Magíster en Ciencias de la Ingeniería - Mención Ingeniería Geotécnica / El presente estudio corresponde a la instrumentación de las pilas de entibación del Edificio Beauchef Poniente, perteneciente a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. El sistema de entibación adoptado en este proyecto es el típico utilizado en la grava de la ciudad de Santiago (denominada comúnmente como Grava de Santiago ), el cual corresponde a pilas de hormigón armado arriostradas con anclajes de acero postensados. Las pilas instrumentadas tienen 28,5 metros de longitud con un diámetro externo de 100 cm, se encuentran espaciadas cada 3 metros y están arriostradas en tres niveles. Con el objetivo de obtener la deformación de las pilas y los esfuerzos internos, éstas fueron instrumentadas con fibra óptica, strain gauges, inclinómetro y topografía. Sin embargo, se utilizaron en el análisis solo los datos entregados por el inclinómetro y la topografía. Además de la instrumentación, fue realizado un modelo 2D en el programa de diferencias finitas FLAC. Los resultados entregados por este programa permiten comparar estos valores con los reales de deformación entregados por el modelo computacional. Además se analiza la influencia de los parámetros del modelo en el comportamiento de la pila, como la rigidez del sistema de entibación, carga del anclaje, resistencia del suelo (modelo Mohr Coulomb) y módulo de elasticidad del suelo. Los resultados de la instrumentación indican que la deformación lateral en la pila se encuentra dentro los valores mencionados en la literatura y manuales. La modelación en FLAC entrega valores similares de deformación a los entregados por la instrumentación. Además, se concluye que los parámetros analizados tienen poca influencia (dentro del rango estudiado) en los resultados del comportamiento de la pila.

Ingeniera Civil / La presente investigación estudia la factibilidad de producir hormigón geopolimérico a base de ceniza volante con bajo contenido de calcio proveniente de la central termoeléctrica Ventanas. Se intenta replicar y transferir la experiencia y desarrollo alcanzado para la producción de este material a nivel internacional, particularmente basándose en investigaciones australianas. El trabajo preliminar desarrollado siguiendo las pautas de la práctica australiana dejó no obstante, en evidencia la existencia de incompatibilidades en las materias primas disponibles a nivel industrial en el país (fuente de aluminosilicatos, solución alcalina y agregados). Lo anterior obligó a ajustar la metodología del estudio a las condicionantes impuestas por los materiales, principalmente la ceniza volante, componente básico del geopolímero que presentaba un alto contenido de carbón residual, superior al 20%, determinado mediante el ensayo de pérdida por calcinación. Se debió partir por mejorar el comportamiento de la fuente de aluminosilicatos para lo que se recurrió por una parte a mejorar la ceniza volante disponible mediante tamizado y a recurrir a la incorporación de otras adiciones como escoria de alto horno y microsílice. Por otra parte, se procedió a ajustar experimentalmente las relaciones solución alcalina/fuente de aluminosilicatos, que originalmente era igual a 0,35 aumentándola a 0,65. También se modificó el proporción de áridos en la mezcla. Para estudiar cómo afecta la variación de algunos parámetros en las propiedades de la pasta geopolimérica se fabricaron probetas a escala de laboratorio. Dentro de los parámetros en estudio, se analizó la variación de porcentaje de pérdida por calcinación de la ceniza, la granulometría de los áridos, el contenido de agua extra, entre otros. Resultando en resistencias a compresión de aproximadamente 20 MPa a los 7 días en morteros geopoliméricos a base de ceniza volante que aumentó a 30 MPa con adición de un 30% de escoria de alto horno. Los resultados verifican la potencial utilización del hormigón geopolimérico como un nuevo material en el rubro de la construcción, ya que es una alternativa sustentable que presenta propiedades y resistencias mecánicas similares o mejores que el hormigón convencional. En la industria de los elementos prefabricados este material debido al desarrollo de resistencias tempranas que presenta, tendría significativas ventajas con relación al hormigón convencional, ya que puede ser desmoldado al término del curado térmico y además alcanza su resistencia final a los 7 días. Por otro lado, se propone seguir investigando sobre las tecnologías que se utilizan para mejorar la calidad de la ceniza volante, de modo de conseguir una mayor reducción del contenido de carbón residual y así obtener un significativo mejoramiento de las propiedades mecánicas del material.

