Luego del terremoto de Northridge (Julio de 1994), en California, se observó que los códigos de diseño utilizados hasta la época tenían falencias, ya que se produjo una falla frecuente en el sector de las conexiones de las estructuras tipo marco de acero, esta falla se presentó en forma de una grieta iniciada en la soldadura de unión entre el ala de la viga y el ala de la columna, este tipo de falla es considerada como una falla frágil. Los principios de diseño actuales buscan generar estructuras dúctiles, esto quiere decir, estructuras que presenten deformaciones notorias y disipación de energía en forma de rótulas plásticas antes de un posible colapso. Una de las conexiones que cumple con estos nuevos objetivos de diseño es la conexión viga-columna de momento precalificada por FEMA, T-Stub, la que corresponde a dos perfiles T dispuestos de forma apernada en la unión. Se estima que su uso agiliza el proceso constructivo ya que estás piezas pueden ser fabricadas en serie en maestranzas y sólo son apernadas en terreno. El objetivo general del presente trabajo de título es determinar la factibilidad estructural del uso de conexiones T soldadas en estructuras de tipo marco, con el objeto de evaluar su uso en la realidad local. Para cumplir este objetivo, se compararon los resultados de ensayos en perfiles T soldados realizados recientemente, con los valores de resistencia y rigidez recomendados por las especificaciones vigentes para diseño en acero y por trabajos analíticos previos a la realización de los ensayos. Finalmente se diseñó un edificio prototipo de marcos de acero de tres niveles, con y sin la conexión T-stub. Esto último permitió evaluar las ventajas y desventajas del uso de este tipo de elemento conector comparando las cubicaciones de acero entre ambos casos. El resultado final fue que los modelos para perfiles T laminados se ajustan a las curvas de carga-deformación obtenidas de los ensayos. Por otro lado, se tiene que el diseño por capacidad que exigen los nuevos códigos, sumado a las restricciones de desplazamientos impuestos por la norma sísmica de edificios vigente en Chile, hace que el uso de esta conexión semi-rígida necesite de perfiles de mayor tamaño que estructuras que usen conexiones rígidas. Se concluye que los diseños por capacidad hacen necesarios perfiles de mayor tamaño que para casos con conexiones rígidas debido a las restricciones de desplazamientos impuestas. Se recomienda estudiar otro tipo de estructuración en la que otros elementos limiten las deformaciones, de modo que los marcos queden diseñados por resistencia.

Ingeniero Civil / El terremoto del 27 de febrero de 2010 causó grandes daños en vivienda, infraestructura y servicios. En particular, las regiones del Bío Bío, del Maule y del Libertador Bernardo O`Higgins sufrieron daños severos en infraestructura económica agrícola, principalmente por la infraestructura vitivinícola destruida. Es en este contexto que los consorcios del vino deciden realizar un estudio a un grupo extenso de viñas, con el fin de determinar los daños, fallas y también buenos comportamientos de los elementos de almacenaje en bodegas. A partir de este estudio, se elaboró un manual que recoge los daños y fallas observados en terreno, y que indica recomendaciones para mejorar el comportamiento ante sismos futuros. Este trabajo de título tiene como objetivo identificar los daños y fallas en estanques de acero inoxidable de la industria vitivinícola causados por el terremoto del 27 de febrero de 2010 y proponer mejoras en los procesos de diseño, fabricación, instalación y manejo de estanques de acero. Para esto, se realizaron visitas a viñas afectadas por el terremoto para recoger información de los diversos comportamientos, se procesaron los registros y se preparó un manual con recomendaciones dirigido a las viñas del territorio nacional. Finalmente se realizó un análisis lineal con el fin de establecer una correlación entre el comportamiento en un grupo de estanques y los esfuerzos generados en ellos a partir del sismo. Los resultados obtenidos muestran la alta sobre solicitación y dan luces sobre las causas de los grandes daños observados. Ante los antecedentes recogidos y los resultados obtenidos se tiene como gran recomendación global la generalización del uso de las normativas vigentes para el diseño de los estanques, desde fundación a techo, manteniendo un control adecuado sobre cada paso del diseño, dejando éste a cargo de expertos, evitando los diseños artesanales.