Durante un evento sísmico las masas de los componentes de una válvula y su sistema de accionamiento producen solicitaciones (inducidas por la oscilación sísmica) que pueden afectar el correcto funcionamiento de esta, estas solicitaciones se ven acrecentadas para el caso de válvulas de gran tamaño, debido a las grandes masas excéntricas involucradas. La sismicidad en Chile tiene la particularidad de poseer sismos de gran duración en su manifestación de mayor intensidad, con lo que válvulas fabricadas bajo estándares y normas extranjeras podrían funcionar incorrectamente durante una situación de emergencia. El principal objetivo de este trabajo es generar una metodología para diseñar y calificar grandes válvulas de seguridad, considerando las solicitaciones sísmicas y de trabajo (presión, peso propio y dilatación térmica) de estas. Se tomaran como base los procedimientos aplicados en la norma ASME QME-1-2007 (para calificación de equipos mecánicos activos utilizados en plantas nucleares), desarrollándose estos con mayor detalle, complementándolos y aplicándolos al caso de la sismicidad nacional. Para ejemplificar la metodología se estudió una válvula de mariposa de 36 pulgadas de diámetro, calculándose el campo de deformaciones de esta sometida a cargas de trabajo y luego a cargas sísmicas. El análisis se centra en el sistema de accionamiento y sellado, considerando las deformaciones y esfuerzos en el eje, disco, sello y bujes de la válvula. Los resultados obtenidos indican que los esfuerzos en los distintos elementos analizados (tanto para carga de trabajo como para carga sísmica) están bajo los máximos admisibles para los distintos materiales empleados, además las fuerzas de contacto generadas producen fuerzas de roce que están por debajo de la fuerza generada por la motorización especificada con la válvula. Se concluye que la válvula analizada es capaz de mantener su integridad física y operabilidad bajo su carga normal de trabajo y durante un evento sísmico. La metodología de calificación generada permite incorporar cargas de trabajo y sísmicas, analizando la incidencia de las deformaciones producidas sobre el sistema de accionamiento y sellado de la válvula.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / La lixiviación en pilas es una de las técnicas más utilizadas en el mundo para la extracción de cobre en minerales de baja ley. Sobre la pila se vierte una solución ácida que separa el cobre de la roca, dicha solución percola hacia los sistemas de drenaje ubicados en la base de la pila compuestos por material granular permeable (denominado “overliner”) y tuberías ranuradas de HDPE (polietileno de alta densidad). El objetivo de la memoria es estudiar el impacto del overliner sobre las tuberías e identificar el parámetro del suelo que tiene mayor influencia sobre la deflexión vertical de éstas al aplicar presiones de hasta 3.6 [MPa] equivalentes a una pila de 200[m] de altura. Para lograr lo anterior, se desarrolló un modelo de diferencias finitas en FLAC 2D, el cual fue calibrado con resultados de ensayos de aplastamiento de gran escala a tuberías de 4” de HDPE. El análisis de sensibilidad permitió concluir que el parámetro más determinante en la deformación vertical de la tubería corresponde al Módulo de Young del material granular protector que recubre las tuberías (overliner). Además se observó que el uso de zanjas para la colocación de las tuberías disminuía la deformación de éstas, facilitando la generación de efecto arco.