Ingeniero Civil / Tesis no autorizada por el autor / El objetivo principal de este estudio es investigar sobre el desempeño de hormigones con aditivos de impermeabilización por cristalización, particularmente el grado de mejoramiento de las propiedades de durabilidad, en hormigones confeccionados con cementos Pórtland puzolánicos, los cuales abarcan mayormente la industria nacional. Este estudio es de carácter comparativo, en donde se evalúa el comportamiento de hormigones y morteros con aditivo impermeabilizante por cristalización en comparación a sus respectivos hormigones y morteros patrones. Se confeccionaron dos series de hormigones de prueba, diferenciándose cada una, principalmente, por su dosis de cemento. Una serie posee una dosis de cemento de 280 kg/m³, mientras que la otra serie fue confeccionada con una dosis de 360 kg/m³. En cada serie se elaboraron dos hormigones, uno patrón y otro al cual se le incorporó el aditivo de impermeabilización, en una dosis de un 0,8% con respecto a la dosis de cemento. Además de hormigones, se elaboraron morteros de prueba para algunos ensayos específicos, en donde se utilizaron los mismos materiales que para los hormigones de prueba. El programa experimental propuesto abarcó ensayos enfocados a una caracterización general del hormigón y ensayos dirigidos a evaluar propiedades de durabilidad. Se consideraron ensayos con el objeto de evaluar el comportamiento en permeabilidad, ataques internos, ataques externos y, considerando que una de las particularidades de los hormigones a los que se les incorpora aditivos de impermeabilización por cristalización es el potencial de auto sellado de fisuras, se planteó una experiencia para evaluar el auto sellado en probetas cilíndricas a las cuales se les induce una fisura diametral, evaluando el flujo filtrante por la fisura ante una carga variable de presión hidráulica. Con respecto a las propiedades referentes a la durabilidad del hormigón; se concluye que en los hormigones confeccionados con cementos Pórtland puzolánicos el aditivo de impermeabilización por cristalización empleado mejora las características de impermeabilidad del hormigón, como la absorción capilar y el índice de vacíos permeables, cualidades importantes al momento de evaluar la entrada de agentes solubles agresivos. Además, se pudo observar que es posible mejorar las características de impermeabilidad de un hormigón al incorporar aditivo de impermeabilización por cristalización, haciéndolas comparables a un hormigón con mayor dosis de cemento. Por otra parte, se evidenció que el aditivo de impermeabilización por cristalización mejora el comportamiento de los hormigones ante ataques internos, correspondientes a reacciones de los álcalis del cemento con agregados pétreos reactivos (reacción álcali árido).

Ingeniero Civil / El trabajo consistió en un estudio de carácter exploratorio sobre sistemas constructivos para pavimentos utilizando losas prefabricadas de hormigón. Como primera etapa se investigó acerca de las soluciones implementadas fuera del país y respaldadas por parte de Departamentos de Transporte o Centros Universitarios Norteamericanos principalmente, para dar paso a la definición de dos soluciones que fueron evaluadas para su implementación como alternativa para la reposición de paños de pavimento agrietados en vías urbanas, y puesta en servicio, con pocas horas de interrupción de la vía. En una segunda etapa, se trabajó en el diseño estructural y modelación de las dos soluciones definidas. La modelación se efectuó utilizando el programa ANSYS de elementos finitos, para verificar el comportamiento de los sistemas diseñados en cuanto a niveles de tensiones y deformaciones del conjunto de paneles ensamblados ante el paso de un eje vehicular simulado como un tren de carga. Con los modelos de losas y con la participación de la empresa Constructora Pehuenche que impulsó esta investigación a través de un