Tesis para optar al Título de Arquitecto / La presente investigación busca evidenciar la vulnerabilidad sísmica que puede presentar la arquitectura moderna, particularmente de tipo educacional pública en una zona de alta sismicidad como lo es nuestro territorio nacional, específicamente referido a los casos de edificaciones ubicadas en las ciudades de San Antonio y Concepción, como ejemplos de arquitectura moderna y diseñadas por la Sociedad Constructora de Establecimientos Educacionales (SCEE) entre los años 1937 y 1965. Esto se fundamenta por los daños que se han observado a lo largo de los años en distintas edificaciones que, a pesar de ser construidas bajo la última tecnología y normativa de su época, no han soportado de la mejor manera los movimientos telúricos que amenazan constantemente el territorio nacional. La importancia de estudiar la arquitectura escolar moderna no sólo responde a gestionar y documentar lecciones aprendidas-como comúnmente se hace en la arquitectura en general -, sino en cómo aplicar las tecnologías y la experiencia actual en la evaluación predictiva de dichas edificaciones, aportando en una fututa restauración, evitando demoler testigos del desarrollo de la arquitectura nacional como lo son establecimientos desarrollados por la SCEE. En base al estudio de factores de configuración formal, constructiva y estructural es posible determinar el nivel de vulnerabilidad sísmica de estas edificaciones con un enfoque preventivo que posibilitaría el diseño de propuestas para dar soluciones tanto constructivas como normativas, que permitan ampliar la vida útil de los establecimientos escolares, mejorar las condiciones de seguridad de los niños y preservar parte de la arquitectura moderna chilena. La Vulnerabilidad “debe ser valorada por el ingeniero o arquitecto a quien le interesa el efecto combinado de la ocurrencia de diferentes sucesos sísmicos y las diferentes respuestas de una estructura particular” (Muñoz, 1989, p.199). / enero 2022

Ingeniero Civil / Chile es uno de los países más sísmicos del mundo, con un sismo de magnitud 8.0 cada 10 años dentro del país. Estos sismos generan daños variados dependiendo del tipo y materialidad utilizada. De manera recíproca, se puede estimar los daños esperados en estructuras para sismos según su magnitud mediante métodos de modelación variado. La realización de modelación y requiere la correcta caracterización de los materiales en programas computacionales, para lograr una simulación válida del comportamiento del material. La albañilería es un material ampliamente usado en el país, siendo utilizado en cerca de un 40% de las estructuras al año 2002, y en el mundo. Como material de construcción es uno de los más antiguos a nivel mundial, pudiendo encontrarse estructuras existentes desde las primeras épocas de la historia. Es debido a lo anterior que la albañilería presenta gran variabilidad histórica, variabilidad que se incluye a la propia de la fabricación del material observada entre materiales de un país y otro. Debido a lo anterior se debe utilizar ensayos con materiales existentes dentro del país, y de igual manera, la modelación debe seguir los resultados obtenidos en esos ensayos. Los ensayos utilizados fueron recopilados por Marín (2009) y realizados por Sepúlveda (2003) donde se estudió la influencia de la armadura en la resistencia a la carga lateral de un muro corto de albañilería armada. En estos ensayos se obtuvo la curva de capacidad (o de carga horizontal vs deformación), así como detalle del estado de fisuración en la carga máxima. En este estudio se calibran los modelos de materiales para replicar esos resultados experimentales. La calibración se realizó en el software DIANA FEA. Se estudió un modelo de material llamado Rankine Hill anisotropy, que puede ser utilizado en albañilería y otros materiales anisotrópicos y no lineales. Se muestra igualmente un análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo de Rankine Hill, antes de entregar los resultados de la calibración, los parámetros utilizados, y curvas de capacidad, así como el comportamiento del muro de corte.

