Después de un evento sísmico, se debe contar con los servicios de salud para el manejo de emergencias; por esta razón, los hospitales más importantes deben estar protegidos sísmicamente. Para el caso de hospitales existentes, una de las alternativas de protección sísmica es el reforzamiento con aislamiento sísmico; sin embargo, no se ha aplicado hasta el momento esta alternativa en el Perú. En este trabajo se evalua la factibilidad técnica y económica de utilizar aisladores en hospitales existentes de importancia en Perú para mejorar la seguridad sísmica. Se elige al hospital Edgardo Rebagliati Martins (HERM) por ser un edificio hospitalario representativo ubicado en Lima y se establece como objetivo de desempeño que para el sismo máximo esperado (Tr=2500 años), el nivel de daño de la estructura y contenido sea de leve a moderado. En términos de ingeniería, esto se traduce en controlar las derivas y aceleraciones del hospital. En el diseño del sistema de aislamiento se proponen 3 tipos de dispositivos y se plantea ubicar la interfaz de aislamiento en el nivel del sótano de tal manera que se minimicen las interrupciones de las funciones del hospital durante la obra. El método de intervención propuesto consiste en reforzar las columnas, colocar soportes temporales, cortar las columnas, instalar los aisladores y construir las vigas para la interfaz. Luego se enumeran y cuantifican las actividades principales y se estima el costo y plazo del proyecto. Los resultados de este estudio muestran la efectividad del sistema de aislamiento para garantizar la rápida recuperación de las instalaciones hospitalarias debido a que se calcula un daño leve para la estructura en un sismo de período de retorno aproximado de 2500 años. Se concluye que es factible aplicar esta técnica ya que se puede disponer de los recursos necesarios para su implementación; sin embargo, se requerirá de una empresa extranjera especializada con experiencia para que dirija la ejecución del proyecto. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / La presente investigación corresponde a un estudio numérico del sistema viga-conexión DBT sometido a carga monotónica, con el objetivo de comparar los resultados numéricos, con los teóricos establecidos en el FEMA 350. La elección de los sistemas vigas conexión, se logró mediante un proceso de prueba y error de 4 estructuras destinadas al uso habitacional que fueron modeladas como marcos sismorresistentes en 2D sometidas a la combinación de cargas gravitacionales y dinámicas de diseño hasta cumplir con las disposiciones establecidas en la NCh 433 Of 2009. La primera parte corresponde a una revisión bibliográfica. Con esta se ha construido un marco teórico que permite entender el comportamiento del sistema viga -conexión. Una vez determinados los posibles modos de falla que controlan el comportamiento de los sistemas, se ha diseñado una serie de 24 especímenes con 4 posibles modos de falla teóricos. Esta serie, denominada DBT será estudiada en esta investigación de forma numérica mediante la construcción de modelos de elementos finitos y luego los resultados serán correlaciones con aquellos determinados de manera teórica. La segunda parte es la construcción de un modelo computacional de elementos finitos con el software ANSYS en su versión 15. Corresponde a un modelo 3D, este considera las no linealidades de los materiales y discontinuidades geométricas. La primera y segunda validación se realizó comparando la curva de comportamiento de la conexión aislada y el sistema viga-conexión con los estudios realizados previo a esta tesis. La tercera parte es el estudio de la respuesta monotónica del sistema mediante el modelo de elementos finitos para cada modo de falla considerado. De esta manera se ha podido comparar con los modos de falla teóricos en la etapa de diseño. Se determinó que existe una buena correlación entre los valores de momento numéricos y teóricos y que la rotulación plástica de la viga, es el mecanismo que disipa la mayor cantidad de energía. Además, la degradación de rigidez en la conexión, es producto de un estado inicial y de término del desplazamiento del perno a corte, hasta que entra en contacto con la perforación del alma, que gracias a la relajación que otorga el aplastamiento del ala de la viga, es que los pernos sometidos a corte y tracción no fallan, que la rigidez para el modo de falla por apalancamiento y fractura del área neta, están de mejor manera representadas teóricamente por la estipulada en el AISC 2010 y FEMA 350 (2000), respectivamente. En futuras investigaciones, se debe completar el modelo, someterlos a una mayor rotación para gatillar la fractura del área neta de la T stub.

