El objetivo del presente trabajo de título es analizar los daños provocados por el terremoto del 27 de Febrero del 2010, a las estructuras industriales prefabricadas de hormigón armado, e identificar los posibles factores que contribuyeron en ellos. El estudio se realizó en base a inspecciones efectuadas por las empresas prefabricadoras, compañías de seguros y propietarios. Para estudiar los efectos del terremoto, se realizó una recopilación de la información registrada por los agentes enunciados en el párrafo anterior. Del análisis de esta información se establecieron las tipologías de falla y se estudiaron los posibles factores responsables de los daños observados. Un sistema prefabricado sometido a solicitaciones sísmicas, depende en gran proporción del comportamiento de sus conexiones, debido a que son ellas las responsables de transferir las cargas de un elemento a otro, por lo tanto, las conexiones de los elementos prefabricados deben diseñarse considerando factores como la transmisión del aplastamiento, el corte, momento, tracción y compresión, la resistencia frente a solicitaciones durante el montaje de la estructura, la resistencia a las sobrecargas con la finalidad que la falla no se presente en la conexión antes que en los elementos, la compatibilidad geométrica ante la deformación de ellos, y de la estructura en general. El desarrollo del trabajo fue complementado con la revisión de los alcances de la normativa chilena vigente, NCh2369.Of2003, y con la modelación de una nave industrial, con el objetivo de registrar y comparar desplazamientos al realizar una variación en el tipo de suelo y zona sísmica. El análisis de desplazamientos sísmicos se realizó en base a los requerimientos impuestos por la NCh2369.Of2003. Cabe desatacar que los elementos secundarios no son cubiertos por este trabajo. En base a los resultados obtenidos del trabajo realizado, se concluye que el problema detectado en la mayor parte de los daños registrados proviene de deformaciones no consideradas apropiadamente en el diseño ante solicitaciones sísmicas. De igual forma, la normativa vigente para este tipo de estructuras debe presentar cambios que permitan interpretar claramente los requerimientos que impone, y cambios asociados al comportamiento que tuvieron elementos estructurales frente al sismo.

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Ingeniero Civil / Al ser Chile un país sísmico, es importante tener claridad sobre los sistemas más útiles al momento de resistir solicitaciones sísmicas. En este sentido cobran importancia los arriostramientos, y por consiguiente, los marcos arriostrados, que son sistemas muy útiles al momento de resistir cargas laterales, como las que provocan sismos y vientos, y disminuir los desplazamientos laterales que sufre una estructura, lo que es fundamental para evitar el daño a elementos estructurales y no estructurales. Sin embargo, el principal problema de los arriostramientos es que son muy propensos a sufrir pandeo ante cargas de compresión, fenómeno que disminuye su resistencia y genera una respuesta histerética asimétrica del elemento. El presente documento tiene como objetivo principal el crear una base de datos actualizada sobre los estudios referentes a arriostramientos convencionales a lo largo del mundo. Para esto, se recopilaron diversas publicaciones recientes (desde el 2008 hasta la fecha) con estudios experimentales y análisis numéricos sobre el tema para poder estudiar sus resultados y obtener conclusiones. Se puso especial énfasis en temas como los tipos de secciones que se utilizan en arriostramientos, los distintos tipos de marcos arriostrados que existen, el pandeo que sufren los elementos y los factores que influyen en dicho fenómeno, entre otros. Finalmente, se concluyó que el pandeo está influenciado, principalmente, por la razón de esbeltez y la razón ancho-espesor del arriostramiento: al aumentar estos parámetros, mayor es la probabilidad de que se sufra pandeo, aunque hay algunas excepciones al variar ambos parámetros en forma conjunta. Además, a nivel mundial, se usan mucho los perfiles tubulares circulares y rectangulares, aunque los doble T presentan una muy buena alternativa. Por su parte, los marcos arriostrados más utilizados debido a su rigidez son aquellos configurados en X, en V invertida y en V. Contrastando con las prácticas constructivas de Chile, se extrañan estudios sobre perfiles XL en arriostramientos, y se notó que las publicaciones carecen de ciertas prolijidades al momento de evaluar los tipos de marcos arriostrados, pues no se hace énfasis en los problemas que pueden generar en vigas y columnas algunos tipos de configuraciones.

