No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / El objetivo principal del presente trabajo de título es analizar el comportamiento de los elementos metálicos en anclajes de columnas de acero frente a los distintos tipos de esfuerzos presentes en las estructuras, de manera de poder comprender de mejor forma su funcionamiento y mejorar su diseño. Actualmente el diseño de este tipo de conexiones, se sustenta en una serie de aproximaciones, las cuales deben ser mejoradas para poder proponer un procedimiento en el cual se pueda establecer una secuencia de falla clara y metódica que sea confiable. Para ello, es necesario realizar un diseño por capacidad de este tipo de conexiones, pues es la única forma de asegurar que la secuencia de falla propuesta se cumpla como se espera. Conforme a esto, se analizaron los estados de carga posibles en la conexión, considerando las posibles modelaciones de conexión y se analizaron por separado cada uno de los elementos que componen la conexión de anclaje. Los resultados obtenidos permitieron encontrar aproximaciones y errores, como modos de falla no factibles, que fueron corregidos en el procedimiento, así como también se encontró vacíos de información que es necesario cubrir mediante la realización de ensayos sobre todo para el caso de conexiones sometidas a tracción pura. Finalmente se concluye que es posible realizar un procedimiento que garantice una secuencia de falla óptima de la conexión, realizando un diseño por capacidad de la misma. Sin embargo también se concluye que aún es necesario conocer e investigar más acerca de esta conexión tan importante en el diseño de estructuras de acero.

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

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

Ingeniero Civil Mecánico / El trabajo realizado tiene como objetivo desarrollar una metodología de diseño para la estructura de una turbina Darrieus tipo H de tres aspas. La metodología consiste en determinar los esfuerzos asociados a su funcionamiento en condiciones de viento definidas como de zonas urbanas. Se enfoca principalmente en dos elementos clave de la estructura de estas turbinas, los conectores entre álabe y eje, y el mismo eje de la turbina. Estos elementos están sometidos a momentos y torques pulsantes debido al cambio del ángulo de ataque en las aspas de la turbina a medida que esta gira. La modelación de las fuerzas ejercida por el viento sobre los álabes de la turbina se realiza utilizando el modelo Double-Multiple Streamtube. Este se usa comúnmente para la determinación de los coeficientes de potencia, normal y tangencial en turbinas de eje vertical. El objetivo es definir las dimensiones de los elementos clave de manera que soporten las condiciones de funcionamiento. Para esto se realizan primeramente cálculos teóricos para determinar las dimensiones según algunos criterios de diseño (p.ej. falla por fatiga de Goodman) para posteriormente simular lo obtenido en un software de elementos finitos y verificar los resultados. Por otro lado, es necesario verificar que el conjunto de estructuras sea funcional en términos de las vibraciones asociadas al movimiento. Se realizan por lo tanto análisis modales de frecuencia natural de manera teórica, los cuales también se comparan posteriormente con lo simulado. Al comparar la simulación con los resultados teóricos se puede ver son bastante parecidos. Se obtiene que los resultados teóricos de esfuerzo son mayores que los obtenidos mediante la simulación. Esto se puede explicar por la diferencia en las condiciones de borde, la diferencia en el método de cálculo y en menor medida a aproximaciones y simplificaciones. Sin embargo los resultados son favorables. Por otro lado, la frecuencia natural obtenida por ambos métodos es suficiente como para que la turbina no entre en resonancia. Esto quiere decir que la metodología de diseño utilizada para los elementos de la estructura de una turbina Darrieus-H es exitosa y funcionaría sin problemas en condiciones ideales.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Los sistemas de fortificación tienen como objetivo resistir las solicitaciones estáticas y dinámicas propias del proceso de extracción minera, las cuales poseen altas dosis de energía involucrada, energía que debe ser absorbida por los elementos de fortificación, permitiendo su deformación y evitando a la vez que ocurran fallas en ellos. Esto corresponde a la capacidad de absorción de energía. Los pernos helicoidales de anclaje, en su estado natural son capaces de almacenar energía, debido a su capacidad de deformación pero al momento de ser instalados en minería, estos pernos son lechados a columna completa quedando un sistema rígido, con menor capacidad de deformación, lo cual los hace fallar frágilmente frente a una solicitación dinámica. De aquí nace la idea de entregarle al perno capacidad de absorber energía, aislando una parte de su longitud de la lechada, mediante una funda de PVC, es decir dejando una longitud libre mayor a la actual. El trabajo de título realizado tuvo como objetivo general estudiar el efecto de la longitud libre en la capacidad de absorción de energía en pernos helicoidales. El estudio constó de dos partes principales, un estudio analítico del efecto de la variación de la longitud libre, lo que posteriormente fue estudiado junto con todas las variables que participan en el balance energético de un sistema de fortificación minero. Teóricamente y a partir de los ensayos y resultados estudiados en la literatura, se deduce que el efecto de aumentar la longitud libre en sistemas de fortificación, genera un aumento en la capacidad de absorción de energía de los elementos, siendo el aumento para el caso estático mayor que el para el caso dinámico. Paralelamente se realizó la segunda parte del trabajo, la cual consistió en generar y realizar una prueba de terreno con su respectiva instalación de instrumentación geomecánica (3 celdas de carga y 3 Rockbolt Stressmeter). El estudio práctico concluyó que los valores de carga para pernos enfundados son bastante constantes en el tiempo, varían entre 0,6 [tonf] y 0,85 [tonf].esta variación se debe al efecto de la precisión de la celda de carga. Por lo tanto, la carga medida en terreno corresponde al apriete dado por el sistema de anclaje externo, en cambio los rockbolt stressmeter entregaron valores esperados de carga bajo las condiciones que estaba midiendo. Los valores de carga máxima fueron 7 [tonf]. Las deformaciones durante el período de monitoreo, fueron crecientes linealmente, lo que implica que los pernos completamente lechados estaban trabajando en el rango lineal de su comportamiento.