Ingeniero Civil / Estudios recientes han demostrado que las propiedades dinámicas de diversas estructuras varían en función de las características de las acciones como de las condiciones ambientales. Evaluar e identificar estas variaciones son fundamentales para establecer el estado de salud de la estructura e identificación de un deterioro o daño. En el presente trabajo se estudia la variación de las propiedades dinámicas de la Torre Central de la Facultad de Ciencia Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile debido a factores sísmicos. Este edificio posee un sistema de monitoreo continuo de sus vibraciones a partir de las cuales es posible estimar su propiedades dinámicas. Para lograr dicho objetivo se realizan dos grandes tareas: primero, el desarrollo de un procedimiento semiautomático para la obtención de registros sísmicos a partir de los datos proporcionados por el sistema de monitoreo de la Torre Central. Segundo, el procesamiento de los sismos, los cuales se realizan mediante MOESP (Multivariable Output-Error State sPase), método de identificación de sistemas basado en el manejo y descomposición de matrices de datos de observación, con el fin de obtener un modelo de espacio estado del sistema. Este procesamiento, y posteriores análisis, también es realizado por ventanas de tiempo en los registros sísmicos, con la finalidad de considerar el efecto no-lineal de la estructura. En el análisis de resultados se presenta un hecho interesante, ya que dentro de los datos recolectados está la respuesta del edificio durante el terremoto del 27 de Febrero del 2010 (27F), evento en el cual sufrió daño. Por esta razón, los análisis realizados están separados en dos grupos: antes y después del 27F. Dentro de estos análisis se presenta el estudio de la evolución temporal de parámetros dinámicos y el comportamiento de éstos en función de la amplitud de respuesta sísmica, representados por las variables raíz media cuadrática (RMS) y aceleración máxima del terreno (PGA). Dentro de los principales resultados, se observa una disminución permanente en el valor de las frecuencias de todos los modos identificados después del 27F, la cual varía entre un 8% y un 16%, mientras que el amortiguamiento no presenta grandes cambios. Siguiendo la misma línea, tomando los valores obtenidos durante el 27F, se observa una disminución en la frecuencia entre un 9% y un 33%, y entre un 5% y un 21%, para los valores antes y después del 27F, respectivamente. Para el caso de amortiguamientos, por el contrario, se observa un aumento entre un 17% y un 85%. Otro resultado interesante es la correlación observada entre los parámetros dinámicos y la amplitud de la respuesta sísmica, tanto para RMS como para PGA. En ambos casos, las frecuencias presentan una disminución en función del aumento del parámetro de observación y lo contrario ocurre para los amortiguamientos. En casos de no daño variaciones del 2% para frecuencia y entre 15% y 40% para amortiguamiento son típicas.