Ingeniero Civil / El objetivo principal de esta memoria es la generación de una herramienta computacional que permita obtener automáticamente curvas de fragilidad de cualquier tipo de estructura que sea modelada lineal o no-linealmente en el programa Sap2000 (o sus equivalentes en Etabs, CSI bridge, etc.), y que contemple el nivel de detalle que uno desee en conformidad a las herramientas disponibles en el programa. La herramienta computacional es implementada en MATLAB permitiendo seleccionar del catálogo integrado de registros sísmicos del CSN y de RENADIC una serie de eventos previamente filtrados (tipo de suelo, zona sísmica, magnitud, PGA, etc.), computar la respuesta sísmica tiempo-historia de la estructura empleando comandos OAPI de Sap2000, extraer sus resultados y post-procesarlos para obtener una curva de fragilidad empleando el método de máxima verosimilitud (MLE). Es decir, obtener una curva que permita establecer la probabilidad de excedencia de ciertos niveles de desempeño (que puede ser definida por el desplazamiento relativo de entre piso en conformidad a los niveles sugeridos por Astroza (2014) para albañilería confinada) con cualquier parámetro sísmico de interés que caracterice a los registros sísmicos seleccionados (Ia, PGA, PGV, PGD, PD, PDh, CVA, Ih, Sd, Sa, etc.). En términos concretos, las entradas de la herramienta computacional son un archivo *.s2k (modelo en Sap2000 de la estructura), los criterios de filtro de registros sísmicos y la indicación de como caracterizar el nivel de desempeño en función de la respuesta sísmica obtenida. Cabe mencionar que por ahora, la herramienta computacional implementada obtiene curvas de fragilidad que consideran únicamente la variabilidad de los registros sísmicos y excluye la variabilidad de otros parámetros que describen su comportamiento estructural (variación de resistencia, parámetros dinámicos, distribución de masa, contemplación de diversos sistemas estructurales, densidad de muro, calidad de materiales, interacción suelo-estructura, etc.). Se emplea esta herramienta computacional para determinar la curva de fragilidad de una estructura de albañilería confinada de cuatro pisos, que ha sido ampliamente estudiada por el DIC (edificio de comunidad Andalucía con base fija) y que permite un cierto nivel de calibración, la cual es modelada a través de un modelo de marco equivalente, considerando comportamiento elástico-lineal o comportamiento no-lineal a través de elementos de plasticidad concentrada del tipo link que permiten incorporar la respuesta histerética de sus muros. A partir de estos criterios, las curvas obtenidas permiten definir que sismos (con un PGA superior a 5%g) superan diversos niveles de desempeño sísmico y analizar que parámetro sísmico entrega una menor dispersión en relación a los desempeños determinados del modelo en Sap2000. Se explica en detalle la metodología necesaria para la implementación de este tipo de análisis con el fin de continuar los estudios sobre curvas de fragilidad empleando las rutinas desarrolladas con el objetivo futuro de estudiar otros tipos de estructuras e incluir efectos no modelados como la variación del amortiguamiento visco-elástico o la interacción suelo-estructura. Se remarca la falta de registros y la necesidad de complementar la base con registros espectro compatibles a partir de ecuaciones predictivas de movimiento del suelo (GMPE), para así poder mejorar la fiabilidad del estudio de curvas de fragilidad.