Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / La ferroelasticidad es un fenómeno que se da en ciertos materiales en los que su relación esfuerzo-deformación no se comporta de manera lineal. Para poder medir este comportamiento, el método más habitual para su estudio es la compresión uniaxial, sin embargo, también se puede estudiar bajo identación plana. Se ha comprobado que los materiales de óxidos de lantanio, que poseen estructura perovskita tienen un comportamiento de creep ferroelástico cuando están a temperatura ambiente. El trabajo corresponde al estudio de la ferroelasticidad en (La_{0.6} Sr_{0.4})_{0.95} Co_{0.2} Fe_{0.8} O_{(3-x)} (LSCF). Para esto se crearon probetas del material, las cuales consistían en discos y barras, siendo sometidas a ensayos de impresión y de compresión, respectivamente, para así poder caracterizar el comportamiento ferroelástico que estos poseen. Para lograr esto, tanto en compresión como en impresión, se realizó el estudio de la resistencia al contacto para el cálculo del esfuerzo crítico de la deformación ferroelástica en el material. Se obtuvieron los datos sobre la porosidad y la densidad de todas las probetas utilizadas, con esto se determinó que los discos son más densos que las barras y la porosidad es menor en el caso de los discos. Se ocuparon series de Prony de tercer orden con relajación en el tiempo para poder modelar el comportamiento ferroelástico que poseía el material, utilizando para ello los datos obtenidos de forma experimental en ambos ensayos. Se procedió a comparar los resultados obtenidos en 80 [MPa] de ambos ensayos para determinar cuál de ellos sería más efectivo de realizar. Para obtener más conclusiones, es necesario contemplar más resultados experimentales que contemplen más variables a las que pueda estar sujetas el material, tales como la temperatura que posee el material, la porosidad que este posee, entre otros.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / Una de las estructuraciones utilizadas en edificios de gran altura es la de sistemas de muros de hormigón armado acoplados por losas, la que ha mostrando un comportamiento eficiente ante cargas de sismo y viento, donde los muros al recibir estas cargas producen esfuerzos de corte y momento en las losas, siendo resistidos por una parte de esta. Variados estudios han analizado el comportamiento de estos sistemas pero se ha puesto poca atención en el análisis post fluencia de las losas y los esfuerzos de flexión y corte que se generan y son capaces de resistir, así como en la influencia de la cantidad y ubicación de la armadura necesaria para resistir estas cargas. Debido a esto y a que en las oficinas de cálculo chilenas se utilizan estos sistemas con refuerzo de losa, surge el interés de estudiar su comportamiento y eficiencia. Para esto se realizará un estudio paramétrico utilizando modelos numéricos no lineales de ejes resistentes comunes sometidos a un análisis pushover, que estarán limitados a una losa de piso y la mitad de la estructura de los muros que se encuentran sobre y bajo la losa, considerando elementos finitos y leyes constitutivas representativas de los materiales para caracterizar la respuesta colineal de estos elementos en la tipología de edificios chilenos, donde se irá variando la armadura de refuerzo utilizando dos tipos de modelos, con armadura concentrada y armadura distribuida, y se analizarán su distribución de momento, esfuerzos transmitidos y ancho efectivo. De este análisis se ha obtenido que existe una zona capaz de transmitir los esfuerzos, al alejarse de este sector la distribución de momento disminuye bruscamente de la misma forma independiente de la cuantía utilizada y no se aprecia un aporte significativo en la resistencia de momento por parte de las barras de refuerzo. Se deduce de esto que el ancho efectivo no depende de la cuantía utilizada, sino que está en función de la geometría del sistema como se ha mencionado en estudios anteriores, y que resulta más eficiente utilizar armadura del tipo concentrada, ya que pasado de la zona mencionada no se produce un aumento importante en el acoplamiento y por lo tanto se estará perdiendo armadura.

Ingeniero Civil / Para determinar el modo de falla y la carga crítica asociada, se realizaron tres tipos de análisis. Bajo el criterio descrito por la norma de diseño AISC, según las fórmulas desarrolladas por Marsh (1997) en su trabajo Design of Single and Multiple Angle Columns and Beams y mediante un análisis no lineal a través del programa de elementos finitos ANSYS, en el cual se realiza un estudio estático tipo Push-Over. La metodología utilizada consistió en calcular la carga crítica y modo de falla dada por cada método de análisis. Además, con los modelos de elementos finitos se determinaron las solicitaciones sobre las placas de conexión de los arriostramientos, tanto su magnitud como la distribución sobre las caras de las placas. Para el desarrollo de la investigación se utilizó una gama de perfiles XL de dimensiones comúnmente utilizadas en la práctica y largos totales de 1.5, 2.5, 5 y 10 metros. Con los resultados obtenidos se generó una clasificación de la falla predominante en los perfiles XL y se definió que la tendencia de los perfiles a fallar por torsión se encuentra relacionada con la razón entre la esbeltez global y local menor a 5.5. Por el otro lado, los elementos que superan este valor muestran fallar por pandeo flexural. Finalmente, para los elementos que fallen por flexión, se recomienda diseñar la conexión de cada cara de la placa para la carga total obtenida. Mientras que para los elementos con falla torsional es posible utilizar la mitad de la carga para cada conexión.