Ante la necesidad de recuperar edificios centenarios que pueden tener valor patrimonial, surge el desafío para la ingeniería estructural de poder analizar la capacidad sísmica que presentan estas construcciones a fin de mejorar su desempeño ante estas solicitaciones y así conservar estas obras en el tiempo. En este marco se ha desarrollado el concepto de vulnerabilidad sísmica, el cual determina la situación en la que se encuentra una estructura para hacer frente a una solicitación sísmica e identifica los aspectos de ella que puedan estar deficientes y que deben ser abordados en la recuperación de la misma. En este contexto se desarrolló el presente Trabajo de Título cuyo objetivo principal era determinar a través de un análisis estructural, la situación presente de la Iglesia Santa Ana, ubicada en Valparaíso, Chile, para determinar la necesidad de mejoras de la misma para un futuro proyecto de restauración. Para lograr el objetivo, de la iglesia se estudió su pasado y contexto histórico, su materialidad y sus propiedades mecánicas. Se realizó un catastro de ella y luego se realizó un análisis estático de la misma. Se obtuvo un índice cualitativo de primer orden acorde a la norma europea MSK y luego se hizo un análisis de vulnerabilidad sísmica acorde al índice GNDT, que se encontró era el más idóneo aplicar en este caso. De los antecedentes obtenidos y análisis realizados se pueden destacar los siguientes resultados: -La iglesia Santa Ana presenta daños mayores según la escala de daños MSK, estado que antecede a derrumbes parciales. -La vulnerabilidad sísmica de la Iglesia Santa es de competencia sísmica media. Esto quiere decir que la iglesia actualmente presenta características que le permiten sobrevivir a una solicitación sísmica aun cuando esta capacidad pueda estar en riesgo, y en este sentido esta calificación también indica que la obra se debe intervenir estructuralmente con el objeto de mejorar su competencia sísmica y con ellos mejorar su conservación futura. -Las principales razones del deterioro de la obra son: el escaso mantenimiento que ha hecho que se pierda la protección al ambiente de los elementos estructurales, y las solicitaciones sísmicas que la obra a enfrentado, las que a la fecha son tres sismos de gran magnitud. -Del índice de vulnerabilidad aplicado se pudieron distinguir aspectos de la obra que deben ser recuperados y otros que deben ser intervenidos. En la segunda intención los puntos más críticos son la conservación de las terminaciones, la mejora estructural y material de los elementos verticales como muros y pilares de mampostería, y la mejora del sistema de techos y torre de campanario cuya inestabilidad amenaza la seguridad de la iglesia y de su entorno. En la mejora estructural sísmica y la recuperación de las condiciones originales, se propusieron medidas a tomar en cuenta en un futuro proyecto de restauración.

Ingeniero Civil / En un país sísmico como Chile, donde se han registrado terremotos muy severos, el diseño de estructuras sismorresistentes es vital para asegurar la durabilidad de ellas. Un caso particular son las estructuras de acero destinadas a instalaciones industriales, cuyo diseño se basa en la norma chilena NCh2369 (INN, 2003), cuya redacción se basó en la experiencia y prácticas de importantes empresas de ingeniería del país debido a la inexistencia de una norma internacional de diseño sísmico que se refiriera a estos casos. Dada la incertidumbre que existe respecto al tema, y con el fin de aportar al entendimiento del comportamiento de este tipo de edificaciones, surge la idea de analizar un modelo estructural basado en un tipo de edificio ya existente, esperando que su comportamiento explique los motivos por los cuales las disposiciones de diseño establecidas en la norma cumplen con requisitos de rendimiento ante situaciones extremas. El objetivo general de este trabajo de título es determinar las razones del buen desempeño observado durante el terremoto del 27 de Febrero de 2010 en estructuras de marcos arriostrados concéntricos de acero, destinadas a la industria, construidas bajo las disposiciones de la norma NCh2369 (INN, 2003). Se realiza una evaluación de algunas disposiciones de diseño de la norma, en particular de parámetros como el factor de reducción R, donde existe mayor incerteza, con la intención de verificar la posible existencia de una sobre resistencia u ocurrencia de deformaciones inelásticas que hayan favorecido el desempeño sísmico de la estructura a estudiar. La respuesta del edificio se obtuvo llevando a cabo un análisis del modelo desarrollado en 2 etapas principales: análisis estático y estudio dinámico. Para el análisis estático se realizaron pruebas pushover sobre la estructura, y el estudio dinámico se hizo utilizando registros obtenidos durante el evento sísmico del 27 de Febrero de 2010, en conjunto con registros de otros sismos de importancia ocurridos en el país. Se encontró que el diseño de la estructura estudiada entregaba una mayor sobrerresistencia a ésta, mientras que la demanda de ductilidad se mantuvo en valores bajos tanto en las direcciones principales como en la estructura general. Incluso se verificó la no ocurrencia de deformaciones inelásticas bajo solicitaciones sísmicas de los registros utilizados. Además, esta alta sobrerresistencia se tradujo en un alto valor del factor R, con lo cual las estructuras diseñadas bajo las mismas especificaciones de diseño resultarían sobredimensionadas.