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Para estudiar el desempeño de muros de hormigón armado, en general, hasta ahora el enfoque se ha puesto en estudiar el comportamiento de un muro de forma aislada. El objetivo principal del presente trabajo es estudiar el desempeño de muros acoplados mediante losa, para obtener información sobre la importancia de esta y comparar los resultados con muros aislados respectivos, lo cual dará resultados más reales de lo que ocurre en un edificio. Para la elección de los muros a investigar, se realizó un estudio sobre los muros típicos de la práctica constructiva chilena y con el objetivo de hacer este estudio lo más cercano a la realidad, se seleccionaron tres ejes estructurales. Para simular el comportamiento de los ejes estructurales, se realizó un análisis tipo Pushover de carácter monotónico a cada eje. Con la idea de hacer este análisis lo más cercano a la realidad posible, se realizó un estudio complementario, con el objetivo de obtener un patrón de carga para el análisis Pushover que proviniera de información de edificios ya construidos en Chile. Es así como de este estudio se concluye, que para edificios que tengan sobre 15 pisos, un patrón de carga triangular invertido no es tan real, ya que comienzan a tener influencia los modos superiores de vibrar. Con los patrones obtenidos previamente se realizan los estudios los cuales permiten concluir que la losa es un elemento de acople importante, muchas veces despreciada, con la cual se llega a niveles de acople de 25%. Esto genera cambios en el comportamiento de los muros, desempeñándose de manera diferente a si estuviesen aislados. Además el acoplamiento influye de manera significativa en el largo de la rótula plástica del muro a compresión en el eje. Para finalizar el estudio, se diseña un experimento a realizar en laboratorio, para corroborar resultados. Se realiza el escalamiento y la construcción de cuatro probetas a estudiar.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En esta memoria se realiza una campaña de exploración geotécnica y de identificación de propiedades dinámicas de edificios en tres sectores de la ciudad de Santiago: El Cortijo, Santa Marta de Huechuraba e Hipódromo Chile. La ocurrencia de terremotos y la amplificación de la respuesta de depósitos blandos pueden someter a importantes solicitaciones a estructuras emplazadas en este tipo de suelo. Es por esto que identificar las propiedades dinámicas de suelo y estructuras permite tener un primer acercamiento para cuantificar una posible vulnerabilidad ante un evento sísmico. En particular en esta memoria, se analizan los resultados que tienen que ver con fenómenos de doble resonancia, tanto en suelo como en estructuras. De la exploración geotécnica se encuentra que los tipos de suelo, según el Vs30 calculado, en las áreas de estudio corresponde a tipo D, D y B, respectivamente. En términos de frecuencias fundamentales, se encuentra que los dos primeros sitios presentan una componente de amplificación de la respuesta del suelo considerable, mientras que el sector de Hipódromo Chile no presenta características que pueda asociarse a una amplificación sísmica significativa. Con el foco en que los sectores de El Cortijo y Santa Marta de Huechuraba, se encuentran edificios relativamente altos emplazados en los sectores cuyas frecuencias podrían estar cercanas a las del suelo, encontrando que si bien, todas las estructuras aledañas al sector de estudio se encuentran dentro de un rango de frecuencias en el cual se puede desarrollar el fenómeno de resonancia, sólo se encontró una estructura en cada sitio en cual uno de sus modos fundamentales es susceptible a amplificar en la frecuencia predominante del depósito. De estos resultados se concluye que existe una alta vulnerabilidad en estas estructuras, debido a la coincidencia entre la frecuencia predominante del suelo y una de las primeras tres formas modales del edificio. Con esto se propone realizar un trabajo futuro para la obtención de permisos e instrumentación permanente de estos edificios vulnerables a acciones sísmicas, junto con realizar un estudio más acabado considerando las implicancias de la interacción suelo-estructura que podrían tener un rol relevante en la respuesta sísmica de este tipo de edificios.