Los tanques para almacenamiento de agua son estructuras esenciales y por esta razón es de vital importancia conocer su comportamiento estructural cuando son sometidos a eventos sísmicos severos. Este trabajo muestra las respuestas sísmicas de tanques cilíndricos circulares de Concreto Armado (CA) para almacenamiento de agua apoyados sobre un sistema de aislación del tipo péndulo friccional (FPS, friction pendulum system) bajo solicitación sísmica uni- y bidireccional. Para el análisis sísmico se consideró que el tanque posee comportamiento elástico lineal, además se empleó un modelo mecánico equivalente para representar la interacción tanque-agua, y se utilizó un modelo histerético del tipo bi-axial para representar el comportamiento inelástico no lineal del sistema de aislación. Los parámetros para representar el modelo de análisis son: (H/R) la razón altura del agua-radio interior del tanque, (e/R) la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, (Tb) el período objetivo de vibración del sistema de aislación, y (μb) el coeficiente de fricción del sistema de aislación. Se utilizaron 21 pares de registros del movimiento sísmico del suelo los cuales fueron previamente seleccionados y escaldos. Finalmente, se procedió con el análisis de la respuesta sísmica en el tiempo para estudiar el efecto del movimiento bi-direccional, y los efectos de los parámetros de estudio sobre la respuesta sísmica de tanques de CA para almacenamiento de agua de base aislada. Las respuestas sísmicas del sistema tanque-agua de base aislada muestran una efectividad en la reducción de los valores de la fuerza cortante basal en comparación con su equivalente de base fija del orden de hasta 73% para H/R = 0.5; 83% para H/R = 1.0; y 91% para H/R = 2.0. / Water storage tanks are essential structures and for this reason it is vital to know its structural behavior when they are subjected to severe seismic events. This work shows the seismic response of base-isolated circular cylindrical Reinforced Concrete (RC) water storage tanks with Friction Pendulum System (FPS) under uni- and bi-directional horizontal earthquake ground motions. For the seismic analysis, tanks were considered to have a linear elastic behavior, the tank-water interaction was represented by an equivalent mechanical model, and the inelastic non-linear behavior of the isolation system was represented by a bi-axial hysteretic restoring force model. The parameters of this study are: (H/R) the waterheight/ tank-inner-radius ratio, (e/R) the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, (Tb) the target vibration period of the isolation system, and (μb) the friction coefficient of the isolation system. Twenty-one pairs of selected and scaled ground motions were utilized. Time-history analysis was used to study the effect of bidirectional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of baseisolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of FPS isolation system in the reduction of basal shear force values up to 73% for H/R = 0.5; 83% for H/R = 1.0; and 91% for H/R = 2.0. / Tesis

El litoral peruano está en una región con elevada sismicidad ya que pertenece al Anillo de Fuego del Pacífico; sin embargo, el departamento de Lima no ha experimento un movimiento sísmico de gran magnitud desde 1746, lo que ha generado que se acumule gran energía que, si fuera liberada en un futuro, provocaría grandes daños. No solo por la magnitud del sismo, sino también por la vulnerabilidad de la infraestructura presente en las ciudades costeras. Esta vulnerabilidad aumenta en residencias informales de albañilería, debido a que no hay asesoramiento profesional en su diseño y construcción. La vivienda se ubica en el Asentamiento Humano Daniel Alcides Carrión del Cercado de Lima, específicamente en el jirón Enrique Meiggs 1160 Mz. C lote 18, y fue encuestada, mediante una ficha de trabajo previamente preparada, para conocer sus características estructurales y sus principales problemáticas. Con la información recopilada, se modeló la vivienda en el programa Etabs v19.0.0 y, mediante un análisis pushover en ambas direcciones, se pudo determinar la curva de capacidad de la vivienda y el punto de desempeño. Posteriormente se obtuvo las curvas de fragilidad empleando la metodología Hazus y se interseco con el punto de desempeño para calcular la probabilidad acumulada para cada estado de daño. Finalmente, se determina la matriz de probabilidad de daño de la estructura y se analiza la vulnerabilidad sísmica.