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / La norma chilena que regula el diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales es la norma NCh2369.Of2003. Esta norma referencia a modo complementario el estándar AISC Seismic Provisions for Structural Steel Buildings , el cual presenta diferencias conceptuales respecto a la norma chilena, siendo la más importante la definición del mecanismo de disipación de energía sísmica. En la práctica norteamericana se espera que la disipación de energía ocurra sólo en elementos puntuales del sistema sismorresistente (fusibles), lo que requiere que la incursión inelástica de estos elementos esté ampliamente distribuida en altura, de modo de maximizar la disipación de energía y evitar mecanismos frágiles. En un contexto industrial, donde las estructuras se diseñan en gran parte para servir a la operación de equipos y maquinaria, lograr un detallamiento que permita una distribución amplia de plastificación de elementos fusibles no es simple, dada las irregularidades usuales de masa, rigidez y geometría que presentan las estructuras. Considerando lo anterior, la práctica chilena, además de los elementos fusibles tradicionales define el anclaje estructura-fundación como un punto de disipación adicional. La ventaja de este enfoque es que permite limitar en la base la cantidad de energía que ingresa a la estructura, reduciendo el daño de esta durante terremotos severos. Esta práctica ha mostrado un comportamiento exitoso en los últimos once terremotos de magnitud Richter-Kanamori mayor a 7.5. De manera de estudiar el impacto en el comportamiento sísmico de la aplicación de una u otra práctica, en este trabajo se diseñan paralelamente dos estructuras arriostradas típicas del rubro de la minería chilena utilizando los requisitos de NCh2369 y AISC. El comportamiento estructural se caracteriza por medio de los parámetros de desempeño y la metodología indicados en el estándar FEMA P695. Se estudia adicionalmente para cada práctica la distribución de energía sísmica entre los diferentes mecanismos de disipación y el efecto de incorporación de disipación adicional en el anclaje. Se observa que la utilización de un anclaje dúctil mejora el comportamiento estructural, reduciendo la demanda sobre los elementos resistentes y aumentando la ductilidad general. Se aprecia también que la incorporación de disipación adicional en el anclaje aparece como un medio eficiente de reducción de la demanda sísmica.

Un muro de corte de placas de acero (SPSW) consiste en una placa dispuesta verticalmente, enmarcada por columnas y vigas (denominados elementos de borde verticales y horizontales, respectivamente). Éste resiste fuerzas laterales principalmente mediante la acción de un campo diagonal de tracciones generado en la placa de relleno. El sistema SPSW ha sido implementado en Canadá, Estados Unidos y Japón, y se ha observado un buen comportamiento de los edificios provistos de esta clase de muros, frente a terremotos reales. Este trabajo de título tiene por objetivo estudiar la aplicabilidad del sistema SPSW en la práctica nacional de diseño de edificios habitacionales. Contempla el diseño de estructuras con este sistema y el estudio numérico del comportamiento sísmico de éstas. Para ello se recopilan criterios de diseño que permiten establecer una jerarquía de fallas, a partir de información basada en estudios experimentales y analíticos, disponible en la literatura. Estos criterios incluyen el diseño por capacidad de elementos de borde horizontales, considerando reducción en la capacidad a flexión de éstos, debido a la interacción entre carga axial, momento y corte; y el diseño por capacidad de elementos de borde verticales, que pretende distribuir la fluencia de las placas de relleno de manera uniforme en la altura del muro. Utilizando los criterios de diseño y la normativa sísmica chilena impuesta por NCh433, se diseñaron tres edificios de 3, 9 y 15 pisos de altura con el sistema SPSW. En forma paralela se diseñaron tres edificios con la misma cantidad de pisos que los anteriores, pero utilizando el sistema de marcos arriostrados concéntricos (CBF). En ambos casos se consideró un asentamiento en la ciudad de Santiago. La respuesta de los edificios diseñados fue estudiada a partir del análisis de modelos planos de los ejes resistes. Se utilizó el modelo de franjas (strip