Proyecto Corfo junto a IDIEM como centro de investigación, se comenzó con la etapa 3, fabricando los moldajes que dieron forma a los distintos paneles con los que se probaron los paneles con los dos tipos de conexión. El lugar en donde se montaron los moldajes lo facilitó IDIEM, disponiendo de sus dependencias en Cerrillos, donde se confeccionaron las ocho losas que darían forma posteriormente al tramo de prueba. La etapa 4, que consistió en construir un tramo de prueba para poder instalar las losas en él y así testear el comportamiento de los sistemas bajo altas cargas de uso, derivó en una serie de observaciones que llevaron a recomendar modificaciones al sistema, especialmente en el método de conexión machihembrado, puntos que se deberán tener presentes para un próximo trabajo. Como resultado de estas experiencias se pudo constatar que el sistema barra-ranura fue el que arrojó los resultados más auspiciosos a la hora de realizar la modelación, obteniéndose un mejor traspaso de carga entre paneles que otorga mejor continuidad en el tramo, lo cual no quita que no pueda presentar alguna falla en las juntas debido a ciclos de carga. Durante la instalación, hubo losas que presentaron en algunos casos problemáticas para el ensamblaje, esencialmente por un tema de falta de compatibilidad en las dimensiones respecto al tramo de prueba construido, pero a la vez hubo losas cuyo montaje resultó sin contratiempos, llegando a instalarse en tiempos de alrededor de 3 minutos. La reparación de pavimentos de hormigón mediante las losas prefabricadas estudiadas requiere de la estandarización del proceso de fabricación y a un cierto grado de experiencia en lo que a montaje e instalación refiere. Si bien el estudio tuvo un carácter de exploración, se pudieron materializar dos soluciones que deberán perfeccionarse a futuro, pero que demostraron que es factible analizar esta solución a la hora de definir una metodología de trabajo de reparación de pavimentos rígidos.

Ingeniero Civil / En la siguiente memoria se estudió la eficiencia de una ceniza volante como inhibidora del fenómeno de etringita retardada (DEF), este fenómeno expansivo ha sido uno de los grandes problemas de las estructuras de hormigón de grandes dimensiones y/o altos calores de hidratación, provocando agrietamientos, disminuyendo su resistencia y durabilidad. Este fenómeno se presenta entre 2 a 20 años después de la confección del hormigón y se sabe que uno de los principales factores que influyen en el origen del fenómeno son las altas temperaturas, ya que la etringita (producto normal de la hidratación del hormigón, dispersa homogéneamente en la matriz de hormigón), se vuelve inestable al sobre pasar los 70°C las primeras horas desde su confección, transformándose en un mono sulfato de menor volumen y mayor estabilidad, el cual una vez que el hormigón se encuentra endurecido y en servicio, bajo condiciones húmedas o parcialmente húmedas se transforma nuevamente en etringita, generando esfuerzos internos y probablemente agrietamientos en el hormigón. En el presente trabajo se estudiara el efecto de una ceniza volante como remplazante de cemento portland en diferentes dosificaciones, manteniendo el contenido de SO3 en un rango normal entre 2,8-3,5%, para esto se confeccionaran una serie de probetas las cuales serán sometidas a curados a temperatura y ciclos de humedecimiento y secado, con el fin de homologar las condiciones óptimas para que se produzca el fenómeno DEF y acelerar las expansiones que este conlleva, se utilizó esta metodología ya que se cuenta con un estudio anterior en el cual se realizaron los mismos ensayos, pero en ese caso se estudió el desempeño de una puzolana natural. Luego de un periodo de 120 días de medición de expansiones se concluyó que hormigones con una dosificación de 70% de cemento Portland y 30% de ceniza volante o puzolana es suficiente para controlar e inhibir el fenómeno DEF.