Ingeniero Civil / Los tranques de relaves son una de las formas más utilizadas para el almacenamiento de los residuos provenientes de las faenas mineras, existiendo tres métodos de construcción del muro perimetral denominados: aguas arriba, aguas abajo y eje central. El método usualmente utilizado, y que ha entregado mejores resultados en términos de estabilidad es el de aguas abajo, sin embargo, el volumen de arenas es mayor en comparación con el de eje central, además si las coordenadas del pie del muro están fijas, se obtiene mayor altura de muro con crecimiento de eje central, lo cual implica mayor capacidad de embalse. Teniendo el método de eje central ventajas de almacenamiento, su utilización requiere evaluar la estabilidad sísmica y de esta manera ver la factibilidad del desarrollo de dicho proceso constructivo. En este estudio, el relave utilizado corresponde a relave integral del Tranque Ovejería, sobre el cual se realizaron ensayos Próctor Estándar y triaxiales CIU, a diferentes densidades para un confinamiento de 5 kg/cm2. Se consideraron tres formas de preparación de probetas: apisonamiento húmedo, depositación en seco y slurry . Finalmente el programa de ensayos permitió obtener la resistencia no drenada normalizada (Su/σv ) en función del grado de compactación. Los análisis pseudo-estáticos desarrollados consideran un coeficiente sísmico horizontal de 0,2 y un coeficiente sísmico vertical de 0,1; de tal manera de obtener un factor de seguridad mayor o igual a 1,2. Basado en los parámetros geotécnicos obtenidos, los resultados de los análisis pseudo-estáticos indican que es factible el desarrollo de la construcción del tranque de relaves con el método de peralte de eje central, siempre que se compacte la cubeta de depositación a un 95 % del Próctor Estándar, por una extensión mínima de 23 m. Para esto, se requiere controlar la laguna de aguas clara, evitando que el material cercano al muro se sature.

Ingeniero Civil / Este trabajo tiene como objetivo recopilar y analizar información referente a reporte de daños, planos estructurales y modelos de edificios de hormigón armado de uso habitacional dañados durante el terremoto de magnitud Mw 8.8 ocurrido el 27 de febrero del 2010 en Chile. Los principales daños observados fueron producidos por flexo-compresión en muros. Estos daños se producen producto de la compresión excesiva de las fibras de hormigón en el borde de muro generada por la interacción de la carga axial y momento flector. Estos daños se evidenciaron principalmente en el pandeo y en ocasiones fractura de su enfierradura principal en el extremo del muro junto con desprendimiento del hormigón. Con este propósito se estudiarán dos edificios que presentaron daños por flexo-compresión en alguno de sus muros. Se incluye además un edificio adicional que no presentó este tipo de daños, distanciado a menos de 100 metros de uno de los edificios dañados, para de esta forma tener condiciones similares de suelo. Se analizarán los edificios mediante modelos computacionales lineales y elásticos, en particular, se analizarán los muros que sufrieron daños por flexo-compresión producto del sismo del 27F, mirando en particular las demandas de deformaciones producto de los desplazamientos de techo esperados, estimadas a partir de las demandas de curvatura. Esto se analizará en base a la normativa vigente. Los resultados de los análisis indican que los muros dañados obtienen deformaciones unitarias del hormigón superiores al 0,003 establecido por la normativa vigente. Estas deformaciones se obtienen cuando se analiza en el sentido de falla que tuvieron los muros, que corresponde a la dirección transversal de los edificios, siendo ésta la dirección más representativa del estudio. En las otras direcciones, se obtienen valores menores que 0,003 para las deformaciones unitarias de los muros analizados. Particularmente, cuando se analiza la dirección longitudinal del edificio, en sus dos sentidos, se obtiene que los muros se encuentran fuertemente acoplados y los modelos entregan bajos desplazamientos de techo. Las conclusiones de este trabajo indican que los muros dañados durante el sismo del 27 de febrero de 2010 efectivamente se dañarían en términos de deformaciones unitarias, siendo los primeros muros en alcanzar su capacidad máxima cuando se analiza en el sentido de la falla de los muros para los edificios dañados. Este estado último de cargas permite determinar cuándo un muro alcanza su deformación elástica y potencialmente el daño. Por otro lado, el edificio no dañado presenta niveles de deformación de los muros menores que para los edificios dañados cuando se asume que la longitud de la rótula plástica es 0,5 veces la longitud del muro en la dirección de análisis. De esta forma es posible correlacionar parte del daño con requerimientos de deformación unitaria en muros y permite entregar una herramienta simple y práctica o un indicador de que se requiere un diseño o detallamiento especial.

