor de reducción de respuesta de la estructura. Los resultados del análisis no lineal indican que la estructura posee una gran sobrerresistencia junto con una elevada ductilidad. Los factores de reducción de respuesta obtenidos son mayores que los establecidos por la norma sísmica chilena NCh433, con lo cual la NCh433 subestima la capacidad inelástica de la estructura.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / En el presente trabajo se estudia la demanda sísmica involucrada en el colapso del edificio Alto Río, durante el terremoto de El Maule del 27 de febrero de 2010, considerando la teoría de propagación de ondas. Para ello se analizan los acelerogramas registrados en la ciudad de Concepción (Concepción Centro: Colegio Inmaculada y Concepción San Pedro: San Pedro de la Paz) y el registro de GPS dinámico del observatorio geodésico TIGO, considerando el registro de Concepción Centro como representativo de la demanda sísmica sobre el edificio Alto Río, debido a la proximidad y similitud de los suelos de ambos sitios. A partir de lo observado en los odogramas de ondas de los registros de desplazamientos integrados de Concepción Centro, se detecta una onda tipo Rayleigh durante la llegada del primer pulso sísmico, la cual se caracteriza por imponer movimientos con importante polarización en la dirección de colapso y marcado acoplamiento en la dirección vertical. Estas características de la demanda sísmica serían las que provocaron la falla frágil, explosiva y progresiva del edificio, sugerida por el levantamiento de daños realizado en los estudios y peritajes considerados. Medidas en terreno indican un desplazamiento de 55 a 80 cm del volumen colapsado respecto de la base del edificio, en dirección paralela a la dirección longitudinal de la planta; este corrimiento fue parcialmente reconstruido sumando los desplazamientos sísmicos en dicha dirección, registrados por los acelerogramas de Concepción Centro y cosísmicos detectados por el registro de GPS dinámico (con mayor aporte en el total), durante el intervalo de tiempo en que se identifica el primer pulso sísmico en los registros. Por lo tanto, la base del edificio habría sido desplazada respecto del volumen en colapso a causa del efecto de los desplazamientos cosísmicos y sísmicos durante la llegada del primer pulso emitido desde la fuente sísmica, durante el proceso explosivo, frágil y progresivo de falla de la estructura, Tomando en cuenta que la llegada del primer pulso sísmico, emitido desde la aspereza sur, es previa al primer episodio de vibraciones libres de suelo identificado en los registros, se concluye que la demanda sísmica que provoca el colapso de la estructura estaría dominada por efectos de fuente y no por la respuesta del suelo.

Debido a la naturaleza sísmica de nuestro país, el desempeño de los muros estructurales de edificios es de suma importancia para el buen funcionamiento frente a solicitaciones sísmicas. Por esto, esta memoria tiene como objetivo principal verificar y estudiar la capacidad de corte de muros cortos de hormigón armado, a través de un modelo puntal tensor. A pesar que este método nace de la necesidad de mejorar el detallamiento de la armadura presente en el hormigón, su uso no solo se restringe a esto, si no que también puede utilizarse para el diseño y modelamiento de estructuras. El modelo que se utiliza en esta memoria encuentra su base en el modelo de Hwang et al. (2001). A pesar de que el modelo propuesto se basa en los conceptos de estos autores, éste es completamente diferente en la manera en que determina el esfuerzo último de corte de los muros cortos de hormigón armado, ya que éste basa su búsqueda del esfuerzo de corte en las deformaciones promedio que los muros tienen tanto horizontal como verticalmente, las que dependen del desplazamiento entre pisos (“drift”) que presenta el muro, en vez de basarse en una distribución de fuerzas. Estos parámetros fueron calibrados a través de un modelo de elementos finitos, para caracterizar las condiciones de los muros que se pretendían modelar en esta memoria. Esta modificación definiría el mecanismo vertical u horizontal cuando éstos no presenten armadura distribuida en su configuración. De esta manera queda definida la deformación unitaria cuando los tensores (vertical u horizontal) alcancen su capacidad. Los resultados del modelo propuesto fueron comparados respecto de distintos parámetros de los muros de hormigón armado, para de esta manera, determinar la dependencia del modelo con los parámetros. Además los resultados fueron comparados de manera específica con los resultados de los ensayos, para verificar si la tendencia del modelo era similar a la de los ensayos. El comportamiento del modelo fue similar al de los ensayos, lo que valida el análisis realizado, a pesar de que estos sobreestimaran la capacidad del esfuerzo de corte último de los muros de hormigón armado.

Ingeniero Civil de Minas / El objetivo de esta memoria es analizar la estabilidad física de una presa de relaves espesados ante solicitaciones estáticas y sísmicas mediante el uso de herramientas empíricas, de equilibrio limite y modelamiento numérico. Para llevar a cabo el estudio, se selecciona una geometría y parámetros geotécnicos de los materiales de construcción representativos de una presa de relaves espesados. Para el caso de estudio definido, se realiza el análisis de estabilidad física estática, pseudo-estática, y dinámica, en softwares comerciales de equilibrio limite (SLIDE v7.0) y de elementos finitos (RS2 v9.0) y diferencias finitas (FLAC3D v5.00). En el caso del software RS2 se considera un amortiguamiento Rayleigh, mientras que, en el software FLAC3D se considera un amortiguamiento de tipo histerético Hardin-Drnevich. Para el caso sísmico se considera un registro de aceleraciones sintético que representa a un sismo de diseño de momento magnitud, Mw=8.8, cuya aceleración máxima a nivel superficial (PGA) es de 0.45g. Para esta solicitación sísmica, se procede a comparar los resultados de los métodos empíricos, equilibrio limite y modelamiento numérico con respecto a los factores de seguridad, modo de falla, aceleración de respuesta, y desplazamientos, según corresponda. El objetivo de este análisis es establecer similitudes y diferencias entre las distintas herramientas y metodologías. Los resultados de los análisis estáticos mediante equilibrio limite y modelamiento numérico indican que el modo de falla del muro de contención corresponde a deslizamientos superficiales con factores de seguridad que varían entre 1.8 a 2.0 Con respecto al análisis sísmico, se encuentran asentamientos similares a nivel de la cresta del muro obtenidos mediante los softwares RS2 y FLAC3D. Adicionalmente, estos asentamientos son comparados con fórmulas empíricas (Swaissgood) entregando valores consistentes. Por último, los métodos simplificados de bloque deslizante (Newmark, Gibson) estiman desplazamientos de baja magnitud en comparación a las formulas empíricas y modelamiento numérico.