model) para modelar el sistema SPSW y un modelo que reproduce el pandeo global en arriostramientos, para la modelación del sistema CBF. Con éstos se realizó análisis pushover e historia de respuesta no lineal, utilizando la plataforma OpenSees. Se evaluó la probabilidad de colapso de las estructuras diseñadas con SPSW, ante solicitaciones equivalentes a un sismo máximo creíble para la zona considerada en el diseño, utilizando la metodología FEMA P695, junto a un conjunto de 24 acelerogramas de terremotos chilenos. La caracterización del peligro sísmico utilizada proviene de un reciente estudio de peligro sísmico probabilístico, hecho para la zona central de Chile. El resultado de la aplicación de la metodología indica que los factores de modificación de la respuesta: R = 6 y R0 = 10, para su uso con NCh433, junto a las limitaciones de corte basal mínimo de esta norma, resultan en un comportamiento sísmico adecuado para el sistema SPSW. Se encontró que los diseños con SPSW poseen mayor sobrerresistencia y ductilidad que con CBF. La evaluación estadística de la respuesta de estos sistemas, frente al conjunto de acelerogramas chilenos, indica para el primero un perfil de derivas de piso relativamente uniformes en la altura de los edificios, e inferiores al 1.5% en la mayoría de los casos, mientras que el segundo muestra la formación de pisos blandos, con deformaciones laterales hasta de un 4%. La comparación entre la respuesta lineal-elástica y la respuesta no lineal de los modelos de SPSW sugiere que los edificios diseñados incursionaron moderadamente en el rango inelástico del comportamiento, esto debido principalmente a la gran sobrerresistencia que poseen los muros diseñados y a la limitación de corte basal mínimo de NCh433.

Ingeniero Civil / Al ser Chile un país sísmico, es importante tener claridad sobre los sistemas más útiles al momento de resistir solicitaciones sísmicas. En este sentido cobran importancia los arriostramientos, y por consiguiente, los marcos arriostrados, que son sistemas muy útiles al momento de resistir cargas laterales, como las que provocan sismos y vientos, y disminuir los desplazamientos laterales que sufre una estructura, lo que es fundamental para evitar el daño a elementos estructurales y no estructurales. Sin embargo, el principal problema de los arriostramientos es que son muy propensos a sufrir pandeo ante cargas de compresión, fenómeno que disminuye su resistencia y genera una respuesta histerética asimétrica del elemento. El presente documento tiene como objetivo principal el crear una base de datos actualizada sobre los estudios referentes a arriostramientos convencionales a lo largo del mundo. Para esto, se recopilaron diversas publicaciones recientes (desde el 2008 hasta la fecha) con estudios experimentales y análisis numéricos sobre el tema para poder estudiar sus resultados y obtener conclusiones. Se puso especial énfasis en temas como los tipos de secciones que se utilizan en arriostramientos, los distintos tipos de marcos arriostrados que existen, el pandeo que sufren los elementos y los factores que influyen en dicho fenómeno, entre otros. Finalmente, se concluyó que el pandeo está influenciado, principalmente, por la razón de esbeltez y la razón ancho-espesor del arriostramiento: al aumentar estos parámetros, mayor es la probabilidad de que se sufra pandeo, aunque hay algunas excepciones al variar ambos parámetros en forma conjunta. Además, a nivel mundial, se usan mucho los perfiles tubulares circulares y rectangulares, aunque los doble T presentan una muy buena alternativa. Por su parte, los marcos arriostrados más utilizados debido a su rigidez son aquellos configurados en X, en V invertida y en V. Contrastando con las prácticas constructivas de Chile, se extrañan estudios sobre perfiles XL en arriostramientos, y se notó que las publicaciones carecen de ciertas prolijidades al momento de evaluar los tipos de marcos arriostrados, pues no se hace énfasis en los problemas que pueden generar en vigas y columnas algunos tipos de configuraciones.