Ingeniero Civil / Las mediciones sobre elementos estructurales cuentan actualmente con una gran variedad de técnicas de monitoreo, donde los métodos más utilizados para determinar desplazamientos y deformaciones son sensores del tipo LVDT y strain gauge. Paralelamente la fotogrametría constituye una poderosa herramienta que funciona a bajo costo y brinda una versatilidad en el seguimiento que actualmente los dispositivos mencionados no poseen. Por lo tanto, este Trabajo de Título tiene como finalidad fundamental implementar un sistema de fotogrametría que posibilite el monitoreo de elementos de hormigón armado, para lo cual se pretende generar una metodología que permita obtener los desplazamientos y deformaciones sobre la superficie de un elemento estructural. Así, será posible contar con un control global del objeto de estudio y se dispondrá de una alternativa distinta a los instrumentos utilizados convencionalmente. Para llevar a cabo estos objetivos es necesario adquirir una cámara digital apta para la función que tendrá, preparar un sistema de iluminación adecuado y confeccionar un mecanismo que permita plasmar un sistema de referencia óptimo sobre la superficie del hormigón. Contando con estos requerimientos, se lleva a cabo la siguiente metodología compuesta de tres etapas. En primer lugar se realizan 17 ensayos de carga sobre elementos de hormigón de distintas características, para así definir los atributos de un montaje adecuado, estandarizado y óptimo. Este proceso entrega como resultado un conjunto de fotografías con la evolución del ensayo a lo largo del tiempo. En la segunda etapa se procesa la información por medio de un análisis computacional de las imágenes obtenidas y se extraen los datos necesarios para determinar los desplazamientos y deformaciones sobre las superficies de las probetas ensayadas. Para lograr este objetivo, se diseña una rutina en MATLAB que permite obtener los resultados de forma clara y ordenada. Finalmente, se contrastan los resultados alcanzados por el programa, con los datos capturados por sensores de desplazamiento y con los resultados de un software de procesamiento de imágenes (VIC-2D), para así determinar la validez del método. Habiendo realizado todo lo descrito, es posible ratificar que: las condiciones del montaje implementado cumplen con los requisitos del sistema, se ha diseñado una rutina computacional automatizada y de fácil ejecución para analizar los ensayos por medio de fotogrametría, se logra un monitoreo global y localizado sobre los elementos estructurales y las precisiones asociadas a desplazamientos y deformaciones son de tal magnitud que permiten caracterizar correctamente los fenómenos ocurridos sobre la superficie de las probetas. Además, se ha identificado una serie recomendaciones que permiten mejorar los resultados en función de las necesidades existentes.

El hormigón es un material compuesto a distintos niveles. A nivel mesoestructural se puede distinguir una matriz porosa de mortero que rodea a los agregados gruesos y las interfaces matriz-agregado, además se pueden observar diferentes tipos de defectos como defectos de compactación o fisuras de diverso origen. En el caso de hormigones reforzados con fibras se consideran las fibras como elementos distintivos de la mesoestructura. Si bien se ha reconocido la influencia de la estructura interna sobre las propiedades del hormigón son contados los trabajos que lo hacen en función de los parámetros medidos a nivel mesoestructural. En esta tesis se analiza la mesoestructura del hormigón y su vinculación con la respuesta mecánica y las propiedades de transporte. En primer lugar se buscó una metodología para cuantificar el cuadro de fisuración (ancho y densidad de fisuras) y la distribución de los agregados de mayor tamaño y sus interfaces, como elementos característicos de la mesoestructura del hormigón. Para el caso particular de los hormigones con fibras se evaluaron la distribución y orientación del refuerzo. Como casos de aplicación se analizaron hormigones dañados por altas temperaturas, por contracción por secado y por reacción álcali-sílice. Se evaluaron fisuras en muestras de hormigón expuestas a distintas temperaturas o a secado en un ambiente con baja humedad, los diferentes niveles de daño se vincularon con la respuesta mecánica en compresión y tracción y con las propiedades de transporte (absorción capilar y permeabilidad). Estudios similares se realizaron sobre otras muestras de hormigón dañadas por altas temperaturas sometidas a cargas de larga duración. Se encontró que los distintos niveles de daño afectan en forma diferenciada a las propiedades de transporte, mientras la permeabilidad aumentó en forma continua con el aumento del ancho de fisuras, se observó que la absorción capilar tuvo un máximo para anchos intermedios de fisuras. Finalmente se estudiaron hormigones dañados por reacción álcali-sílice, abordando en este caso un aspecto original, considerando el desarrollo de las fisuras bajo cargas de larga duración así como sobre muestras libres de cargas. Se encontró un marcado efecto de las tensiones aplicadas sobre la propagación de las fisuras, las medidas de la orientación de las fisuras mostraron una clara relación con las propiedades mecánicas. El estudio de la mesoestructura también se aplicó para analizar hormigones reforzados con fibras y hormigones autocompactantes. Se estudiaron la orientación de fibras de acero y fibras de polipropileno en hormigón convencional vibrado y su influencia sobre los parámetros post fisuración obtenidos en ensayos de flexión sobre vigas entalladas. Además se analizó la orientación y distribución que adquieren las fibras de acero y la influencia de la forma de moldeo en hormigón autocompactante. Se encontró que en hormigones autocompactantes las fibras tienden a orientarse en planos horizontales, siendo fuertemente afectadas por el flujo de hormigón y el efecto pared del molde. Finalmente se evaluó la homogeneidad en base a la distribución de agregados en elementos esbeltos de hormigones autocompactantes con y sin refuerzo de fibras y elaborados con distintos tipos de agregados.

