Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / El Sublevel Stoping (SLS) es el método de explotación subterráneo ampliamente utilizado por la mediana minería en Chile. Uno de los aspectos claves del SLS es mantener el control de la recuperación y dilución minera, mientras se resguarda la estabilidad de los caserones en operación. A raíz de ello, en la literatura se encuentran diversas metodologías para estimar la estabilidad de los caserones. De ellas, destaca la metodología de estabilidad de Mathews, la cual basada en datos de minas en Australia y Canadá, define curvas de estabilidad geomecánica para el diseño de caserones. No obstante, no representa la geología ni las condiciones operacionales de las minas SLS de Chile. Por ejemplo, una de las diferencias más importantes es la profundidad de las operaciones. En efecto, la metodología de Mathews se basó en minería SLS de alta profundidad cercana a 1000 m, en contraste con las operaciones chilenas que están ubicadas en torno a los 500 m de profundidad. Luego, es necesario el desarrollo ajustes a la metodología considerando los esfuerzos en tres dimensiones. Permitiendo curvas de estabilidad de caserones que capturen y reflejen adecuadamente las condiciones geológicas y de esfuerzos locales. Para entender el comportamiento de las condiciones de explotación en minería SLS chilena, en este trabajo se presenta y analiza una base de datos estandarizada con el objetivo de determinar nuevas curvas de estabilidad geomecánica para caserones SLS. Para lograr este objetivo, se utiliza el software Mineroc® en el cual se centraliza la información proveniente de tres minas subterraneas, de la Región de Atacama. La base de datos utilizada contiene información de 236 cavidades o CMS (Cavity Monitoring System), 107 diseños de caserones, plantas geológicas, litologías, modelo de esfuerzos y reportes de la calidad del macizo rocoso. La información recopilada es posteriormente usada para determinar las curvas de estabilidad según el criterio de aceptabilidad, definiendo tres nuevos limites para distintas condiciones de sobre excavación. Con las curvas de estabilidad ya definidas se continuó el estudio con el análisis del comportamiento de los esfuerzos determinado por Mathews. Se analizó el cambio de un modelo de estimación de esfuerzos en dos dimensiones a un modelo de estimación en tres dimensiones. Además, se evaluaron propuestas de diversos autores con el fin de determinas cuál de las funciones propuestas se ajustan mejor a las condiciones de la base de datos recolectada . Dentro de las propuestas se evaluó el factor A de Vallejos, el SRF del Q de Barton y la propuesta original del método de estabilidad. A los resultados se les evaluó el rendimiento de clasificación estadístico sobre las curvas locales y a las modificaciones a la metodología. Las curvas se establecieron mediante la maximización de la clasificación y la interpretación ingenieril de la información presente en el gráfico de estabilidad. Al evaluar el nuevo método destaca que el uso de esfuerzos en tres dimensiones en conjunto con el SRF mejora la clasificación en determinar límites de estabilidad con respecto a la estimación en dos dimensiones, logrando mejores resultados para los límites de mayor sobreexcavación. El resto de los casos no tienen una mejora significativa sobre el método original para estimar el factor A. El método de estabilidad original presenta el mejor rendimiento global, por sobre todas las propuestas. Se puede mejorar el rendimiento utilizando la estimación de esfuerzos en tres dimensiones junto al SRF para los límites de mayor sobreexcavación.

