Ingeniera Civil / El presente trabajo de título tiene como principal objetivo proponer una metodología capaz de determinar el nivel de estabilidad física que tiene un depósito de relaves en Chile, en el contexto del Programa Tranque, iniciativa de CORFO, que busca generar tecnologías que aporten al monitoreo en línea de depósitos de relaves. Para esto se realizó una revisión de normativas nacionales e internacionales, en conjunto con manuales de buenas prácticas y documentos asociados a la operación de un depósito de relaves, con el fin de establecer el estado del arte de la verificación de estabilidad física en estas estructuras de contención. Además, se revisó el estado actual de los depósitos de relave en Chile y se analizaron las fallas ocurridas a nivel mundial, para establecer los mecanismos de falla predominantes, y los parámetros y eventos asociados a su desarrollo. La metodología propuesta consta de tres módulos, donde el nivel de dificultad aumenta en cada uno. El primero, denominado Evaluación Cualitativa, consiste en la asignación de puntaje a características físicas que son de fácil evaluación, donde la suma de estas puntuaciones, sumado a la presencia de factores agravantes, entrega un resultado. Si la evaluación cualitativa es baja, se pasa al siguiente módulo, que corresponde a la Verificación de Parámetros Críticos para cada mecanismo de falla. Si estos parámetros se encuentran dentro del umbral definido, se pasa al módulo final de Determinación del Índice de Estabilidad Física, el cual se calcula a través de un Árbol de Falla para cada mecanismo de falla. Considerando probabilidades conocidas de la bibliografía, se evalúa la sensibilidad del Índice a un cambio en sus causas raíces. La herramienta presentada en este trabajo corresponde a una. Mediante los tres módulos se busca analizar de manera completa la condición de estabilidad física, a partir de lo que se controla en Chile y el mundo, donde el primer módulo tiene características de evaluación similares a los reportes E700, el segundo módulo representa, a través de parámetros críticos, el estado del arte sobre la estabilidad física de depósitos de relaves, mientras que el tercer y último módulo corresponde a una herramienta con capacidad predictiva, lo cual no existe en la actualidad.

Ingeniero Civil Mecánico / En Chile existe un gran inventario de estanques verticales de acero que se utilizan para el almacenamiento temporal o prolongado de líquidos, principalmente agua y combustibles. Como cualquier otro equipo o estructura los estanques envejecen y presentan defectos que influyen en su comportamiento mecánico estructural. Con tal de evitar que los defectos induzcan fallas estructurales se debe asegurar la integridad estructural (IE) del equipo. Esto se realiza a través del análisis de aptitud para el servicio o fitness-for-service (FFS), el cual se define como un análisis cuantitativo y estandarizado para determinar si un equipo es confiable y seguro para operar bajo condiciones específicas en un periodo de tiempo determinado. El objetivo general de este trabajo es desarrollar un procedimiento de análisis de IE de estanques verticales mediante análisis con elementos finitos (AEF), mientras que los objetivos específicos son: i) estudiar la tipología y defectología de estanques verticales de uso habitual en Chile, ii) preparar y adaptar una rutina para el análisis de integridad estructural (AIE) basada en el API 579, iii) analizar casos representativos aplicando la rutina para AIE, y iv) categorizar los resultados según la IE de los estanques verticales analizados. Para lograr los objetivos se realiza un AEF de un estanque vertical de acero de 11,5 𝑚���� de diámetro y 11,2 𝑚���� de altura que presenta cuatro defectos geométricos inducidos por la fabricación. Luego se analiza la estructura as-built, pero se incorporan defectos planos arbitrarios con diferentes dimensiones en cada análisis. Los parámetros utilizados para controlar la geometría y dimensión de los defectos son el radio hidráulico y la profundidad. De esta manera se relaciona la respuesta estructural de los modelos con los parámetros del defecto. En base a los análisis y estudios desarrollados se concluye que el análisis AEF permite una revisión muy detallada de los mecanismos de falla susceptibles de activarse, por lo que en general esta mirada es acertada para la revisión de estanques en uso que no están depreciados. La modelación de un estanque imperfecto conviene realizarla de forma directa al interpolar puntos de control con splines. Se reconoce que los defectos, destacando los altos y pequeños de gran profundidad, inducen esfuerzos secundarios que promueven plasticidad local, la cual no necesariamente induce inestabilidad o colapso de la estructura. Finalmente, las cargas que desarrollan mayor peligro de colapso son, para defectos en los anillos superiores del estanque, viento y presión interna; y, para los anillos inferiores, la presión interna y las cargas sísmicas.