A medida que el hombre ha ido creando nuevas estructuras como grandes edificios. Estos se realizan sin importar que no cumplan con los límites de resistencia impuestos por los materiales tradicionales como son el hormigón armado o las estructuras hechas de perfiles de acero. En éstas estructuras, las columnas forman parte esencial de ellas, ya que a través de éstas se transmiten a la base las acciones a las cuales queda sometida la estructura. Es por esto que para grandes esfuerzos en elementos como columnas, hace un tiempo en países como U.S.A. y Japón, entre otros, se han utilizado desde hace más de veinte años columnas compuestas. Las cuales se encuentran formadas por hormigón armado y además perfiles de acero. Las columnas compuestas pueden ser clasificadas en tres tipos: secciones de acero embebido en hormigón armado (steel reinforced concrete, SRC), secciones circulares de acero rellenas de hormigón armado (concrete filled tuve, CFT) y secciones rectangulares de acero rellenas de hormigón armado (rectangular concrete filled tuve, RCFT). Esta sinergia existente entre ambos materiales entrega distintas ventajas: (1) en columnas CFT o RCFT, el acero incrementa la resistencia y ductilidad del hormigón por su efecto de confinamiento, el hormigón inhibe el pandeo local del perfil de acero y a la vez hace innecesaria la utilización de moldajes; (2) en columnas SRC el hormigón previene el pandeo local del perfil de acero y a la vez sirve como protector del fuego. Ahora, en base a las normativas existentes y las distintas investigaciones desarrolladas en distintos tipos de columnas compuestas. El objetivo principal de la presente memoria de título fue formular recomendaciones de diseño de columnas compuestas de acero y hormigón, sometidas a esfuerzos de tracción, compresión, flexión y corte. Para que puedan ser utilizadas en Chile como recomendaciones de diseño para el ingeniero que desee información más ordenada acerca del diseño de este tipo de columna. El resultado final de diseño propuesto para cada uno de los distintos tipos de columnas sometidas a cada uno de los distintos esfuerzos, fue que las normativas americanas se destacan en sus resultados en comparación con códigos europeos. Y a la vez para aquellos tipos de ensayos en los cuales no se encontró datos experimentales para poder llevar a cabo la comparación, se sugiere al lector diseñar, según el criterio que posea, entre alguna de las dos normas americanas. En base a los resultados obtenidos en la presente memoria de título. Se recomienda llevar a cabo estudios experimentales, de tal forma de obtener en base a datos reales el comportamiento de las columnas compuestas sometidas principalmente a esfuerzos de corte y de flexión pura. Los cuales no se encontraron datos experimentales de algunas columnas para poder llevar a cabo la comparación de cual método sería el apropiado.