Ingeniero Civil / Estudios realizados por Stewart et al, 2007, y posteriormente por Lemnitzer et al, 2013, han mostrado que para una pila con restricción al giro en el cabezal (Fixed Head) los desplazamientos por esfuerzo de corte pueden llegar a contribuir en un 40% de los desplazamientos totales, a nivel de terreno, y sugieren que el efecto de corte influye en la determinación de curvas p y. De esta forma, se ha utilizado un modelo de interacción corte flexión para estimar el efecto del corte en la determinación de las curvas p y, modelo inicialmente propuesto por Massone et al, 2006, para el análisis de muros de H.A, extendiéndolo en este trabajo para el análisis de columnas. Dada la geometría de la pila, distintas versiones del modelo de interacción se han validado utilizando la respuesta global carga desplazamiento de ensayos de columnas circulares recopiladas de la base de datos de PEER, 2011, y de Kawashima Lab, 2011, estudiando la respuesta en términos de rigidez, capacidad máxima y desplazamiento al 10% de degradación de capacidad. Estos especímenes fueron seleccionados de forma de observar degradación por corte en la respuesta. Se ha encontrado buena correlación tanto en rigidez como en capacidad, teniendo valores de razón promedio entre el modelo y el ensayo de (V_mod⁄V_exp ) 0.91 para la capacidad máxima y de (K_mod⁄K_exp ) 1.3 para la rigidez, con coeficientes de variación de 0.09 y 0.18, respectivamente, usando el modelo de interacción con un perfil calibrado de deformaciones laterales o expansión (ε_x). Al estudiar la degradación, se ha observado buena correlación al utilizar una discretización en la dirección longitudinal con una razón diámetro largo del elemento (D⁄h_st ) igual a 2.0, obteniendo así un valor promedio de (δ_mod⁄δ_exp ) 0.86 con un coeficiente de variación de 0.38. El modelo de flexión, por su parte, entrega valores de (V_mod⁄V_exp ) igual a 1.1 y (K_mod⁄K_exp ) igual a 1.9. No se consideró el análisis de (δ_mod⁄δ_exp ) por no observar degradación en 6 de 10 casos a grandes deformaciones (δ_mod⁄δ_exp ≫2). Las curvas p y fueron determinadas para un ensayo de una pila Fixed Head, realizado por Stewart et al, 2007, utilizando un procedimiento de ajuste de la respuesta global de un modelo de flexión y a su vez de un modelo de interacción. Se utilizó la forma base de las curvas p y propuestas por API (1993) para una arcilla dura, como una respuesta trilineal. Los resultados muestran que para la curva p y ubicada en la superficie de terreno, la razón entre modelo de flexión e interacción es de (p_(u_Flex)⁄p_(u_inter) ) igual a 0.67 para la resistencia última y de (K_Flex⁄K_inter ) igual a 0.77 para la rigidez inicial. Los desplazamientos por corte contribuyen en un 35% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 3.0 in a nivel de terreno. Adicionalmente, se realizaron análisis de sensibilidad, en donde se determinó que el efecto de corte está concentrado entre la superficie de terreno y una profundidad de 2 diámetros (48 in) y además, se mostró que aumentando al doble la armadura transversal en esta zona se logra aumentar la capacidad en un 7%, para un desplazamiento de 3.0 in, y aumentar la ductilidad de la pila en un 50%. En este caso las deformaciones por esfuerzo de corte contribuyen en un 13% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 6.0 in, que es el punto en donde se observa degradación.

Ingeniera Civil de Minas / Los esfuerzos in situ son aquellos que son intrínsecos del macizo rocoso y se dividen en esfuerzo tectónico y gravitacional. Estos son una de las condiciones iniciales más importantes para estimar las solicitaciones que pueden desarrollarse en una obra de ingeniería de rocas. El buen conocimiento permite diseñar adecuadamente las labores mineras, obteniendo así excavaciones estables y más seguras. El objetivo general de este trabajo es desarrollar una metodología que permita ajustar estadísticamente un modelo representativo de una base de datos de mediciones de esfuerzos in situ, junto con relacionarlo con el tectonismo de la región. La metodología propuesta para establecer el modelo de esfuerzos in situ queda dada por cuatro partes: 1. Filtrar la base de datos, usando el criterio de Chauvenet para la carga litostática y la regresión lineal del criterio de Mohr-Coulomb. 2. Formar el modelo sujeto a tres restricciones: intervalo de confianza del criterio de Mohr-Coulomb, primer invariante de esfuerzos y razón de esfuerzos b=(σ_2-σ_3)/(σ_1-σ_3). 3. Plantear una serie de modelos que se diferencian en su cantidad de parámetros. La función objetivo se define a partir de los errores cuadráticos entre los esfuerzos principales del modelo y la base de datos. Para identificar el modelo óptimo se utiliza selección estadística de modelos. 