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo propone y valida un procedimiento para clasificación de fallas usando señales de vibraciones mecánicas en rodamientos con fallas inducidas. Este procedimiento consiste en obtener imágenes tiempo-frecuencia para entrenar una Red Adversaria Generativa (GAN). Luego mediante algoritmos de clustering aplicados a salidas de su arquitectura, se obtienen los grupos con fallas de iguales síntomas y características. Para esto se ensayan diversas configuraciones considerando dos tipos de imágenes (espectrogramas y escalogramas), cuatro arquitecturas GAN (DCGAN, InfoGAN, MRGAN y Wasserstein GAN) y dos algoritmos de clustering (K-means y spectral clustering). En primera instancia se repasan los fundamentos de las fallas en rodamientos: sus síntomas y metodologías usadas para su diagnóstico; luego se presentan los antecedentes respecto a los diversos componentes del procedimiento y los criterios de evaluación. Parea su validación se usan sets de datos de vibraciones mecánicas con fallas ya clasificadas (MFPT y CWRU). Mediante indicadores se comparan la clasificación real con la obtenida, resaltando las mejores configuraciones para el procedimiento. Los ensayos muestran que las arquitecturas GAN InfoGAN y MRGAN junto al algoritmo K-means poseen un comportamiento más estable en el procedimiento. Es más, mediante el estudio de la función de costos es posible determinar si el entrenamiento resulta efectivo o no, proponiéndose un estudio más acabado respecto a un criterio de identificación para obtener mejores desempeños. Además se realiza un análisis entre las clasificaciones obtenidas y las reales teniéndose consistencia entre los resultados obtenidos por el procedimiento propuesto y los entregados por los métodos de diagnóstico usados actualmente, ya sea mediante el estudio de los mismo o consultando bibliografía. También se incorpora un set de ensayo de degradación continua. Usando la mejor configuración de las pruebas anteriores se logran detectar estados de falla. Sin embargo el diagnostico no puede ser concluyente ya que aparecen nuevos fenómenos en estos datos como fallas multimodales, no consideradas inicialmente. Finalmente se proponen algunas extensiones a fin de poder estudiar de manera correcta este último caso que resulta ser más cercano a las aplicaciones que los dos primeros, como considerar la secuencia de las mediciones o determinar anteriormente los modos de fallas presentes en los datos.

Ingeniero Civil Mecánico / Hoy en día el monitoreo de la integridad estructural ha logrado un gran interés. Detectar, localizar y cuantificar el daño en estructuras de forma eficaz, tiene un gran impacto en la seguridad y economía en distintas aplicaciones de ingeniería. Una forma de monitorear la integridad de distintos sistemas se basa en analizar su respuesta vibratoria frente a fuerzas de tipo impacto. Estos eventos son comunes en componentes aeronáuticos y elementos estructurales, y pueden ser precursores de fallas catastróficas o facilitar la aparición de grietas en el material. Por esta razón, se han desarrollado algoritmos que permiten localizar y cuantificar una fuerza de impacto, apenas esta es producida. Sin embargo, es necesario mejorar los resultados obtenidos hasta el momento y analizar la aplicación de estos métodos en estructuras más complejas. Por lo tanto, el objetivo del trabajo es desarrollar un sistema de detección, localización y cuantificación de la intensidad de los impactos en una placa de aluminio compuesta con estructura interna, a partir de un análisis de su respuesta vibratoria. Para esto, se utiliza una aproximación lineal basada en el principio de máxima entropía y además el análisis de componentes principales, el primero denotado como LME y el segundo como PCA, por sus siglas en inglés. Inicialmente, se desarrolla el algoritmo que permite la identificación y cuantificación de impactos. Dado que el algoritmo LME ha sido aplicado anteriormente para el caso de una placa de aluminio simple, se cuenta con los datos de impactos de este estudio, medidos en el Laboratorio de Vibraciones Mecánicas y Rotodinámica de la Universidad de Chile. Con estos datos se comprueba el desempeño del algoritmo LME al incorporar el método PCA. Luego, se diseña y construye un montaje experimental para una placa compuesta, el cual permite medir su respuesta vibratoria. La respuesta se obtiene a partir de las señales entregadas por sensores piezoeléctricos adheridos a la superficie de la placa. Los impactos se realizan por medio de un martillo modal, el cual tiene incorporado un sensor de fuerzas. La señal de los sensores piezoeléctricos y del sensor de fuerzas es adquirida mediante una tarjeta de adquisición de datos. La tarjeta digitaliza las señales para su procesamiento con el software MATLAB. Una vez procesados los datos, se aplica el algoritmo PCA+LME, y su desempeño se evalúa en función del error en las estimaciones de localización y magnitud de los impactos. Se obtiene entonces, para la placa simple un error de área de 0,016% y un error de fuerza de 5,94%. Mientras que para la placa compuesta se obtiene un error de área de 0,045% y un error de fuerza de 10,79%. Se concluye que el desempeño de la metodología desarrollada es validado al considerar los casos para una placa simple y una placa compuesta. Se comprueba que la incorporación del método PCA, como método para extraer parámetros característicos de la señal de respuesta, mejora las estimaciones entregadas por el algoritmo LME. Por otra parte, a pesar de obtener un pequeño aumento en el error, los resultados para la placa compuesta demuestran la efectividad de la metodología en casos más complejos, acercando el estudio a aplicaciones reales.