Ingeniero Civil / El objetivo principal de este trabajo de título es realizar un estudio comparativo de parámetros generales de respuesta sísmica y del diseño de elementos estructurales principales, a través de un análisis modal espectral, de 18 edificios en altura de hormigón armado, identificando las diferencias que resultan de aplicar el nuevo código. Los principales requerimientos relevantes establecidos en los decretos supremos 60 y 61 que fueron considerados en este trabajo son el espectro de diseño que depende de una nueva clasificación de suelos, las limitaciones al corte basal, carga axial en muros menor o igual a 0.35*f'c*Ag, y el confinamiento en muro, sumado a los ya establecido en las normas Nch433 of.1996 y Nch430 of.2008, como limitaciones al esfuerzo de corte en muros y a las deformaciones sísmicas. Una vez recopilada la información de interés del diseño original de un edificio, este se modificó incorporando los nuevos requerimientos de los decretos 60 y 61 para generar un nuevo diseño. Estos dos fueron comparados para así obtener la variación de algunos parámetros de respuesta sísmica, de los volúmenes de hormigón y el tonelaje de acero requerido. De acuerdo a los resultados, el requerimiento de confinamiento normativo es responsable de modificaciones en el 100% de los edificios estudiados tanto por el incremento de acero requerido como en el volumen de muros, generando incluso variaciones superiores al 10% en volúmenes de hormigón y/o toneladas de acero. Esto último debido a que en edificios habitacionales, la gran mayoría de los muros tienen espesores menores a los 30 cms, por lo que para realizar el confinamiento fue necesario modificar su sección. Los resultados obtenidos muestran variaciones en cuanto a volúmenes de hormigón de hasta sobre 15%, mientras que la variación de toneladas de acero alcanza en algunos casos cerca del 10% llegando en un caso a superar el 38% de aumento, siendo los edificios ubicados en suelos tipo D, los que muestran mayores diferencias. Los edificios ubicados en suelo tipo A requieren una menor cantidad de acero en muros debido a las menores solicitaciones sísmicas, mientras que los edificio sobre suelo tipo B sufren menores al 5% en cuanto a volúmenes de hormigón en muros y menores al 10% en toneladas de acero. Se observaron cambios en los desplazamientos relativos de los centros de masas y de los puntos de máximo desplazamiento proporcionales al factor S que acompaña al nuevo espectro de diseño. Sin embargo, como se ve en los casos de edificios en tipo de suelo B, la modificación de algunas secciones genera un cambio en la rigidez del edificio en una o ambas direcciones, por lo que los desplazamientos en estos edificios disminuyen. Adicionalmente, se tomaron los edificios que presenta mayores cambios en volúmenes de hormigón y toneladas de acero debido al nuevo código, correspondiente a dos edificios diseñados sobre suelo tipo D, y se realizó el mismo análisis considerando un nuevo diseño sobre suelos tipo B y C, obteniendo como resultados variaciones que muestran importantes reducciones en los materiales necesarios, principalmente en el acero requerido en muros. De la misma manera, se escogió un edificio cuyo suelo de fundación se consideró de tipo B y se realizó el mismo análisis sobre suelos tipo C y D, con lo que se observó una variación de más del 6% en el caso del volumen de hormigón requerido y superior al 40% en el caso del acero necesario en muros.