Ingeniero Civil / El estudio del comportamiento de riostras de pandeo restringido conlleva a la necesidad de implementar un sistema de ensayo para poder obtener resultados e información relevante su desempeño sísmico. Estos elementos se componen de un perfil de acero interior rodeado por otro perfil de acero y una capa de mortero u otro material confinante entre ambos, se caracteriza por presentar estabilidad lateral ante demandas axiales alcanzando resistencia similar tanto en tracción como en compresión sin sufrir pandeo, y son útiles ante demandas sísmicas actuando como disipadores de energía. El objetivo del presente trabajo es el diseño y construcción de un sistema de ensayo de tracción y compresión para riostras de pandeo restringido. Dicho sistema es capaz de proporcionar la carga de manera axial solamente mediante un actuador hidráulico de 25 [ton] de capacidad. El sistema de ensayo entrega como resultado las curvas de carga versus desplazamiento para caracterizar cuantitativamente el desempeño de los prototipos de riostra en términos de disipación de energía ante la acción cíclica, y posee un sistema de control sencillo para poder aplicar los ciclos de carga de acuerdo a las disposiciones y recomendaciones para este tipo de ensayos. Para llevar a cabo lo anterior se implementó el sistema de ensayo en el laboratorio de estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, donde se dispuso la instalación estructural lo suficientemente resistente para soportar las cargas generadas durante los ensayos. Como resultado se tiene un sistema que entrega mediciones confiables y son útiles para caracterizar cada prototipo ensayado, además de poseer un sistema de montaje y operación lo más sencillo posible.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Medir la vibración con cámaras de alta velocidad permite la disponibilidad de una gran cantidad de datos, ya que el sistema discretiza la super ficie a medir en un arreglo rectangular de miles de puntos. Contar con datos en alta resolución puede ser un factor positivo a la hora de localizar el daño y determinar su severidad, en especial cuando las zonas afectadas son de poco tamaño. El objetivo de esta investigación es explorar el potencial en el uso de un sistema de correlación de imágenes de alta velocidad (DIC) para la medición de la vibración y la detección de daño por delaminación en placas compuestas tipo panal de abeja. El estudio contempló la preparación de cinco escenarios de daño por delaminación, de diferentes formas y tamaños, más una placa sin daño, y la implementación de tres métodos de detección de daño basados en la curvatura de los modos de vibración: two dimensional gapped smooth method (TDGSM), uniform load surface method (ULSM) y strain energy method (SEM). Se midió la vibración de las placas con un sistema DIC de alta velocidad, en rangos cercanos a sus frecuencias naturales. Con los datos obtenidos mediante el sistema DIC se pudieron obtener los modos de vibrar de las placas, para los distintos escenarios de daño, pudiendo contar con al menos seis modos de vibración por placa. Estos datos fueron tratados con un algoritmo de suavizamiento y recuperación de datos. Posterior a esto, se aplicaron las metodologías de detección, utilizando la información de las placas con y sin daño. Se obtuvieron grá ficos de contorno de los índices de daño obtenidos con los métodos de detección, los cuales proporcionaron imágenes similares a radiografías de las placas. Los resultados obtenidos probaron la efi cacia de los métodos de detección de daño al utilizar la información obtenida mediante el sistema DIC. La curvatura de los modos de vibración es una característica altamente sensible a cambios locales en la estructura, y esta propiedad es la base de todos los métodos de detección utilizados. . Todos los métodos fueron capaces de detectar tanto la localización como parte de la severidad de los escenarios de daño estudiados. En los casos de daño múltiple, en su mayoría, las metodologías solo pudieron detectar uno de los daños presentes en la estructura. Destacó el método SEM , el cual fue capaz de detectar un área delaminada pequeña y un escenario de daño múltiple, que no habían sido detectados en trabajos anteriores, con otras técnicas de detección. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / Hay algunos problemas en Mecánica del Medio Continuo donde encontramos cuerpos que exhiben una respuesta elástica no lineal, los cuales no pueden ser modelados adecuadamente usando la teoría elástica clásica, específicamente en casos donde hay deformaciones pequeñas y comportamiento no lineal del material. Algunos ejemplos pueden ser encontrados en la modelación de materiales frágiles y en Mecánica de Fractura. Recientemente, una nueva clase de relaciones constitutivas implícitas para cuerpos elásticos ha sido desarrollada para describir este tipo de respuesta elástica de sólido. Esta teoría contiene como subclase los clásicos cuerpos de Cauchy y de Green. Dentro de esta clase de relación constitutiva, uno puede obtener, a través de rigurosas aproximaciones, relaciones constitutivas para la deformación linealizada como una función no lineal del esfuerzo. Tal aproximación no es posible en las teóricas clásicas de elasticidad de Cauchy y Green, donde el proceso de linealización solamente llevará al clásico cuerpo elástico linealizado. Estudiamos los efectos de usar esta nueva clase de relaciones constitutivas, obteniendo los estados de esfuerzo y deformación para cuatro problemas de valor de frontera usando el Método de elementos Finitos. Los resultados son comparados con las soluciones encontradas en la literatura considerando la teoría clásica de elasticidad linealizada. Los problemas son: tensión uniaxial de una placa rectangular infinita con un agujero elíptico, tensión uniaxial de una placa rectangular finita con entalles de borde hiperbólicos, una placa semi-infinita con una carga puntual y una inclusión en una matriz blanda bajo tracción.