4. Calcular las orientaciones para el modelo seleccionado. Los modelos obtenidos se comparan con modelos propuestos por otros autores y aceptados en la literatura. Esta comparación entrega magnitudes y orientaciones de los esfuerzos consistentes, lo que permite concluir que la metodología presentada estima adecuadamente el comportamiento de la base datos. La siguiente tabla presenta el tensor de esfuerzos obtenidos para Chile y Canadá. Chile Canadá Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] EN 0,002 0,000 0,002 0,121 EV 0,010 0,309 0,005 0,000 NV 0,007 0,235 0,006 0,000 EW 0,021 9,462 0,020 10,387 NS 0,011 5,648 0,028 18,200 V 0,027 0,000 0,026 0,000 Se evalúa el impacto de los esfuerzos in situ en el diseño de diversas labores mineras subterráneas, tales como pilares, caserones y galerías. Las variables utilizadas para medir el impacto son: la carga promedio sobre el pilar, la magnitud de la sobre-excavación en caserones, la zona fracturada en túneles y el impacto en el diseño de soporte en galerías. Los resultados ilustran que cuando los esfuerzos presentan un comportamiento hidrostático la estabilidad de las excavaciones es mayor. Se aprecia que las tendencias obtenidas en función de la razón de esfuerzos horizontales y verticales (k), son lineales para pilares, caserones y túneles. En el caso del soporte el espaciamiento de los pernos disminuye y el espesor de shotcrete aumenta, a medida que aumenta la razón de esfuerzos k. Parte de este análisis demuestra que existen diversos factores que afectan el diseño de labores mineras, sin embargo, es importante como paso inicial y base conocer el estado preexistente en la roca y sus propiedades geomecánicas.

Ingeniero Civil de Minas / Los métodos de estabilidad gráficos corresponden a una herramienta empírica de diseño en donde se relacionan el tamaño de la geometría excavada, la competencia del macizo rocoso y la estabilidad de la excavación. Uno de los parámetros que incide en la estabilidad del caserón corresponde al factor de esfuerzos A , el cual es función de los esfuerzos inducidos sobre la pared y el UCS de la roca. Para la obtención de estos esfuerzos, Mathews (1981) desarrolló gráficos derivados del modelamiento numérico 2D en función de los esfuerzos in-situ y la geometría de la excavación. El objetivo de esta memoria es el desarrollo de nuevos gráficos de estimación de esfuerzos inducidos a partir del modelamiento numérico 3D y el análisis del impacto que éstos producen en el cálculo del factor A y en consecuencia en el diseño de caserones. La metodología propuesta consiste en 2 etapas: Modelamiento numérico, la cual se centra en la realización de curvas para estimación de esfuerzos inducidos, utilizando el software de modelamiento numérico en tres dimensiones RS3, con el objetivo de extender a geometrías 3D los gráficos propuestos por Mathews. Impacto en el diseño, se centra cuantificar el impacto generado en el cálculo del factor de esfuerzos. Para esto se realizan 1000 casos sintéticos de caserones, con diferentes geometrías y distintas condiciones de esfuerzos, a los cuales se les calcula el factor de esfuerzos utilizando tanto las curvas de Mathews como las nuevas curvas. Finalmente se aplican estos resultados a la base de datos de Mawdesley (2002) de manera de observar el impacto generado en el gráfico de estabilidad y en el radio hidráulico máximo permisible. El primer resultado de este estudio indica que en el caso de techos y paredes de término, las nuevas curvas de esfuerzos inducidos, derivadas del modelamiento numérico 3D, presentan grandes diferencias con la curvas propuestas por Mathews, esto repercute significativamente en el cálculo del factor A, pudiendo obtenerse resultados completamente distintos dependiendo de los gráficos utilizados. Por su parte en el caso de las paredes de término no se observan diferencias significativas entre ambos gráficos. Con respecto al impacto en el diseño, el principal resultado obtenido muestra que la utilización de las nuevas curvas de estimación de esfuerzos sobre techos y paredes de término trae como consecuencia la obtención de radios hidráulicos permisibles significativamente mayores a los de la metodología convencional, observándose diferencias promedio de 20% y 30% respectivamente. Por su parte, en el caso de las cajas no se observa un impacto significativo. Finalmente se recomienda la utilización de una base de datos histórica que contenga la totalidad de la información requerida (geometría de caserones y esfuerzos in-situ) con el propósito de evaluar de una manera más prolija el impacto de las nuevas curvas.