El reciclado de los residuos de construcción y demolición para ser empleados en la producción de hormigones, principalmente aquellos que provienen de la trituración de hormigones de desecho, se ha convertido en una alternativa de gran importancia respecto a la disminución de la contaminación ambiental, permitiendo además una reducción en la explotación de recursos naturales no renovales. Las propiedades que presentan los agregados reciclados se ven modificadas con relación a las que poseen los agregados naturales de densidad normal, principalmente su porosidad, densidad y resistencia. Estas diferencias son atribuidas al mortero de cemento que se encuentra adherido a las partículas de agregado natural, o bien constituyendo una partícula por sí mismo. Respecto al comportamiento resistente, los hormigones reciclados pueden presentar resistencias similares a las del hormigón de origen, dependiendo de la calidad y porcentaje de agregado reciclado utilizado. Sin embargo, el desempeño durable que presentan los hormigones reciclados podrá variar en función de las características de los hormigones, del porcentaje de agregado reciclado utilizado y de las condiciones a las cuales son expuestos. El objetivo principal del presente trabajo de Tesis consiste en determinar la influencia que tiene el nivel de resistencia y el tipo de agregado grueso natural (AGN) del hormigón de origen sobre las propiedades de los agregados gruesos reciclados (AGR). A tal fin, se elaboraron hormigones de razones a/c 0,45 y 0,65 empleando AGN de uso habitual en diferentes regiones del país, tales como piedra partida granítica, cuarcítica y basáltica, y canto rodado silíceo. Los AGR se obtuvieron de la trituración de dichos hormigones, analizándose diferentes propiedades físico‐mecánicas de los mismos, como granulometría, densidad, absorción, desgaste ʺLos Ángelesʺ, pasa tamiz de 75 μm, peso por unidad de volumen, porcentaje de vacíos, índices de lajosidad y elongación, y contenido de mortero, comparativamente con las correspondientes a los AGN. El comportamiento mecánico de los hormigones elaborados con 25 y 75 % de AGR se compara con el de los hormigones con 100 % de AGN. Para ello se realizaron evaluaciones de las resistencias a compresión, tracción por compresión diametral y módulo de rotura en flexión, determinándose también el módulo de elasticidad estático. Además, se realizaron valoraciones con ensayos semi‐destructivos (Break‐Off) y no destructivos (ultrasonido y frecuencia de resonancia) a fin de determinar las posibles modificaciones que pueden producirse debido a las características que poseen los AGR. Con el fin de adquirir un mayor conocimiento sobre la durabilidad de los hormigones reciclados, se analizan distintas propiedades de transporte comparándolas con las de hormigones de igual nivel resistente elaborados con agregados naturales. Se realizaron determinaciones de absorción de agua por inmersión, succión capilar, penetración de agua a presión y difusión de cloruro en inmersión. Además, se presentan los resultados obtenidos en experiencias de campo sobre hormigones expuestos en suelo con sulfato. De los resultados obtenidos surge que el tipo de AGN del hormigón de origen puede tener mayor influencia que la razón a/c sobre algunas propiedades de los AGR, como la densidad, la absorción de agua, la resistencia a la abrasión y el contenido de mortero. En cuanto a la resistencia a compresión, en los hormigones con 75 % de AGR se alcanzaron los mismos niveles resistentes que en los hormigones originales, mientras que en los elaborados con 25 % de AGR la resistencia se incrementó en aproximadamente 15 %. Con relación al comportamiento durable, en los hormigones con 75 % de AGR de granito y basalto los parámetros de transporte por capilaridad y permeabilidad duplican a los determinados en los hormigones originales, mientras que en los elaborados con 25 % de AGR de canto rodado se produce una disminución del orden del 25 %. Respecto a la difusión de cloruro, los hormigones con AGR de cuarcita y canto rodado muestran una mayor capacidad de retención de cloruro con relación a los hormigones originales, la cual se incrementa con el contenido de AGR. En base a los resultados obtenidos surge que, al igual que lo que sucede en los hormigones convencionales, la razón a/c es el principal factor que condiciona el desempeño durable de los hormigones reciclados, debiéndose considerar en segundo término el tipo de AGN empleado. Al incrementarse la razón a/c, el tipo y porcentaje de AGR utilizado se constituye en un factor de mayor importancia.