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Ingeniero Civil Mecánico / En este trabajo se desarrolla una metodología innovadora para la detección de fallas en un sistema rotatorio mediante la variación de la velocidad angular instantánea (VAI). El contexto de trabajo se enmarca dentro de análisis predictivo, el que tiene como fin anticiparse a las fallas y tomar medidas antes del colapso equipo. Existen modos de fallas que son imposibles o muy difíciles de detectar mediante los métodos de análisis de vibraciones tradicionales. Es por esto que se pretende estudiar la sensibilidad de las vibraciones torsionales a distintos tipos de fallas, las que se obtienen mediante una metodología TIMS (Time Interval Measurement System). Mediante 3 sensores periféricos y un codificador, se mide la variación angular instantánea (VAI). Estos datos se filtran y mediante algoritmos computacionales se llevan a coordenadas de movimientos laterales (x(t) e y(t)) y torsional (theta(t)). Luego, se realiza un análisis espectral de los datos, obteniendo theta(omega), x(omega) e y(omega)). Finalmente se compara el comportamiento de la componente torsional theta(omega), respecto a los movimientos laterales theta(omega) e y(omega); y además se observa la sensibilidad del torsional en diferentes casos de fallas. Los resultados obtenidos muestran, en la mayoría de los casos, una importancia bastante baja de la vibración torsional respecto a las vibraciones laterales. Sólo en 2 de las 11 fallas inducidas se puede observar una sensibilidad significativamente mayor de la vibración torsional respecto a la vibración lateral, siendo la falla en un álabe de la turbina la más sensible. Considerando lo anterior, se hace necesario, en próximos estudios, seguir profundizando en la caracterización de las fallas en álabes de turbina, ya sea por picadura, grietas o desgaste. En vibraciones mecánicas no existe una metodología que entregue la mejor información sobre todas las fallas existentes. Algunas fallas son detectadas de forma más temprana y con mayor claridad por ciertas metodologías, otras en cambio son difíciles e incluso imposibles de detectar con estos métodos. Por lo que para entender las diferentes fallas en un sistema, se hace necesario complementar la información mediante diversas metodologías, con el objetivo de tener una información más clara y precisa sobre el sistema analizado.

Ingeniero Civil / Los elementos estructurales como vigas altas, vigas en voladizo, muros cortos e intersecciones vigas columnas son muy comunes en diferentes tipos de obras como puentes, edificios habitacionales y edificios de oficinas. En particular las vigas de hormigón armado son uno de los elementos estructurales más utilizados en los diferentes proyectos civiles que existen. Las vigas altas o vigas cortas (deep beams), son aquellas que tienen una relación de aspecto entre su largo y su altura menor a cuatro. Estos elementos no esbeltos son utilizados fundamentalmente como conectores o dinteles entre muros. La falla de éste tipo de vigas está gobernada por el esfuerzo de corte y su predicción es más difícil que las fallas de flexión. Actualmente las normas se enfocan en las vigas largas, donde predomina la falla por flexión, siendo de suma importancia estimar la capacidad de las vigas de menor longitud para entender el comportamiento sísmico de las estructuras. Es por esto que la presente memoria tiene como objetivo aplicar un modelo teórico que permita predecir la capacidad al corte en vigas altas de hormigón armado. El modelo tipo panel implementado para predecir la capacidad al corte de las vigas altas de hormigón armado asume que la dirección principal de tensiones del elemento es igual a la dirección principal de deformaciones y considera un solo elemento que representa el estado de deformaciones y tensiones promedio de la viga. Respecto a los materiales, la ley constitutiva del hormigón tiene un comportamiento biaxial al considerar la degradación de la capacidad de compresión debido a las fisuras provocadas por la tracción en la dirección perpendicular y el acero sigue un comportamiento uniaxial. Además supone un ángulo de falla que puede ser fijo o variable, en particular en esta memoria, se utilizan los modelos de ángulo fijo (ángulo en función de la relación de aspecto y niveles de carga axial) por ser aquellos que entregaron mejores resultados en el análisis de muros cortos (Ulloa L. 2013, basado en el modelo de Kaseem). Para analizar el comportamiento del modelo teórico se acoplaron ensayos existentes en la literatura, generando una base de datos con 182 ensayos. Estas vigas ensayadas fueron sometidas a cargas verticales en distintas disposiciones, fundamentalmente pares de cargas puntuales a iguales distancias desde los bordes. En los ensayos se varía la armadura al corte o estribos (transversal), la cuantía de armadura longitudinal (horizontal), las dimensiones de la viga, la distancia al borde de la armadura y las propiedades del material. La comparación entre el modelo tipo panel modificado (Ulloa L, 2013) y los resultados empíricos dio valores promedios para la estimación de la capacidad de 0.87 para mod. α_((σ_r=f_ct ) ) σ_L=N/A , 0.91 para mod. α_((σ_r=〖0.5f〗_ct ) ) σ_L=N/A y 0.92 para mod. α_((σ_r=f_ut=0) ) y σ_L=N/A. Las dispersiones fueron 0.27, 0.28 y 0.28. Además el modelo alcanza un promedio del 98% de la deformación por corte alcanzada en los ensayos. En general, se aprecia que cuando el ángulo se fija a mayores tensiones de tracción, los resultados son mejores, para el modelo original y para las distintas modificaciones realizadas.