Ingeniería Civil / En edificios altos de hormigón armado en regiones de moderada y alta sismicidad, los muros están interconectados por losas o vigas a nivel de piso que imponen compatibilidad de desplazamiento y afectan el comportamiento del sistema. Una de las principales ventajas de los muros acoplados es que éstos conforman un eficiente mecanismo estructural para resistir acciones sísmicas, y proporcionan mayor disipación de energía. La compleja interacción entre vigas y muros no se considera en los métodos actuales de diseño. Se requiere establecer la real distribución de curvatura del sistema, longitud de rótula plástica y la capacidad de desplazamiento total, para poseer una mejor herramienta de detallamiento sísmico. Existe una carencia de estudios experimentales sobre el efecto del acoplamiento. Este trabajo buscar verificar las hipótesis de estudios analíticos de ciertos autores, a partir de cuatro ensayos pushover cíclicos cuasi-estáticos con desplazamiento controlado. Las probetas estudiadas corresponden a dos muros de distinto largo conectados mediante vigas, las cuales representan un eje estructural de pasillo de edificios de 16 y 25 pisos, con un factor de escala 35. La adquisición de datos se realiza mediante fotogrametría, sensores de desplazamiento (LVDT) y una celda de carga. El montaje experimental contempla el uso de 5 cámaras réflex enfocando diferentes zonas de la probeta. Los resultados entregados en los perfiles de deformación vertical y curvatura en la altura del muro, muestran que se producen zonas plásticas en la base y a la altura de la ubicación de las vigas del primer y segundo piso, en el caso del muro corto. Además se obtiene que la longitud de rótula plástica aumenta con el desplazamiento de techo. Se propone un modelo de rótula plástica tradicional para la probeta de menor acoplamiento con 〖l_p〗^eq=0.55l_w. Para la probeta de mayor acoplamiento, se sugiere un modelo que diferencia el comportamiento entre los muros de distinto largo y se obtiene para el nivel 3,2% un l_(p,base)^equivalente=0,39l_w para el muro corto y l_(p,base)^equivalente=0,21l_w para el muro largo. Al comparar las probetas, para un mayor grado de acoplamiento se obtiene que el muro más corto se ve mayormente afectado por la acción de las vigas. El análisis de las deformaciones sufridas por las vigas de acople indica que la contribución del corte en el desplazamiento total de sus extremos, es mayor en las vigas inferiores, pero no supera el 11% para la probeta de mayor acoplamiento. Por lo tanto, el comportamiento es predominantemente a flexión y es aplicable el modelo convencional de rótula plástica. Se obtiene en promedio l_p=0,36h_viga para el nivel de deriva del 3,2%.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / De acuerdo a los daños observados por el terremoto del 27 de Febrero de 2010 en Chile sobre muros de hormigón armado y el común requerimiento arquitectónico de disponer de discontinuidades sobre los mismos en los primeros pisos y/o primeros subterráneos se realiza el presente estudio. El objetivo es entender el comportamiento de un muro bajo la influencia de una abertura central en la base, y como cambia esa respuesta al agregar elementos en el muro (particularmente losas en la zona de la discontinuidad). Lo anterior es llevado a cabo a través de dos grandes enfoques: el ensayo de cuatro probetas de hormigón armado representativas del caso anterior, y la modelación en elementos finitos de los mismos, además de una extensión a través de un análisis paramétrico. Los muros ensayados tienen 2.65 [m] de alto, 0.9 [m] de largo y 0.15 [m] de espesor. Los primeros tres no tienen losas y se diferencian por las dimensiones de su abertura, mientras que el cuarto tiene las mismas dimensiones (tanto del muro como de la abertura) que el tercer muro, pero consta con la presencia de dos losas en la zona de discontinuidad. El ensayo consta de una aplicación de un desplazamiento pseudo estático controlado a 2.8 [m] desde la base del muro bajo una carga axial controlada y constante de 400 [kN] (cercano al 7% de la capacidad a compresión de la sección entera). El muro se encuentra anclado a la losa de reacción y es sometido a tres ciclos de desplazamiento por cada nivel de deriva. Los materiales usados son comunes en el país (hormigón H30 y acero A63-42H). La instrumentación usada fueron strain gages en las barras de acero, LVDT s sobre una cara del muro y capturando el comportamiento global