Los requerimientos actuales para el diseño sísmico de elementos de hormigón armado exigen un adecuado detallamiento de las zonas donde se espera que ocurran deformaciones inelásticas. En dichas zonas, se espera que los valores alcanzados por la amplitud de las deformaciones unitarias sean significativos, ya que durante sismos moderados dicha amplitud puede sobrepasar el 2%. A partir de ensayos cíclicos en elementos estructurales de hormigón armado, se observan tres modos de falla que pueden asociarse a la pérdida de ductilidad. Estos modos de falla son los siguientes: falla por compresión en el núcleo de hormigón debido a falta de confinamiento, pandeo por compresión en las barras de refuerzo longitudinal y fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal. El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar alternativas que permitan modelar la fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal en elementos estructurales de hormigón armado. El trabajo, de carácter teórico, pretende proveer información referente a la degradación de la capacidad resistente en el refuerzo longitudinal considerando la degradación cíclica producto de la fatiga de bajo número de ciclos, considerando además el efecto conjunto del pandeo al cual éstas barras son susceptibles de experimentar. En la actualidad, existe un modelo numérico de plasticidad concentrada desarrollado por Massone y Moroder (2009), validado por Lacaze (2009), capaz de representar la degradación en la capacidad resistente del refuerzo longitudinal producto del pandeo. Utilizando este modelo como base se incorporan diferentes alternativas que permiten modelar la degradación cíclica en el refuerzo. En este caso la metodología aplicada consiste en utilizar modelos de fatiga de materiales existentes en la literatura. Con esto es posible implementar el modelo de degradación cíclica para así determinar el efecto conjunto del pandeo y de la fatiga de bajo número de ciclos. La validación y calibración del modelo se realiza en base a los resultados experimentales disponibles en la literatura. Al comparar los resultados analíticos con los resultados experimentales, fue posible cuantificar la disminución en la capacidad resistente del material, llegando a disminuciones cercanas al 25%, dependiendo de la amplitud de deformación a la cual está sometido el espécimen. El modelo es capaz de representar el efecto que considera que a mayor amplitud de deformación, menor es la cantidad de ciclos para la falla del elemento. Por otra parte, el modelo permite representar la degradación cíclica del material pero no fue posible representar la última etapa de la degradación cíclica, correspondiente a la fractura del refuerzo producto del daño progresivo que experimenta el elemento.

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo consiste en obtener el campo de deformación de una probeta de acero SAE 1020 sometida a flexión, a partir de mediciones del campo de desplazamiento a través de correlación de imágenes digitales con cámaras DIC (Digital Image Correlation). Este sistema DIC, es un mé-todo óptico no destructivo para medir el campo de desplazamientos y deformaciones en todo punto. Sin embargo, el proceso de captura digital de imágenes está sujeto a muchas fuentes de ruido y error. Esta situación, define el principal foco de estudio de reducir el efecto del ruido experimental y los errores numéricos en la obtención del campo de deformaciones, en donde los resultados obtenidos son comparados con la solución del problema de flexión, utilizando elementos finitos. De esta forma, el trabajo realizado es necesario como fase preliminar para el estudio de fenómenos más complejos, tales como, el estudio de propagación de grietas en materiales considerando el efecto microestructural, así como también en materiales frágiles, por mencionar algu-nos. La primera parte del trabajo, contempla una revisión detallada de la bibliografía y estudio de la teoría, junto con la obtención de desplazamientos utilizando correlación de imágenes digi-tales. Para esto, se propusieron