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / Los marcos arriostrados excéntricamente de enlaces largos son un sistema que combina la rigidez del marco concéntrico y la capacidad de disipar energía del marco a momento. En este sistema los esfuerzos de las riostras son transferidas al resto de la estructura mediante esfuerzos de flexión en segmentos de la viga llamados enlaces que a su vez funcionan como mecanismo de liberación de energía o fusible estructural. Esta investigación se centra en el estudio de los parámetros de diseño sísmico como el factor de reducción de respuesta R, factor de sobrerresistencia Ω_o y ductilidad µ en sistemas estructurales de marcos EBF de enlaces largos exclusivamente, buscando obtener rangos para el valor de la sobrerresistencia, ductilidad y evaluar el factor de modificación de respuesta, agrupando en edificaciones de pequeña, mediana y gran altura. Los arquetipos considerados corresponden a 9 marcos 2D de acero ASTM A992 de diferentes alturas (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 y 16 pisos), compuestos por 5 vanos con altura de entrepiso de 4 metros y distancia entre columnas de 6 metros. Los arquetipos son diseñados considerando todas las combinaciones de suelo y zona sísmica que la NCh433 contempla (135 modelos), a modo de caracterizar en totalidad el suelo nacional. La verificación de resistencia de perfiles es según la AISC360 y el diseño por capacidad para marcos EBF es según lo indicado por la AISC341. Luego del diseño se seleccionan 17 modelos para ser sometidos a análisis pushover (no lineal estático) y análisis tiempo-historia (no lineal dinámico) mediante el uso de la plataforma SAP2000. Los resultados obtenidos indican que la sobrerresistencia se encuentra en un rango de 5≤Ω_o≤14 en edificaciones de pequeña altura, mientras que en edificaciones de mediana y gran altura se obtiene sobrerresistencias menos variantes en torno al 5,9 y 4,1, respectivamente. Las ductilidades se consideran todas adecuadas según lo establecido por FEMA (μ≥3,0) y se encuentran en un rango 2,7≤μ≤ 5,5. El análisis tiempo-historia indica que la razón de margen de colapso, CMR, decrece en cuanto crece la altura total de los modelos, lo que indica que para modelos más bajos el factor de modificación de respuesta entregado por la norma NCH433 resulta en un diseño más optimo que para estructuras más altas, donde el diseño se considera conservador, al asumir más ductilidad de la que realmente tienen. Se concluye que la norma NCh433 no favorece edificaciones dúctiles altas, pues actúa aumentando probabilidad de colapso.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La alta velocidad de ejecución de los proyectos industriales y mineros, y en particular, los plazos ajustados para el desarrollo de la etapa de ingeniería de detalles, muchas veces hace que las oficinas de ingeniería de diseño deban proporcionar indicaciones generales para el diseño y cálculo de conexiones a las maestranzas que se adjudican el contrato de fabricación de estructuras. En este contexto, es una práctica recurrente que la maestranza que se adjudicó los trabajos de fabricación y montaje de las estructuras, también sea la encargada de realizar el diseño y cálculo de las conexiones. La revisión de los proyectos ejecutados por la industria revela que no siempre la información proporcionada por la ingeniería de diseño, para el diseño de las conexiones, está totalmente completa, sólo se proporcionan indicaciones generales que no siempre son bien interpretadas por la maestranzas u oficinas responsables de la fabricación y cálculo de las conexiones. La actual norma chilena NCh428, Estructuras de acero Ejecución de construcciones de acero perfiles laminados, soldados y tubos , establece que la responsabilidad del diseño estructuras, incluida las conexiones, es de la ingeniería de diseño. En este contexto, el presente trabajo de título establece un procedimiento práctico para el diseño y cálculo de conexiones de estructuras metálicas de instalaciones industriales y mineras chilenas, en particular del esqueleto resistente, considerando el hecho de que un tercero realice este diseño y que las oficinas de diseño lo revisen y validen. Entrega herramientas de diseño prácticas, más disposiciones normativas, de modo que se asegure la compatibilidad del modelo estructural, supuesto por el calculista, y lo efectivamente desarrollado por el proyectista. Presenta prácticas básicas de estructuración y cálculo. También presenta secciones orientadas a que el ingeniero y proyectista pueda entender rápidamente el modelo estructural y la interacción con sus conexiones, como también que los ingenieros puedan obtener las resistencias requeridas para calcular dos distintos mecanismos de falla que se pueden presentar. El capítulo de conexiones estándares