de éste, y una grilla de fotogrametría para realizar un análisis de correlación de imágenes digitales (DIC). Los resultados muestran que la presencia de las aberturas no genera cambios ni en la rigidez ni en la resistencia de los muros, pero sí en su capacidad de deformación. De acuerdo a los ensayos y literatura previa, el largo de la abertura es la variable más importante en el impacto global. Mientras que el muro base y el abertura pequeña llegan a 3.9% y 3.7% de deriva respectivamente, los muros con abertura más ancha llegan sólo a 2.6%, y el muro con losa se posiciona como un caso intermedio con un3.2%. En todos los casos con aberturas se genera una grieta diagonal desde la abertura a la esquina del muro, generando además pandeo de las barras de refuerzo de la abertura. Al estudiar las deformaciones unitarias verticales en la sección se muestra un cambio de signo en la pendiente, acusando la presencia de un puntal a compresión o una doble curvatura. Al realizar modelos a flexión para relaciones de aspecto mayores, se encuentra que el modelo es aceptable para captar la degradación del muro.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El presente trabajo tiene como objetivo generar un informe automatizado de la respuesta sísmica registrada del edificio Antígona en Viña del Mar sujeto a diversos eventos sísmicos. El edificio Antígona tiene una instrumentación permanente perteneciente a RENADIC desde 2017 que consiste de 12 acelerómetros ubicados en diversos niveles de la estructura (subterráneo -2, primer piso, octavo piso y quinceavo piso) y es sujeto a sismos de diversa intensidad en forma frecuente. De esta forma, el presente trabajo pretende generar una herramienta que permita estudiar las características dinámicas de la estructura y de su respuesta ante múltiples eventos sísmicos ocurridos entre fechas señaladas. La finalidad de las rutinas generadas es que permitan generar informes periódicos de RENADIC que tengan una información más detallada en comparación a lo que se realiza actualmente en forma manual. Además, la herramienta puede ser utilizada para generar un informe en forma rápida y rigurosa de lo que pudiese acontecer cuando ocurra un terremoto fuerte. En el informe se incluye la siguiente información: a) una descripción general de la estructura y de su instrumentación, b) una descripción de los sismos registrados durante las fechas señaladas, c) resúmenes generales de la respuesta del edificio como aceleraciones, velocidades y desplazamientos registrados para cada evento en cada canal, d) se generan los espectros elásticos de respuesta para las señales registradas, e) se generan los espectros de potencia y funciones de transferencia asociadas a movimientos globales de la estructura en sus sentidos longitudinal, transversal y torsional, f) se identifican las propiedades dinámicas de la estructura (frecuencias naturales, formas modales y razones de amortiguamiento) utilizando el método DSI, g) se incluyen resultados de un modelo de elementos finitos calibrado en ETABS de manera de obtener los cortes y derivas de entre piso, h) se incluyen datos generales del sismo reportados por el CSN. Dentro de los resultados obtenidos fue posible identificar al menos seis modos fundamentales de la estructura, observándose una importante participación torsional en la mayoría de estos. A partir de los resultados obtenidos, se genera una rutina en Matlab la cual confecciona un informe automático en pdf, a partir de un código en Latex, el cual presenta los resultados de los registros que el usuario selecciones de la base de registros v1 de RENADIC.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El acero estructural es un material que es ampliamente utilizado en los países de mayor desarrollo para la materialización de estructuras industriales y no industriales por su alta ductilidad y resiliencia al ser diseñadas con metodologías confiables que han tenido buen desempeño luego de eventos sísmicos. Dentro de estas estructuras resaltan los marcos especiales a momento con columnas tubulares (HSS) y vigas de sección I, que son capaces de concentrar la mayor parte de la deformación inelástica en las vigas al ser sujetas a demandas sísmicas considerables. Con el fin de aumentar la resiliencia de estas estructuras, así como la facilidad, rapidez y calidad constructiva es que se propone una conexión viga-columna mediante planchas tipo end-plate (EP) apernada denominada EP-HSS, la cual fue