dos técnicas de preparación de las probetas para la correlación de imágenes digitales. La primera, por medio del salpicado de tinta con un cepillo y tinta en spray negra. La segunda propone el estampado del patrón de manchas con tinta gráfica por medio de un timbre fabricado por cortado laser. Esta última, implicó los mejores resultados en la obtención de desplazamientos. Posterior a la preparación de probetas, se definen los parámetros de opera-ción de la máquina del ensayo, para luego obtener los desplazamientos de las muestras utilizando el software propio de las cámaras DIC. Los parámetros de correlación de mejores resultados fue-ron un sub set de referencia de 17x17 pixeles y distancia de paso de 5 pixeles, presentando un error promedio de dos órdenes de magnitud menor a la escala de los desplazamientos medidos. La segunda parte, busca la reducción del ruido en los campos de deformación por medio de tres métodos diferentes. El primer método propuesto busca suavizar el campo de desplaza-mientos de forma previa a la obtención del campo de deformación por diferenciación numérica. Este método alcanza una reducción de un 88.5% del error promedio, con respecto a los campos de deformación obtenidos directamente sin suavizar. El segundo, utiliza el método Pointwise Least-Squares, por ajuste de mínimos cuadrados, alcanzando una reducción del 80,5%. Finalmen-te, el último método, busca la disminución del ruido inherente en el campo de deformación, de-finiendo sobre él una función de costos regularizada, cuyo mínimo implica el campo de mejor rendimiento. Este último método alcanza una reducción del 72,28% del error promedio. Del trabajo realizado, se observa que el montaje experimental y la calibración de las cáma-ras tienen la mayor influencia en los errores de los desplazamientos medidos. En cuanto a los mé-todos de reducción del error en el campo de deformación, el más efectivo corresponde al suavizado de los desplazamientos mediante la aproximación de la transformada de coseno discreta.

Ingeniero Civil / Un modelo que combina las respuestas de corte y flexión fue desarrollado por Massone et al. (2006). Este modelo ha sido validado para muros esbeltos y muros cortos (Massone et al., 2009). El modelo fue adaptado para su uso en vigas simplemente apoyadas con ciertas particularidades, como fibras de acero en la mezcla de hormigón o la utilización de hormigón de auto consolidación (Galleguillos, 2010 y Gotschlich, 2011 respectivamente). El modelo de interacción corte-flexión fue adaptado para simular vigas de hormigón armado en cantiléver con una abertura rectangular en la dirección transversal horizontal al centro de su luz. El objetivo era el de validar el modelo para su uso en elementos de esta naturaleza, que son comunes en edificios modernos, en donde se busca aprovechar la altura completa de pisos. Las aberturas se utilizan para el paso de conductos y tuberías. Los resultados obtenidos mediante el modelo de interacción fueron comparados con resultados experimentales, descritos por Lemnitzer et al. (2013). La respuesta global predicha se acerca considerablemente a la respuesta experimental, mostrando curvas de carga desplazamiento razonables. Las limitaciones del modelo fueron evidentes al estimar la zona de falla del Espécimen 1, que presenta daño en su abertura. Otras discrepancias son la alta ductilidad que entrega el modelo analítico, retrasando la degradación por la contribución de corte, así como la alta rigidez inicial que presentan las simulaciones. La acumulación de daño por corte en ciertas zonas fue bien capturada mediante el modelo para los tres especímenes que fallaron en su interfaz con el bloque de reacción, pero no así la acumulación de daño por flexión. La máxima capacidad de los especímenes fue bien predicha, con discrepancias iguales o menores a un 10%. Una variación en la discretización inicial de las vigas junto a una baja en las resistencias de los elementos en el modelo permite inducir la falla en la zona de la abertura. Esta última discretización es recomendada para estudios a futuro.