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

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / En mecánica de medios continuos se estudian distintas relaciones entre esfuerzos y deformaciones que son usualmente denominadas ecuaciones constitutivas. Las ecuaciones constitutivas clásicas para la elasticidad no lineal son las de los sólidos elásticos de Cauchy y de Green, que se muestran en las ecuaciones i.1, en dónde S es el tensor de esfuerzos nominal, F es el gradiente de deformación, W es la energía de deformación y g es un funcional. S=g(F), ∂W/∂F=S. i.1 El tema de investigación de esta tesis se enfoca en estudiar un nuevo tipo de ecuación constitutiva que ha sido desarrollada recientemente. A diferencia de las ecuaciones i.1, el nuevo tipo de ecuación constitutiva se basa en escribir la deformación en función de los esfuerzos. Este tipo de ecuación permite, entre otras cosas, el análisis de materiales en los cuales puede suceder que los esfuerzos se eleven en grandes magnitudes pero no así la deformación. La ecuación i.2 muestra la relación, en dónde ε es el tensor de deformación caso lineal (infinitesimal), T es el tensor de esfuerzos de Cauchy y f es un funcional: ε=f(T). i.2 La presente tesis se centra en el estudio de dicha ecuación en dos áreas de investigación. Primero se estudia un caso simplificado de i.2 para el cual se tiene un comportamiento bilineal , en dónde la relación entre ε y T es lineal por tramos. Interesa en particular que el segundo tramo sea tal que el incremento en ε es muy pequeño, para grandes variaciones de T. Considerando dicha forma simplificada para f(T), se resuelven varios problemas de valor de frontera de forma exacta y semi-exacta . En segundo lugar se realiza un análisis de estabilidad (inestabilidad) para un medio semi-infinito considerando la ecuación constitutiva i.2, y una expresión para f que muestre un límite para la deformación. Los resultados obtenidos para los problemas de valor de frontera y el análisis de estabilidad elástica se comparan con resultados conocidos de la teoría de la elasticidad lineal.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En 2017, un grupo de investigadores y diseñadores, por medio de ACHISINA, presentaron un documento guía para realizar diseños sísmicos basados en desempeño. En este documento se describe brevemente la modelación requerida y los criterios de desempeño a satisfacer en Chile. El propósito de este trabajo es realizar una modelación no lineal de un edificio chileno de hormigón armado que presentó daños por flexo-compresión durante el 27F en uno de sus muros, y verificar que los criterios de desempeño establecidos en el documento mencionado señalen correctamente en el modelo las fallas que presentó el edificio. El análisis se centró, principalmente, en el comportamiento del muro que presentó daño localizado por flexo-compresión en el primer piso. Se trata de un muro T, con un largo de alma de 8 metros, y un largo de ala que alcanza los 18 metros. Según los planos de construcción, el muro debería haber tenido una disposición de trabas alternadas en la punta, pero en la realidad las trabas no estaban presentes. Por lo tanto, se consideró un modelo de hormigón no confinado y un modelo de acero que considere el pandeo. Los muros fueron modelados usando elementos de área que están a la vez divididos en fibras de comportamiento no lineal. Se consideró diafragma rígido, y las losas fueron incorporadas solo en zonas donde puedan generar efectos de acople en muros, siendo modeladas como vigas de ancho 12 veces el espesor y con rótulas plásticas en sus extremos. El modelo del edificio fue sometido a análisis estático no lineal y análisis dinámico no lineal, utilizando diferentes registros del 27F de Santiago. Los resultados muestran que para desplazamientos de techo relativamente bajos (deriva de techo ~0.003), el muro que sufrió daños en la realidad alcanza en el modelo niveles de deformación que implicarían daño por flexo-compresión, esto a causa de que el muro forma parte de un sistema que trabaja conjuntamente, como un gran muro en T. También se realizaron modelos no lineales con distintos criterios de modelación para comparar el impacto del diseño en el desempeño global del edificio.