Ingeniero Civil Mecánico / Determinar el daño en estructuras y edificios luego de ocurrido un desastre natural, como puede ser un terremoto, es de crucial importancia para poder iniciar acciones de respuesta frente a emergencias de manera eficaz y que eviten el generar mayores pérdidas. Es por esta razón que se tornan necesarias herramientas predictivas fiables basadas en tecnologías de ingeniería moderna para evaluar las estructuras dañadas y ayudar a las autoridades a tomar mejores decisiones. La losa colaborante o Steel Deck, hoy en día tiene un importante rol en la construcción de losas de entrepiso en edificios y construcciones alrededor del mundo. En Latinoamérica, su uso es cada vez más común en grandes construcciones y Chile ha tomado un papel protagónico en su masificación, implementándolas en una gran cantidad de obras de construcción ya sea para edificios industriales, habitacionales, educacionales, estacionamientos y de servicio. El creciente interés se debe a las propiedades que entrega su estructura compuesta de chapas o láminas de acero las cuales funcionan como encofrado que soporta hormigón vertido. Se comporta entonces como una estructura mixta de acero-hormigón con características como buena resistencia estructural en poco peso, larga durabilidad y bajo costo. El objetivo de esta investigación es desarrollar y evaluar la utilización de tres algoritmos de detección de daños al utilizarlos en una losa colaborante los cuales funcionan en base a los cambios en sus modos de vibración y frecuencias naturales. Para esto se estudian diversos métodos de detección de daño mediante vibraciones y de esta forma determinar si existe falla, su ubicación y la magnitud el daño. El estudio comprende la preparación de modelos computacionales de losa colaborante con distintos escenarios de daño, sobre los cuales se realizará un análisis de las propiedades de vibración mediante software de ingeniería asistida para determinar sus modos de vibración y frecuencias naturales. Una vez obtenidos los modos de vibración se aplicarán los algoritmos de identificación de daño para poder estudiar su efectividad en los diferentes escenarios. Se espera poder determinar según los resultados, cuales son los alcances y limitaciones de cada método de identificación. Se estudiará la efectividad de cada uno según la calidad de la detección, la posibilidad de determinar la localización del daño y el grado de daño. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por proyecto Fondecyt 1170535

En el presente trabajo se valida un modelo de interacción flexión-corte, el cual es una modificación del modelo tradicional de fibras uniaxiales, agregándole un resorte de corte a cada fibra del elemento, de manera que considera elementos de hormigón tipo panel, con comportamiento biaxial, para obtener la interacción flexión--corte deseada. El modelo se aplica a muros cortos de hormigón armado, con relación de aspecto alto/ancho menor igual a uno, en voladizo, sujetos a cargas laterales en su plano, y con carga axial nula. El objetivo principal de este trabajo consistió en validar la respuesta global, carga versus desplazamiento lateral superior, entregada por el modelo. Con este fin, se analizaron datos de la Universidad de Bogazici, Turquía, de siete ensayos realizados en muros cortos en voladizo y luego se procedió a la modelación de los mismos. Para ello, primero se caracterizaron los materiales usados en cada muro, y una vez definidas las leyes constitutivas fueron incorporadas a los modelos. En general, los resultados obtenidos son coherentes con lo observado en los ensayos, mostrando cambios en la respuesta dependiendo de las propiedades de los materiales y las cuantías de armadura de los muros. En comparación a los resultados de los ensayos, la capacidad máxima obtenida con el modelo de interacción flexión-corte muestra un error promedio de 8.9%, e igual a 20% en el caso más desfavorable, y una desviación estándar de un 7.5% con respecto al total de casos.