Ingeniero Civil / Tradicionalmente, en Chile se han aplicado procesos de clasificación visual para seleccionar las láminas destinadas a la fabricación de madera laminada encolada (MLE). Por otro lado, estudios desarrollados en Europa han concluido que las propiedades que influyen significativamente en la capacidad resistente de la madera son el módulo de elasticidad, la inclinación de la fibra y la densidad. Estos atributos son complejos de controlar visualmente en un proceso industrial y por lo tanto se propone la utilización de grados mecánicos. Este trabajo de título explora potenciales incrementos en la capacidad resistente y rigidez en vigas de MLE de Pino radiata (PR), a través de procesos de clasificación basados en la densidad y la inclinación de fibra. De acuerdo a F. Colling una mejora en la calidad estructural de vigas de MLE sólo es alcanzable mediante un aumento de calidad de sus dos componentes: uniones endentadas y láminas de madera. En cuanto a las uniones endentadas se analiza el incremento de resistencia en empalmes, al modificar la producción y el adhesivo. Por lo cual, de acuerdo a los antecedentes de 95 probetas ensayadas a flexión y 160 a tracción, se identifica el criterio de producción, adhesivo escogido y resistencias alcanzadas. Por su parte, para evaluar la influencia de las láminas, se analizan incrementos en resistencia y rigidez en vigas, al variar su calidad y disposición. Se proponen así, 17 series, las cuales se forman al combinar 2 láminas clasificadas visualmente y 2 mecánicamente. Estas pueden estar dispuestas horizontalmente en toda la altura o ubicarse de manera vertical exclusivamente en el borde flexotraccionado. Los ensayos de 54 probetas arrojan que la incorporación de láminas de grados mecánicos aumenta el Módulo de Rotura (MR) a flexión característico entre un 40-50% y el Módulo de Elasticidad (MoE) medio en 45%, versus vigas con láminas clasificadas visualmente. Además, la ubicación de láminas verticales en la zona flexotraccionada arroja un aumento de MR a flexión característico entre un 30-40%, en contraste con el MoE medio que no experimenta cambios en comparación con vigas de láminas horizontales. Finalmente con ambas mejoras, el MR aumenta en 95% y el MoE en 50% con respecto a la viga tipo que se fabrica actualmente en el país.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Los muros de albañilería son elementos estructurales utilizados generalmente en viviendas de bajo números de pisos en Chile. Dada su configuración estructural, éstos presentan fallas por corte ante los eventos sísmicos del país, por lo que es relevante contar con herramientas simples que permitan estimar correctamente la capacidad de los muros a este esfuerzo. Se utiliza un modelo simple basado en el trabajo de Kaseem y Elsheikh (2010) y posteriormente modificado por Melo (2017) para elementos de hormigón armado, donde el alma del muro se considera como un conjunto de pequeños bloques con esfuerzos constantes a lo largo de los ejes principales. Se utiliza un ángulo fijo del puntal a compresión, dónde la dirección principal de tensiones es igual a la de deformaciones. El hormigón se analiza mediante un modelo biaxial de tensiones, donde existe una pérdida de rigidez y resistencia del puntal a compresión debido a las tracciones. El acero sigue una ley elasto-plástica perfecta. En este trabajo de título se realizan las modificaciones pertinentes para adaptar el modelo a la albañilería. Para la compresión y tracción se utiliza la resistencia prismática del paño (y una fracción de ésta, respectivamente), que debido a la anisotropía del material, se degradan de acuerdo al ángulo que forme la carga con la junta horizontal de mortero. Se determinan deformaciones unitarias en la compresión máxima y en la tracción última, y una nueva degradación del material debido al estadio biaxial de tensiones. Finalmente, se agrega un modelo para determinar fallas por adherencia y las fallas por flexión o flexo-compresión. Para validar el modelo cerrado tipo panel, se utiliza una base de datos de 41 ensayos de muros de albañilería armada y 12 de albañilería confinada, donde se compara la razón entre el corte obtenido por el modelo y la resistencia de ensayo, entregando un promedio y un coeficiente de variación (COV) de 1.01 y de 0.14 respectivamente para muros armados y 1.03 y 0.13 para muros confinados, mostrando un desempeño satisfactorio. La inspección por fallas a partir de fotografías entrega un porcentaje de acierto del 75%. El análisis de tendencias generales revela que se tiene una baja dependencia a cada uno de los parámetros estudiados. Al comparar el modelo tipo panel cerrado desarrollado en este trabajo de título con modelos simples de la literatura, se puede observar que éste presenta uno de los más asertivos, en cuanto a precisión en el promedio y en la dispersión de los datos. Es por esto que se valida el modelo como una herramienta útil para determinar la capacidad al corte en muros de albañilería armada y confinada.