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Capturar las vibraciones de un objeto usando cámaras estereoscópicas de alta velocidad posibilita la determinación en campo completo de su geometría y desplazamiento en tres dimensiones, ya que permiten medir un elevado número de grados de libertad simultáneamente. Disponer de datos de medición de campo completo de una estructura es de interés para la aplicación de metodologías de identificación de daño centradas en la respuesta vibracional. El objetivo de este trabajo de título es desarrollar e implementar indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y en derivadas de orden superior de los modos de vibración, que sean capaces de identificar daño por delaminación en un panel compuesto tipo panal de abeja usando un sistema de correlación de imágenes digital de alta velocidad (DIC). Las muestras consistieron en paneles de geometría plana tipo sándwich con núcleos del tipo panal de abeja, y se diferenciaron según su composición y según distintos escenarios de daño por delaminación. Las muestras fueron excitadas a rangos cercanos de sus respectivas frecuencias naturales, esta vibración se captó por el sistema DIC y se identificaron un determinado número de modos de vibración para cada muestra. Se procesó la información recabada por las cámaras, se les aplicó un algoritmo de suavizado y se construyeron indicadores de daño basados en la deformación, curvatura, y en la tercera y cuarta derivada parcial del desplazamiento normal a la superficie modal. Finalmente, a los indicadores resultantes se les aplicó un tratamiento estadístico de selección de datos (asociados a daño) y se les comparó mediante un algoritmo evaluador de predicción. Se utilizaron dos técnicas distintas para la estimación de los parámetros vibracionales de deformación, curvatura y derivadas de orden superior: diferencias finitas y point least-squares (PLS). Luego, en conjunto con la metodología \textit{Gapped Smoothing} (GSM) se construyeron los indicadores de daño. Se concluyó que aquellos indicadores basados en parámetros estimados mediante diferencias finitas presentaron ser sensibles al ruido experimental y por tanto poco confiables. En cambio, los indicadores basados en parámetros estimados mediante point least-squares presentaron ser sensibles al daño y robustos ante la presencia de ruido experimental. En particular, los indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y tercera derivada del desplazamiento normal a la superficie de los modos estimadas mediante point least-squares presentan las mejores predicciones de detección según el algoritmo evaluador. Además, la detección de delaminaciones pequeñas fue realizada de mejor manera por el indicador basado en la curvatura estimada mediante point least-squares. / FONDECYT

Ingeniero Civil / Diversas son las estructuras que, dadas sus dimensiones y condiciones locales del suelo, presentan múltiples entradas sísmicas. Las ecuaciones de movimiento que describen el sistema son expresadas en términos de desplazamientos totales o relativos al suelo. La teoría muestra que la respuesta total puede ser obtenida a partir de una combinación de respuestas modales, esto puede llevar a interpretar que la contribución de cada modo puede ser analizada directamente a partir de registros de desplazamientos, velocidades o aceleraciones totales; es decir, sin desagregar la componente seudoestática. Muchos estudios experimentales de estructuras con múltiples entradas sísmicas no eliminan el efecto del movimiento del suelo, lo cual genera una incorrecta interpretación de resultados en términos del estudio de la contribución de la respuesta modal, como la evaluación de su energía interna y disipación por amortiguamiento. En el contexto de lo anterior es que en el presente trabajo de título se determinará experimentalmente la real contribución de los modos de vibración de una estructura sometida a múltiples entradas sísmicas, desagregando la componente seudoestática para el cálculo de energía interna, es decir, la respuesta relativa será obtenida como la diferencia entre la respuesta total, medida directamente por los sensores, y la componente seudoestática. La configuración experimental consta de dos