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene por objetivo identificar los principales modos de falla en perfiles armados XL sometidos a carga cíclica y su vinculación con propiedades geométricas y de comportamiento estructural. Parámetros estudiados son las fuerzas máximas de tracción y compresión, la degradación de la capacidad compresiva, la ductilidad y las fuerzas en las conexiones con la placa gusset y en la intersección de las diagonales. Adicionalmente, se comparan los efectos de utilizar dos espaciamientos de placas separadoras: cada un cuarto y un octavo del largo total del arriostramiento. Para proceder, se realiza un análisis no lineal de tipo pushover en el software de elementos finitos ANSYS Workbench 15. Se estudian en total 74 elementos, con secciones variando en altura de 80 a 400 mm, espesores de 4 a 16 mm y largos de 3 a 6 m. Como resultado, se establece una relación entre el modo de falla y el cociente entre la esbeltez y la compacidad de la sección transversal: perfiles con una relación de esbelteces mayor a 10 tienden a fallar por flexión; cuando la razón está comprendida entre 6 y 10 fallan por flexotorsión, mientras que para valores menores a 6 lo hacen por torsión. Se identifica que los perfiles con una relación de esbelteces menor a 4 no experimentan deformaciones laterales ni aparición de una rótula plástica, por lo cual presentan una alta ductilidad y prácticamente nula degradación en la capacidad compresiva. En cuanto a las fuerzas en las conexiones, los casos más desfavorables se vinculan con perfiles con falla flexotorsional y flexural, ya que las demandas tienden a ser crecientes con la relación de esbelteces para los ejes de las conexiones que concentran las fuerzas más críticas. Finalmente, se recomienda distanciar los interconectores a un cuarto del largo total, por cuanto se aumenta la capacidad de deformación inelástica y se disminuyen las fuerzas en las conexiones. Además, se sugiere evitar la implementación de perfiles con falla flexotorsional, ya que mostraron fallar prematuramente y además, producto de la forma de pandeo, suponen costos de reparación mayores.

Ingeniera Civil / La media geométrica ha sido una representación de la componente horizontal ampliamente utilizada para la generación de curvas de atenuación para el diseño sísmico, pero existen otras representaciones que podrían ser más adecuadas para el diseño dependiendo de las características propias de la estructura o del lugar donde se emplace, he aquí la necesidad de convertir curvas de atenuación ya existentes, obtenidas para la media geométrica, a otras definiciones más apropiadas que mejoren la calidad y precisión del diseño sísmico. Para el estudio realizado en esta memoria se recopilan registros de aceleración de las redes de estaciones sísmicas nacionales, RENADIC y ONEMI, y se obtiene información de eventos de magnitud superior a 5.5 Mw ocurridos en Chile hasta el 23 de septiembre de 2015. Los registros son procesados y filtrados conservando aquellos cuyo PGA es mayor al 1% de g. Mediante un estudio se determina que, de un total de 680 registros, asociados a 131 eventos sísmicos, cerca del 80% de los espectros calculados alcanzan un periodo de uso igual o superior a 10 s, permitiendo extender el rango de estudio hasta los 10 s. Las estadísticas presentadas aquí están basadas en el trabajo de Beyer y Bommer (2006), y permiten la transformación de curvas de atenuación a diferentes representaciones de la componente horizontal del movimiento. Las definiciones consideradas son las siguientes: RotD100 o máxima dirección, envolvente, random, GMRotD50, GMRotI50, media geométrica, media aritmética, componentes principales 1 y 2 y componentes ortogonales horizontales (H1 y H2), orientadas según los ejes del equipo de registro en terreno. Adicionalmente, se introduce la componente vertical. Se logró determinar funciones que relacionan la media geométrica con las otras definiciones de la componente horizontal. Los resultados encontrados son similares, pero no idénticos, a los reportados previamente en la literatura. La principal diferencia observada es el efecto de direccionalidad para las componentes horizontales H1 y H2, efecto atribuido a la orientación de los equipos en terreno que permitiría, en la mayoría de los casos, considerar H1 y H2 normal y paralela a la falla respectivamente. Dicha direccionalidad se acentúa para periodos altos, sismos interplaca y magnitudes sobre 6.5 Mw. Para la componente vertical se obtienen factores de conversión mucho menores que para las distintas representaciones de la horizontal, pero con mayor variabilidad, la razón cambia ampliamente entre distintos rangos de periodos, presenta una variación importante con el amortiguamiento para periodos bajos y con la magnitud para periodos altos y es destacable su comportamiento con el mecanismo de falla, siendo mayor para sismos intraplaca en periodos bajos y para interplaca en periodos altos.