Los tanques para almacenamiento de agua son estructuras esenciales y por esta razón es de vital importancia conocer su comportamiento estructural cuando son sometidos a eventos sísmicos severos. Este trabajo muestra las respuestas sísmicas de tanques cilíndricos circulares de Concreto Armado (CA) para almacenamiento de agua apoyados sobre un sistema de aislación del tipo péndulo friccional (FPS, friction pendulum system) bajo solicitación sísmica uni- y bidireccional. Para el análisis sísmico se consideró que el tanque posee comportamiento elástico lineal, además se empleó un modelo mecánico equivalente para representar la interacción tanque-agua, y se utilizó un modelo histerético del tipo bi-axial para representar el comportamiento inelástico no lineal del sistema de aislación. Los parámetros para representar el modelo de análisis son: (H/R) la razón altura del agua-radio interior del tanque, (e/R) la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, (Tb) el período objetivo de vibración del sistema de aislación, y (μb) el coeficiente de fricción del sistema de aislación. Se utilizaron 21 pares de registros del movimiento sísmico del suelo los cuales fueron previamente seleccionados y escaldos. Finalmente, se procedió con el análisis de la respuesta sísmica en el tiempo para estudiar el efecto del movimiento bi-direccional, y los efectos de los parámetros de estudio sobre la respuesta sísmica de tanques de CA para almacenamiento de agua de base aislada. Las respuestas sísmicas del sistema tanque-agua de base aislada muestran una efectividad en la reducción de los valores de la fuerza cortante basal en comparación con su equivalente de base fija del orden de hasta 73% para H/R = 0.5; 83% para H/R = 1.0; y 91% para H/R = 2.0. / Water storage tanks are essential structures and for this reason it is vital to know its structural behavior when they are subjected to severe seismic events. This work shows the seismic response of base-isolated circular cylindrical Reinforced Concrete (RC) water storage tanks with Friction Pendulum System (FPS) under uni- and bi-directional horizontal earthquake ground motions. For the seismic analysis, tanks were considered to have a linear elastic behavior, the tank-water interaction was represented by an equivalent mechanical model, and the inelastic non-linear behavior of the isolation system was represented by a bi-axial hysteretic restoring force model. The parameters of this study are: (H/R) the waterheight/ tank-inner-radius ratio, (e/R) the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, (Tb) the target vibration period of the isolation system, and (μb) the friction coefficient of the isolation system. Twenty-one pairs of selected and scaled ground motions were utilized. Time-history analysis was used to study the effect of bidirectional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of baseisolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of FPS isolation system in the reduction of basal shear force values up to 73% for H/R = 0.5; 83% for H/R = 1.0; and 91% for H/R = 2.0. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / El terremoto del Maule de 2010 ocurrido en Chile dejó un gran número de edificios de las construcciones modernas con daños, éstos debido a requerimientos arquitectónicos, poseen discontinuidades del tipo bandera. Un muro bandera se produce cuando hay una extensión de la longitud del muro para los pisos superiores, es decir, a partir de cierta altura el largo del muro cambia, generando una abertura en los bordes de los edificios. El nivel de discontinuidad en la base no ha sido tratado experimentalmente y por lo tanto es necesario observar su impacto estructural. En esta investigación, se estudia experimental y analíticamente el comportamiento de muros esbeltos de hormigón armado tipo bandera frente a una carga axial constante y un desplazamiento lateral cíclico, para así poder comparar los resultados obtenidos con modelos de elementos finitos o modelos predictivos utilizados en trabajos anteriores. Para lograr llevar a cabo el estudio experimental, se dispone del laboratorio de estructuras recién construido que contempla un muro y losa de reacción, al que se diseñó y construyó un sistema restricción lateral y carga axial. Se construyen cuatro probetas de hormigón armado las cuales fueron diseñadas con una altura al punto de aplicación de la carga lateral de 2.8m, un espesor de muro de 15cm y una longitud de 90cm. Todos los ensayos son realizados bajo las mismas condiciones de carga axial constante y carga lateral cíclica aplicada a nivel de techo. Para la obtención de las deformaciones principales, se han instrumentado todos los muros a ensayar con strain gages, LVDT y fotogrametría. Los resultados experimentales muestran que el impacto de la abertura es relativamente bajo, dado que todos los muros tienen capacidad y deformaciones de techo similar, sin embargo la utilización de discontinuidad acelera la degradación, demostrando que los muros banderas, en especial el de mayor discontinuidad, fallan antes que el rectangular. Los modelos en elementos finitos realizados son capaces de capturar de buena forma la respuesta, mostrando la degradación y falla obtenida en los ensayos al incorporar un modelo de acero con pandeo, además el mayor efecto de discontinuidad tipo bandera se obtiene ejecutando modelos de muros con mayor relación de aspecto (edificios altos) con aberturas pequeñas, debido a la alta concentración de daño en la discontinuidad.