Ingeniero Civil / Nuestro país se caracteriza por ser altamente sísmico debido a las condiciones geotectónicas de su territorio. Por otra parte, el mercado de la construcción constituye uno de los principales exponentes del crecimiento que nuestro país ha experimentado en los últimos años, y en donde el hormigón armado (HA) es el material más utilizado en edificación en altura. Los elementos estructurales de HA que más falencias presentaron en el pasado terremoto fueron los muros y en particular los elementos de borde o puntas de muro . El daño se focalizó principalmente en los muros de subterráneo, y se caracterizó por una grieta horizontal acompañada del pandeo del refuerzo longitudinal ubicado en los bordes del elemento. Esto se genera debido a que el descascaramiento prematuro del hormigón perimetral libera de restricción lateral a las barras longitudinales de refuerzo, las cuales se pandean y generan una pérdida considerable en la resistencia del elemento. En el contexto de las modificaciones a la normativa vigente para el diseño de estructuras de hormigón armado en nuestro país, se hace entonces necesario conocer la respuesta de estos elementos y comparar las observaciones experimentales con los modelos que se encuentran actualmente en la literatura, para así desarrollar criterios normativos que ayuden al diseño de estos elementos estructurales. En el presente trabajo de título se modela la respuesta de elementos de borde, a partir de distintos modelos de hormigón confinado y acero, y posteriormente se compara la respuesta analítica con la respuesta empírica. Los datos experimentales se obtienen del trabajo de título de Pablo Polanco (2012), en donde se ensayan 10 elementos de borde a escala sometidos a compresión pura, cada uno con distintas dimensiones y configuraciones de confinamiento. Adicionalmente, se incluyen otros 14 ensayos que son parte de la tesis de Jesús Núñez (2013). Los resultados tanto teóricos como experimentales muestran como el confinamiento genera una degradación más lenta de la capacidad del elemento de borde, siendo el modelo de Legeron & Paultre el que mejor predice la respuesta del hormigón confinado. La pretracción de un 2% genera una pérdida de capacidad cercana al 35% en elementos de borde sin confinamiento y cerca de un 15% en aquellos confinados. Un modelo de pérdida de capacidad por pérdida de recubrimiento es propuesto con el fin de capturar este fenómeno.

Ingeniero Civil Mecánico / Un estudio reciente de modelación sísmica de una caldera ha detectado posibles colisiones entre sus elementos interiores. En particular, los haces de tubos que operan en la etapa de sobrecalentamiento y recalentamiento, chocan contra las paredes laterales de la caldera, durante un sismo. Dada la envergadura de la estructura y considerando también las condiciones de operación, no se tiene certeza de cuáles serían los efectos que puede originar el impacto de los tubos interiores. Es por este motivo, que el objetivo principal de este trabajo consiste en plantear una estrategia de solución al eventual problema de choque. La metodología utilizada considera un modelo computacional de tubos cuyo diseño se asemeja en mayor medida a aquel indicado en los planos mecánicos de la caldera. Además, su respuesta dinámica obedece a parámetros sísmicos cuyas solicitaciones son más exigentes, de acuerdo a lo establecido por la norma de diseño sísmica chilena. Para determinar el máximo desplazamiento del haz de tubos durante un sismo, estos son excitados mediante una aceleración sinusoidal, cuya amplitud y frecuencia representa el movimiento del techo de la caldera. Sumada a esta respuesta armónica de los tubos, que superpone los máximos modales, se añade el ángulo de rotación que sufren al nivel de su anclaje con el techo de la caldera. Los resultados indican que es altamente probable que ocurra una colisión entre los tubos de agua y las paredes laterales de la caldera, ya que el desplazamiento máximo que sufre la parte inferior del haz de tubos supera la holgura disponible. Para evaluar la magnitud del impacto, se utiliza la teoría desarrollada para el contacto entre superficies sólidas (esféricas). Donde a partir de la energía almacenada como deformación elástica en el haz de tubos, se determina el trabajo de compresión que realiza la fuerza de impacto, de acuerdo al número de tubos en contacto. Los resultados advierten que el daño no es despreciable. Se estima que la fuerza de impacto entre el tubo de agua y el tubo de pared podría alcanzar los 155 [kN], desarrollando un comportamiento en el rango plástico. Sin bien es cierto que difícilmente ocurra una ruptura catastrófica, el daño local puede ser un sitio de inicio de corrosión, causando problemas de mediano a largo plazo. Una posible solución a este problema consiste en evitar el contacto entre tubos, al interponer una placa en la trayectoria de éstos, mitigando la deformación plástica local.