estudiada experimental y numéricamente para caracterizar su comportamiento bajo cargas cíclicas, cumpliéndose los criterios establecidos en la norma americana (AISC 341-10), encontrándose que el mecanismo de falla que prevalece es aquel asociado a una mayor plastificación en las vigas, lo cual corresponde a una falla de tipo dúctil. En el presente estudio se busca ampliar el alcance de investigaciones previas al incluir el efecto de la carga axial y flexión biaxial sobre la columna a través de una simulación numérica mediante el método de elementos finitos (MEF) que incluye no linealidades del material utilizado, geométricas y de contacto entre elementos, así como grandes deformaciones en el sistema. La carga axial se incluye en tres niveles de carga relativos a la carga axial de fluencia de la columna (Py), mientras que la flexión biaxial se considera al variar la cantidad de vigas conectadas a la columna que se deforman a flexión. En añadidura a lo anterior, se realizan simulaciones con modificaciones en el diseño de la conexión para inducir fallas localizadas en esta y estudiar los mecanismos de falla que se generan. Se encuentra que todas las conexiones cumplen con el requerimiento de sostener resistencias a flexión del 80 % del momento plástico nominal de la viga (Mp) para una rotación de 0.04 [rad] como se estipula en la norma AISC 341-16 y presentan un buen desempeño con respecto al criterio de columna fuerte-viga débil, al ser las vigas las principales disipadoras de energía. La respuesta de las conexiones se analizó mediante la conversión a un sistema equivalente en términos de energía de donde se encuentra que el impacto de la carga axial sobre la columna es reducido para los niveles estudiados y que la flexión biaxial tiene un mayor impacto en la histéresis de la conexión mas no induce mecanismos de falla frágiles.

Ingeniero Civil Eléctrico / En el presente trabajo se estudia el impacto en la planificación de la expansión de los sistemas eléctricos de transmisión de modelar el riesgo a que se ve expuesta la infraestructura de generación y transmisión producto de la ocurrencia de sismos de gran magnitud. Para esto se formula un modelo de planificación de la transmisión como un problema de optimización con seguridad probabilística y control correctivo. El cálculo de la probabilidad de ocurrencia de las contingencias en las horas del año en que se producen sismos significativos se realiza a partir de una simulación tipo Montecarlo, donde se generan realizaciones aleatorias de eventos sísmicos, caracterizados por su ubicación, magnitud y atenuación, y para los cuales se determina el impacto en la infraestructura eléctrica a partir de curvas de fragilidad de los componentes considerados susceptibles de fallar (subestaciones, líneas de transmisión y centrales generadoras). El problema de optimización propuesto busca minimizar el costo total de la anualidad de inversión en transmisión, los costos variables de operación anuales y el costo esperado producto de la ocurrencia de contingencias. Lo anterior, sujeto a las restricciones del flujo de potencia DC, restricciones de seguridad que aseguran la operación del sistema en estado de contingencia y la posibilidad de hacer re-despacho correctivo de los generadores a partir de la utilización de sus reservas de subida y bajada. Desde el punto de vista del horizonte de planificación el modelo resuelve el problema estático (e.g. localización y capacidad de transmisión a instalar) y para la modelación de las líneas candidatas se utiliza el disjunctive approach. Con lo anterior se obtiene un problema de optimización lineal entero mixto (MILP, por sus siglas en inglés). Se analizan dos casos de estudio, en primera instancia una red de 4 nodos y posteriormente se utiliza una red de mayor complejidad que corresponde a una versión simplificada del Sistema Eléctrico Nacional (SEN) de Chile modelado en 42 nodos. Se estudian 3 aproximaciones para la modelación de la amenaza sísmica, para las cuáles se obtienen diferencias en los planes de inversión y operación óptimos en escenarios de alta actividad sísmica. Posteriormente se estudia el impacto a nivel de los planes de inversión óptimos de considerar la resiliencia del sistema mediante el contraste con los casos en que solo se considera la confiabilidad endógena del sistema y cuando no se toman consideraciones de seguridad en las decisiones de inversión. Obteniendo diferentes planes óptimos en cada caso.