presenta una selección de las conexiones más utilizadas en la práctica de edificios industriales y mineros chilenos. Se consideran las conexiones de empalmes, de sistemas estructurales de marcos arriostrados concéntricamente, de sistemas de marcos rígidos y de conexiones en plataformas. Finalmente se presenta el procedimiento de diseño de conexiones, el que establece las distintas responsabilidades, las normas a utilizar, los criterios para diseñar y en general los requerimientos para el diseño y cálculo de conexiones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La normativa chilena que regula el diseño sísmico de estructuras industriales de acero es la norma NCh2369 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales . Esta norma se basa en la experiencia obtenida por el comportamiento de las estructuras luego de ocurrido los terremotos de 1960 en Concepción y 1985 en Valparaíso. Y que actualmente se encuentra en revisiones luego de ocurrido el terremoto en Maule el año 2010. Uno de los puntos que se deben estudiar son las disposiciones que tienen que ver con el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Con lo que se encuentra en estos momentos en la norma, el diseño de los pernos de anclaje no produce los resultados esperados que la misma normativa estipula, como es el caso de la disipación de energía en caso de ocurrido un sismo. Esto pasa debido a que se produce la fractura de los pernos antes de que estos comiencen a fluir. Es por lo que se hace necesario realizar un estudio de las fuerzas que se utilizan en el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Para esto, en este trabajo se realiza el estudio de tres estructuras industriales de acero, basadas en marcos arriostrados concéntricamente, realizando distintos diseños para los pernos. La evaluación del desempeño se lleva a cabo de acuerdo con la metodología del FEMA P695, incluyendo la no linealidad de algunos elementos estructurales de los que se destacan los pernos de anclaje debido a que son en los que se centra el estudio. Con el fin de ampliar el estudio de las disposiciones de la norma acerca de los pernos de anclaje, se estudia también como influye en el resto de la estructura el largo libre de los pernos. Para lo que se utilizaron distintos largos libres de anclaje en cada una de las estructuras utilizadas. La aplicación de la metodología FEMA P695 entrega conclusiones sobre cómo afectan las distintas variables en el comportamiento de la estructura. Un aumento en el largo libre de los pernos genera un aumento en la ductilidad y en el factor de reducción de respuesta, mientras que, si se diseña el perno para una fuerza mayor, la ductilidad del sistema baja considerablemente. La razón del margen de colapso no varía en función de las modificaciones hechas a cada modelo, por lo que se puede concluir que este valor ve más bien afectado por otros elementos estructurales. Por otro lado, si se aumenta el valor de la fuerza de diseño de los pernos de anclaje se disminuye considerablemente la cantidad de elementos en entra en fluencia.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El sistema estructural de marcos arriostrados de varios niveles sin losa intermedia (MTBF) posee dos o más niveles arriostrados lateralmente en una estructura con altura única, las cuales están encargada de resistir la carga axial desbalanceada, la cual ocurre luego del pandeo a compresión de los arriostres, con ausencia de diafragmas en la dirección perpendicular. Estos son utilizados en edificaciones industriales de gran altura, en las cuales utilizar un solo arriostramiento genera secciones muy grandes. En general, se utiliza arriostramientos concéntricos de tipo X, chevron o V. Este trabajo de título tiene como objetivo principal evaluar el desempeño del sistema estructural MTBF utilizando arriostramientos excéntricos en sus niveles, caracterizando el modo de falla que presente, considerando las no linealidades del problema. Para la realización de esta investigación se consideró una estructura MTBF de dos niveles, compuesta por 5 vanos de 11,65 metros de alto con 10,48 metros de ancho, en los cuales el segundo y cuarto vano corresponden al sistema sismorresistente EBF, utilizando diafragma rígido solamente en el nivel superior, ubicada en un suelo de tipo 2 y zona sísmica III. Además, para las uniones de cada uno de los elementos se considera una conexión de tipo rígida y se utiliza la calidad