Magíster en Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / Chile concentra un alto número de sismos a lo largo de su historia. Uno de los más fuertes en los recientes años ocurrió el 27 de Febrero del 2010 en la región del Maule. Entre los daños producidos por este fenómeno se detectan aplastamiento del hormigón, pandeo de barras de refuerzo longitudinal y fractura de estas mismas. Una unidad estructural común en las construcciones es el muro bandera. Éste elemento se define como un muro que, por diseños arquitectónicos, cambia de longitud entre pisos. El modo de falla de la mayoría de ellos se encuentra en el piso inferior. Se manifiesta a través de una grieta horizontal en el borde del muro. Algunos autores en la literatura desarrollan modelos predictivos para comportamientos de este tipo de elementos y los comparan con muros rectangulares. En ellos concluyen que cuando se presenta este tipo de unidad estructural sin discontinuidad tiene mayor resistencia que uno con perforación. Además, losn autores indican que, ante un mayor desplazamiento de techo, la rótula plástica se desarrolla en una mayor longitud, siempre y cuando sea contenida dentro del alto de la abertura. Según lo anterior, en esta tesis se comprueban dichas teorías a través de cuatro ensayos experimentales de muros de 2.65m de alto, 15cm de espesor y largo basal de 0.9m. En el primero, la probeta base es rectangular; mientras que, del segundo al cuarto, son tipo bandera con perforaciones de distinto tamaño. A través de fotogrametría, se rescatan los desplazamientos y deformaciones en coordenadas cartesianas del área comprendida por el muro. Para cada ensayo se describe el comportamiento global del ensayo. Luego de eso, se analiza el comportamiento de deformaciones de tracción en la fibra extrema, curvatura y deformación en las direcciones principales. Los resultados indican que aumenta el largo de la rótula plástica a medida que aumenta el nivel de deriva. Además, se enfoca en el sector de la abertura. Por otra parte, se capta una nueva discontinuidad creada por la armadura de refuerzo que bordea la abertura. En ella se concentran grandes deformaciones que, en el caso de la probeta 4, definen la zona de falla. Esta anomalía se muestra para los tres casos de muros bandera acentuándose en el último. Su comportamiento hace relación a que el largo de desarrollo de la barra es menor y no se logra total adherencia entre el hormigón y el acero. Finalmente, se propone un modelo puntal-tensor para cada sentido de la carga lateral. En éstos, se logra interpretar los modos de falla. A su vez, al comparar con fotogrametría, las deformaciones de las barras horizontalmente distribuidas y los refuerzos de borde son consistentes con el nivel de deriva cuando las barras entran en fluencia. También interpreta adecuadamente el efecto de la barra discontinua. En este caso, para la probeta 4 identifica la mayor solicitación en ese punto.

Ingeniero Civil / En la práctica constructiva actual se ha hecho frecuente el uso de muros esbeltos con secciones compuestas o complejas, entre los cuales se encuentran los muros T, que constituyen el objeto de estudio de la presente memoria. Específicamente se estudia en forma analítica el efecto que tiene el confinamiento y la cuantía de borde en el comportamiento de este tipo de muros ante la aplicación de una carga pushover, para lo cual se trabaja con el programa SAFE-Toolbox, el cual corresponde a una plataforma de elementos finitos que permite estimar la respuesta de un elemento estructural ante la aplicación de una determinada carga. En primer lugar, se valida el elemento tipo shell con capas mediante la comparación con experimentos disponibles en la literatura. Luego, se recopila información sobre las características más frecuentes que se pueden encontrar en los muros de sección transversal T de los edificios chilenos (enfocándose en la Región Metropolitana), de modo de generar una base de datos lo suficientemente robusta para desarrollar un montaje experimental: definiendo dimensiones de las probetas, armadura, cuantías de borde, etc. Finalmente, se desarrollan modelos numéricos de muros T en el programa SAFE-Toolbox para estimar analíticamente los resultados que se pudieran obtener del experimento.