Ingeniero Civil Estructural / El sismo de febrero de 2010 dio pie a una modificación de la norma de diseño para elementos de hormigón armado oficializándose el decreto D.S N°60. Este propone dos maneras de estimar el nivel de daño en muros para una determinada demanda sísmica. La primera corresponde a un modelo simplificado de rótula plástica mientras que la segunda considera una aproximación más refinada tomando en consideración la componente elástica e inelástica para estimar las curvaturas últimas. En este trabajo se comienza analizando la componente elástica obteniendo expresiones para la curvatura de fluencia y la capacidad de desplazamiento elástico calibrándolas mediante un modelo de fibras numérico no lineal. Estas expresiones son obtenidas para muros de sección rectangular y T, tanto para el ala como el alma en compresión. Se encontró que la componente elástica es altamente dependiente de la carga axial y la cuantía de refuerzo de borde. Por otro lado, se estudia el impacto del acoplamiento en la componente elástica de los muros mediante un nuevo modelo de muros acoplados por losas, encontrándose una gran disminución de la capacidad de desplazamiento asociada a un acoplamiento alto. El estudio de la componente inelástica, por otra parte, permite obtener expresiones generales para estimar la longitud de rótula plástica en función de la deriva (drift) inelástica y de la deriva (drift) total, las cuales son calibradas a partir de análisis numéricos. Estas ecuaciones son utilizadas luego para estimar las curvaturas últimas de los muros mediante las expresiones (1.1), propuesta por el decreto, y una nueva que reemplaza la expresión (1.2) de la misma norma. Esta nueva ecuación toma en consideración las propiedades de los aceros comúnmente utilizados en Chile y es conservadora obteniendo en promedio un factor de seguridad 2.0 en el cálculo de las curvaturas últimas. Finalmente se observó que estimar curvaturas últimas utilizando el modelo simplificado de rótula plástica, en el cual se asume una longitud de rótula igual a 0.5lw, tiene desventajas pues no es conservadora en un gran número de casos y es excesivamente conservadora en otros.

Ingeniero Civil / La siguiente memoria consiste en estudiar el comportamiento de las estructuras prefabricadas de hormigón armado de acuerdo al alcance de la norma chilena NCh2369.Of2003 para el terremoto del 27 de Febrero de 2010, determinar lo que funcionó bien, lo que tuvo problemas y las fallas con colapsos inadmisibles que deben ser evitados en futuros sismos. Primero, se presentan y clasifican los daños observados en inspecciones a edificaciones industriales de informes anteriores más otros 17 casos estudiados. Se seleccionan tres de estos casos a los cuales se les realiza un análisis estructural detallado enfocado en las deformaciones. Luego, se comparan las normativas chilenas vigentes analizando sus espectros de diseño utilizados para determinar los esfuerzos y deformaciones sísmicas de las estructuras. De este estudio se desprende que los diseños de las estructuras por fuerzas funcionaron bien, y que los daños se debieron a las deformaciones excesivas sufridas como consecuencia del sismo, en donde el comportamiento de las conexiones discontinuas fue muy insatisfactorio para estructuras flexibles ubicadas en suelos blandos ya que no fueron capaces de funcionar para las deformaciones reales que se produjeron. Se concluye que es importante un diseño por integridad estructural, capaz de aceptar deformaciones para sismos incluso más severos que los de la norma.

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