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo principal determinar analíticamente el mejor valor para el Factor de Sobrerresistencia (Ωo) a partir de 4 valores de prueba (Ωo=2,3,5 y 10.7). Esto se llevó a cabo mediante la evaluación del desempeño sísmico de una serie de modelos analíticos no lineales que representan a nivel macro los fenómenos ocurridos en edificios de acero con marcos arriostrados concéntricamente. Estos macro-modelos consisten en un sistema de estructura de masa y rigidez concentrada con rótulas plásticas, que permiten introducir la no-linealidad al sistema y modelar la resistencia de las estructuras a partir de la utilización de curvas momento-rotación. Para asegurar la correcta utilización de los macro-modelos, éstos debieron ser calibrados a partir de los modelos realizados para los edificios reales. Se desarrollaron 12 arquetipos con distintas alturas, sobrerresistencias y niveles de ductilidad, siguiendo la metodología de FEMA P695 (llámese Metodología). Cada uno de ellos se sometió a un set de 18 registros sísmicos de alta intensidad ocurridos en Chile utilizando el algoritmo de un Análisis Dinámico Incremental (IDA, por sus iniciales en inglés). Finalmente, se evalúo la aceptabilidad de cada uno de los valores estudiados de Ωo de acuerdo a los requerimientos de la Metodología. Como objetivo secundario se estudió una posible relación entre el factor de sobrerresistencia y la ductilidad del sistema (µT), junto con analizar posibles desventajas al implementar altos factores de sobrerresistencia debido a una potencial reducción de la ductilidad total de la estructura. De los resultados, se recomienda la utilización de Ωo=2.0 para los edificios de acero estudiados con R=5. Además, para los niveles de sobrerresistencia analizados se determinó que, para Ωo>5.0, la potencial reducción de ductilidad podría deteriorar el desempeño sísmico del edificio. Estas conclusiones aplican para edificios dentro del rango de características estudiado, con altura de hasta 21[m].

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / La presente investigación corresponde a un estudio numérico del sistema viga-conexión DBT sometido a carga monotónica, con el objetivo de comparar los resultados numéricos, con los teóricos establecidos en el FEMA 350. La elección de los sistemas vigas conexión, se logró mediante un proceso de prueba y error de 4 estructuras destinadas al uso habitacional que fueron modeladas como marcos sismorresistentes en 2D sometidas a la combinación de cargas gravitacionales y dinámicas de diseño hasta cumplir con las disposiciones establecidas en la NCh 433 Of 2009. La primera parte corresponde a una revisión bibliográfica. Con esta se ha construido un marco teórico que permite entender el comportamiento del sistema viga -conexión. Una vez determinados los posibles modos de falla que controlan el comportamiento de los sistemas, se ha diseñado una serie de 24 especímenes con 4 posibles modos de falla teóricos. Esta serie, denominada DBT será estudiada en esta investigación de forma numérica mediante la construcción de modelos de elementos finitos y luego los resultados serán correlaciones con aquellos determinados de manera teórica. La segunda parte es la construcción de un modelo computacional de elementos finitos con el software ANSYS en su versión 15. Corresponde a un modelo 3D, este considera las no linealidades de los materiales y discontinuidades geométricas. La primera y segunda validación se realizó comparando la curva de comportamiento de la conexión aislada y el sistema viga-conexión con los estudios realizados previo a esta tesis. La tercera parte es el estudio de la respuesta monotónica del sistema mediante el modelo de elementos finitos para cada modo de falla considerado. De esta manera se ha podido comparar con los modos de falla teóricos en la etapa de diseño. Se determinó que existe una buena correlación entre los valores de momento numéricos y teóricos y que la rotulación plástica de la viga, es el mecanismo que disipa la mayor cantidad de energía. Además, la degradación de rigidez en la conexión, es producto de un estado inicial y de término del desplazamiento del perno a corte, hasta que entra en contacto con la perforación del alma, que gracias a la relajación que otorga el aplastamiento del ala de la viga, es que los pernos sometidos a corte y tracción no fallan, que la rigidez para el modo de falla por apalancamiento y fractura del área neta, están de mejor manera representadas teóricamente por la estipulada en el AISC 2010 y FEMA 350 (2000), respectivamente. En futuras investigaciones, se debe completar el modelo, someterlos a una mayor rotación para gatillar la fractura del área neta de la T stub.

Ingeniero Civil / Debido a la sismicidad nacional y la importancia económica de la industria vitivinícola chilena nace la necesidad de estudiar el comportamiento estructural de los estanques de almacenamiento de acero frente a una solicitación sísmica. En la presente memoria se modelan 2 estanques con dimensiones geométricas diferentes a través del programa de elementos finitos ANSYS versión 15. Se realiza un análisis no-lineal estático del tipo pushover variando la condición de borde para ambos tipos de estanque. De los modelos analizados se extraen las curvas de capacidad, los modos de falla y la distribución de tensiones principales y equivalentes (o tensión de Von-Mises). Los resultados entregados por el programa se comparan con las cargas y fuerzas de diseño obtenidas de las normas y guías de cálculo. Luego de procesar los resultados se concluye que -El programa logra modelar de buena forma el comportamiento estructural de los estanques obteniendo los modos de falla observados en terreno -La condición de borde del estanque incide en el modo de falla visualizado en el manto -Los estanques simplemente apoyados muestran un pobre desempeño. Su capacidad máxima se encuentra por debajo del corte basal de diseño.