de acero de ASTM A992 para todos los elementos. Esta estructura es diseñada en base a la norma NCh2369, considerando un diseño por capacidad para marcos EBF según lo estipulado en la norma AISC341 y verificando la resistencia de los perfiles según lo indicado en la norma AISC360. Posterior al diseño, se consideraron 4 modelos a estudiar; el primero sin imperfecciones en el enlace del nivel inferior, el segundo con una imperfección en los nodos del enlace de 2,8 milímetros en direcciones contrarias, el tercero con una imperfección en los nodos del enlace igual a 7,7 milímetros en la misma dirección y un cuarto modelo incorporando un diafragma rígido en el nivel intermedio. Estos fueron sometidos a un análisis no lineal estático y dinámico utilizando el programa SAP2000 v20.2. Los resultados obtenidos indican que se obtiene un desempeño sísmico aceptable en base a lo estipulado en el informe FEMA P695. Por lo tanto, las disposiciones de diseño para este sistema estructural, utilizando las normativas vigentes en la actualidad, cumplen con los requisitos establecidos para obtener un desempeño sísmico adecuado. Además, se cumple con el modo de falla esperado en todos los modelos, ya que la formación de rotulas plásticas solo se presenta en los enlaces de ambos niveles, los cuales corresponden al elemento fusible del sistema estructural, mientras que sus demás elementos presentan un comportamiento lineal durante todo el análisis.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente trabajo de tesis de grado está referido a una propuesta de evaluación de factibilidad estratégica, técnica y económica para la creación de una empresa de montajes de tuberías de acero que preste servicios a empresas de ingeniería, constructoras y generadoras de proyectos hidroeléctricos en la zona centro sur de Chile. El diagnóstico tiene como principales hallazgos, la necesidad del país de modificar la matriz energética, propiciando el retiro de las centrales térmicas a partir de carbón. Se privilegia por tanto el recambio por energías renovables, donde las centrales hidroeléctricas de pasada llevan la delantera por su alto factor de planta. Asimismo existe un estudio realizado por la Apemec (asociación de mini centrales hidroeléctricas de pasada), quienes proyectan 805MWh en un mercado potencial de centrales de US$ 2.415MM, lo que extrapolado en específico al 11,8% de suministro y montaje de tuberías, entrega una proyección anual de US $47MM por espacio de 6 años. El segmento objetivo por lo tanto se establece como los proyectos de Centrales Hidroeléctricas de Pasada, la estrategia en ese sentido, será avocarse a trabajar con los agentes de estos clientes individualizados como Generadoras, Consultoras y/o Ingenierías y Montajistas y/o Constructoras. Como negocio del tipo B2B, se privilegia la colaboración en vez de la negociación. Bajo esta premisa, la retroalimentación del cliente entrega el camino a seguir, vertido en la propuesta de valor que sustenta la idea de entregar una oferta integral a modo de Reducción de Riesgo en su obra mediante la ejecución de partidas totales, tomando la solución global de la línea de tubería, considerando desde el diseño, pasando por la fabricación o suministro, el transporte, el montaje y la certificación de la línea de tuberías; con personal especializado capaz de ofrecer soluciones diarias respecto del diseño preliminar, adelantándose a las decisiones de cambio típicas en este rubro. Este tipo de soluciones factibles de realizar ofrecen la flexibilidad que espera el cliente, más un ahorro sustancial de tiempo en la ejecución, lo que finalmente significa mejoras en línea de tiempo global del proyecto y por lo tanto una verdadera Reducción de Costos. La evaluación económica en lo global considera todo arrendado, sin inversión preliminar. Por otra parte, la tasa calculada en base al riesgo sectorial (10,07) es más baja que la tasa de retorno de mercado (12,00), se utilizó esta última. Realizados los EERR y los flujos puros y financiados, la incidencia mayor son los ingresos de montaje, razón por la cual el análisis de sensibilidad se avocó a este concepto; lo que sustenta que el proyecto es viable económicamente. Se concluye por tanto que el proyecto debe realizarse dado el espacio entregado por el mercado; más la propuesta de valor de soluciones esperada por los agentes del cliente y la adición de los resultados de los análisis económicos del proyecto.