El objetivo de este trabajo es revisar las tipologías estructurales usadas en edificios de hormigón armado en los últimos años, estimar su vulnerabilidad y estudiar el impacto que ha tenido la ley de revisión estructural sobre su rigidez y densidad de muros. Este trabajo se basa en el análisis de los parámetros H/T (altura/período) y densidad de muros para el estudio de las características estructurales de los edificios. Se tomaron como antecedentes estudios anteriores de desempeño de edificios de hormigón armado, estudios de vulnerabilidad sísmica y estudios de tipologías estructurales. Las conclusiones de este trabajo indican que existe una leve disminución en la rigidez y resistencia de las estructuras entre los años 1939-2006, manteniéndose aún en los rangos aceptables, lo que no necesariamente confirma un supuesto relajamiento de las prácticas de diseño estructural. Por otro lado, el impacto de la ley de revisión estructural se observa principalmente en el aumento de la rigidez de los edificios que cuentan con revisores independientes. Como trabajo futuro se propone la extensión de la muestra, la evaluación de otras características estructurales y no estructurales además de la proposición de acciones concretas para la adaptación de la metodología de Inspección Visual Rápida para edificios chilenos. Todas estas propuestas apuntan a mejorar la precisión y la representatividad de los análisis.

Ingeniera Civil / El objetivo del presente Trabajo de Título, es estudiar la factibilidad de uso de la puzolana natural existente en la Región Metropolitana como fuente de aluminosilicato en la síntesis de geopolímeros. En la actualidad, existen numerosos estudios relacionados con el uso de puzolana como fuente de aluminosilicato, lo que lleva a investigar su uso debido a la gran disponibilidad de dicho componente en el país. Para llevar a cabo esta investigación, se realizan ensayos con puzolana natural, cuyos resultados revelan que si es utilizada como fuente de aluminosilicato pura, no se logra activar. El bajo contenido de alúmina incide en las bajas resistencias de la puzolana, por lo que al agregar materiales con contenido de alúmina mayor se elevan las resistencias mecánicas. Para determinar si es factible su uso, se estudia entonces la incorporación de cantidades variables de otras fuentes de aluminosilicato tales como, ceniza volante y escorias de alto horno provenientes de Cemento Melón y Huachipato, con el fin de lograr la activación de la puzolana. De acuerdo a los resultados, se deduce que la adición de escoria en proporción 25% en peso de la fuente total de aluminosilicato a activar, sería suficiente para alcanzar resistencias de 20 MPa y con la adición de ceniza volante se logran resultados similares pero con un contenido significativamente mayor (75% de adición). Si se requiere de una resistencia mayor, es necesario agregar una cantidad mayor de escoria (50% de la componente total fuente de aluminosilicato), en donde la resistencia se eleva a los 34 MPa, y finalmente, si es la escoria el material preponderante, con un 75%, se alcanzan resistencias del orden de los 55 MPa. Por otra parte, mientras la composición de la escoria cumpla una razón SiO2/Al2O3 de 3.0 o superior, sirve como fuente de aluminosilicato para poder sintetizar geopolímeros. Así lo demuestra el estudio presente, en donde se utilizan 2 tipos diferentes de escoria: escoria de alto horno proporcionada por Huachipato y por Cemento Melón, con las que se obtienen geopolímeros que a los 28 días de edad, alcanzan resistencias mecánicas a la flexotracción de 55 MPa.