La neurocirugía necesita altos niveles de precisión debido a la complejidad del cerebro. Para ello, los cirujanos cuentan con imágenes pre-operatorias que permiten identificar la zona exacta de operación. Sin embargo, durante la craneotomía se producen deformaciones en el cerebro. Las deformaciones producidas conllevan un margen de error en la zona de operación. El fenómeno de deformaciones denominado "Brain Shift", se estudiará en el presente tema de memoria. El proyecto de título busca cuantificar los desplazamientos originados en el tejido cerebral cuando existe un procedimiento quirúrgico de cráneo abierto. Al variar la presión intracraneal, el cerebro comienza un proceso de deformación hasta alcanzar un estado definitivo. La escasez de equipos clínicos capaces de actualizar el estado del cerebro durante el proceso y su alto costo, son los problemas que enfrenta la neurocirugía. Es por esto, que el fenómeno ha sido ampliamente abordado por investigadores del área biomecánica y dentro de los antecedentes recopilados se presenta un estado del arte de aquellos trabajos de mayor aporte a la modelación del fenómeno llamado Brain Shift. Dentro de este marco, se realizó un estudio acabado de modelos de sólidos adaptables a las condiciones del cerebro, en particular se han considerado modelos de elastómeros y lineales. Como objetivo general se plantea establecer un valor aproximado del desplazamiento y estado final que tendrá la zona del cerebro a operar, mediante el uso de modelos matemáticos y algoritmos computacionales, en particular con el método de elementos finitos. Como objetivo específico, se busca modelar el fenómeno denominado Brain Shift para la determinar desplazamientos, deformaciones y esfuerzos. La metodología aplicada consistió en la generación de un modelo CAD del cerebro importable a un programa de elementos finitos. En etapas previas a la simulación del Brain Shift, se estudiaron diferentes condiciones de borde y el modelo de sólido que se adaptase a las propiedades reales del cerebro. Finalmente se simularon tres casos denominados craneotomía parietal, frontal y posterior respectivamente. El nombre indica la zona del cerebro expuesta. Con estos casos se cuantificó desplazamientos, esfuerzos y deformaciones generados por el fenómeno. Los resultados son similares a los registrados por investigadores, sin embargo, el Brain Shift es único para cada paciente. Con este trabajo de título se entregan las herramientas esenciales para conocer los desplazamientos que se generaran en un procedimiento de este tipo, gracias a las condiciones de borde estudiadas y al modelo de sólido seleccionado.

Geólogo / En el rubro de la minería siempre están muy presentes dos factores, la rentabilidad del negocio y la seguridad de los trabajadores. Para cumplir con ambas es necesario tener un acabado conocimiento sobre el comportamiento local de la roca. Entre las pruebas más básicas e importantes dentro de la caracterización física de la roca está el de compresión uniaxial no confinado (UCS), que como bien dice su nombre, es una prueba donde se aplica compresión en un solo sentido (vertical) a una muestra de roca cilíndrica, hasta que esta falle. Externamente se usa un dispositivo para medir la deformación, como los strain gauges y LVDT. Si bien estos son métodos confiables y ampliamente usados, en este trabajo, el objetivo es validar una técnica relativamente nueva en esta área, la medición de deformación usando correlación de imágenes digitales (DIC). El concepto básico de esta consiste en tomar una gran cantidad de fotos de un objeto en una ventana de tiempo en la que presente algún tipo de movimiento o deformación. Estas imágenes son luego procesadas en un software especializado que identifica los desplazamientos a través de la comparación de imágenes. Lo que se hace en este trabajo es realizar y grabar 15 ensayos UCS de carga fija en probetas de roca, con los que se busca determinar hasta donde llegan las capacidades del DIC en estudios de roca. En las pruebas realizadas se encuentra que los gráficos de deformación versus estrés son parecidos a los que se hacen con otros métodos. La cantidad de deformación es similar, mientras que la forma y eventos capturados en la curva dependen mucho del criterio de posicionamiento de las mediciones por DIC. Se confeccionan representaciones visuales de la deformación, donde se muestra, usando mapas de colores, las zonas que sufren desplazamiento durante el proceso de falla. Por último, en el análisis estructural de la secuencia se hace un detalle de cómo va apareciendo cada fractura durante la carga, dando la posibilidad de encontrar relaciones entre cada falla. A partir de los resultados obtenidos se concluye que el DIC es un método muy flexible en cuanto que puede hacer infinitas mediciones de la cara estudiada, de alta precisión y que entrega mucha más información que otros métodos. Todo esto hace que sea muy útil en tres escenarios: cuando se quieren hacer mediciones de deformación sobre una muestra, cuando se quiere mostrar visualmente la deformación ocurrida en la muestra y para hacer análisis estructurales muy enfocados.

Hoy en día las regulaciones y normativas nacionales e internacionales demandan a las empresas mineras mayor exigencia en el diseño, construcción, operación y control de las estructuras para el almacenamiento de relaves debido al riesgo y daño social, ambiental y económico que representa una eventual falla. La tesis tiene como objetivo evaluar la estabilidad física de una presa hipotética para almacenamiento de relaves mediante un análisis en término de esfuerzos efectivos (ESA) y un análisis en términos de esfuerzos no drenados (USA), siguiendo el enfoque propuesto por Ladd (1991). La investigación crea un antecedente de un estudio geotécnico para futuros análisis y los parámetros utilizados para este caso aplicativo fueron obtenidos en base a un proyecto con características similares al caso de estudio. A partir de la definición de las condiciones de análisis han sido definidos los parámetros de resistencia al corte para los materiales que conforman la presa seleccionada. Se presenta una discusión y análisis de los resultados de los factores de seguridad obtenidos para la condición estática, pseudoestática y post-sismo, considerando las fallas circular y no circular, siguiendo los criterios establecidos por las guías de diseño internacionales como CDA y ANCOLD. Los factores de seguridad obtenidos muestran que el aspecto que más influye en el valor de los FS son los parámetros de resistencia del suelo relacionado con el tipo de comportamiento que desarrollara el material al momento de la falla, pudiendo ser drenado o no drenado.