estructuras unidas por un resorte, una de las estructuras se dispone sobre una mesa vibradora principal, mientras la otra se instala sobre una mesa vibradora secundaria que a su vez se dispone sobre la mesa vibradora principal. Lo cual permite desarrollar estudios experimentales de una estructura sencilla sujeta a múltiples entradas sísmicas. En una primera etapa se determinan las propiedades dinámicas del sistema estructural mediante ensayos de tipo pull-back y a partir de registros de ruido blanco. Con ello se lleva a cabo una calibración del modelo numérico de la estructura, ajustando la matriz de rigidez y amortiguamiento, y determinando las formas modales que permiten el posterior estudio de la respuesta a partir de los datos experimentales que se obtengan. En una etapa posterior se realizan ensayos con múltiples entradas sísmicas donde se compara la contribución modal y la contribución seudoestática a la respuesta del sistema. La componente seudoestática se determina a partir del ajuste de la matriz de rigidez, calculando su valor directamente. Adicionalmente, se desarrolla un método a partir de ecuaciones de espacio-estado con el que se estima dicha componente. Se concluye que la componente seudoestática aporta significativamente a la energía interna de la estructura, en especial para estructuras rígidas. Por lo tanto, la evaluación de la respuesta de estructuras con múltiples entradas debe ser estudiada considerando esta componente y su aporte de energía.

Ingeniero Civil / El 27 de febrero del 2010 se produjo en Chile un terremoto de gran magnitud, el cual produjo severos daños en algunos edificios habitacionales de hormigón armado. En particular, se observó una falla que se localizó en las plantas bajas y en el borde libre de muros estructurados en forma transversal T. Esta falla se caracterizó por la pérdida del hormigón de recubrimiento, el colapso del núcleo de hormigón, la fractura o abertura de estribos de confinamiento como también el pandeo de la armadura longitudinal. Debido a lo anterior, para estudiar y analizar experimentalmente este tipo de falla, se caracterizó una probeta de hormigón armado emulando el borde libre en compresión del muro T. Además se diseñó una matriz de ensayos con diferentes configuraciones de confinamiento (detallamiento de estribos, espaciamiento de estribos), configuraciones geométricas y de pre-tracción de la armadura longitudinal, esto último para emular la tracción del borde del muro durante un sismo. A partir de los ensayos se analizó y comparó experimentalmente la respuesta global (en relación a la capacidad de carga, el nivel de degradación y la inestabilidad) además de la respuesta interna (en relación a la armadura de confinamiento y de la armadura longitudinal), evidenciándose un comportamiento particular para las probetas con pre-tracción. Éste se caracterizó por una disminución en la capacidad de carga y en algunos casos un corrimiento de la deformación en el máximo de carga, no observándose una reducción o aumento en la degradación comparado con las probetas sin pre-tracción. En las probetas que presentaron confinamiento transversal se evidenció que el nivel de degradación posterior al máximo de carga fue menor comparado con aquellas que no presentaron confinamiento. También se evidenció que la pérdida de carga para deformaciones axiales cercanas a la máxima deformación en compresión para muros, estipulada en la actual normativa, fue menor para las probetas con confinamiento (cerca de un 27% de pérdida en relación a su carga máxima, para detallamiento ACI 318). Se apreció que los ganchos de estribos en 90° no tuvieron un buen comportamiento en cuanto al confinamiento, pues se abrieron, no anclándose al núcleo de hormigón. Se apreció que los estribos de refuerzo transversal en el máximo de capacidad de carga alcanzaron aproximadamente un 25% de la tensión de fluencia, valor por debajo de la suposición de los modelos tradicionales de hormigón confinado. En relación a las probetas con pre-tracción posiblemente la pérdida de capacidad esté relacionada con la velocidad con la que se cierran las grietas y con la pérdida de recubrimiento luego de cerradas las grietas, esto último presentado en el trabajo de Herrera (2013).