Memoria para optar el título de Ingeniero Civil / El escenario actual del mercado, en cuanto a competitividad en cualquier área de trabajo, hace que las empresas estén constantemente evaluándose y proponiendo mejoras a las metodologías de trabajo utilizadas en pos de optimizar continuamente sus procesos, manteniendo estándares de servicio conforme a lo declarado. Es considerando esta situación, y con el objetivo de aumentar la productividad, junto con asegurar el cumplimiento de su Política de Calidad, que en la División Hormigones Control del IDIEM se aborda el presente estudio tendiente al mejoramiento de las actividades involucradas en la toma de muestras de hormigón fresco, actividad primordial del servicio de control de resistencia del hormigón utilizado en obra. El trabajo comprende la identificación de procesos, volúmenes de trabajo, recursos humanos, equipos y materiales demandados en las distintas fases del muestreo, para posteriormente implementar y evaluar mejoras que redunden en mayor productividad y en aumentar la calidad de prestación del servicio. Por una parte se apunta a aumentar la circulación de los moldes utilizados en la confección de las muestras, permitiendo una operación más eficiente. Para lograrlo, se implementa entre otras medidas la utilización de equipos destornilladores mecánicos que faciliten la operación y disminuyan los tiempos de armado y desmolde de probetas. Mediante la técnica del muestreo de trabajo se observan aumentos de rendimiento de un 11% aproximadamente, lo que representa incrementos en la capacidad de respuesta a la demanda y aumentos significativos en los ingresos percibidos por la División. Por otro lado, considerando que la imagen de la División queda en gran parte definida por el manejo y la entrega del informe con resultados de los ensayos, se estima pertinente intervenir en lo relativo a la reducción del tiempo de liberación del documento. Para ello se implementa un programa de capacitaciones y revisiones continúas de las actividades realizadas por el personal administrativo, que buscan resolver las falencias típicas detectadas en la confección del documento. En este punto, si bien las mejoras introducidas al proceso significan una disminución aproximada de un 70% en la generación de informes con falencias, queda en evidencia que será necesario implementar modificaciones a nivel de validación y firma para disminuir sus tiempos de liberación y entrega al cliente.

Ingeniero Civil / Los muros cortos de hormigón armado son usados comúnmente en estructuras las cuales necesitan tener resistencia a demandas sísmicas, es por esta razón que es necesario poder tener una herramienta que permita construir la respuesta carga-desplazamiento, y más importante aún que permita determinar la capacidad máxima que resiste el elemento estructural. En este trabajo se implementan modelos para predecir la capacidad al corte de muros cortos de hormigón armado mediante la formulación tipo panel. Esta formulación considera al muro de hormigón armado como un solo elemento, el cual representa el estado de deformaciones y tensiones promedio del muro corto. Se asume que la dirección principal de tensiones del elemento, es igual a la dirección principal de deformaciones con el fin de simplificar el análisis. Para representar el comportamiento de los materiales se utilizan leyes constitutivas recomendadas en la literatura, en el caso del hormigón se considera la degradación de la capacidad de compresión debido a las fisuras provocadas por la tracción en el hormigón. Para poder obtener la zona de degradación de la curva carga-desplazamiento, se modificaron las leyes constitutivas del acero de refuerzo distribuido vertical, agregando la descarga cíclica de éste con el fin de poder predecir la deformación en la cual comienza la degradación del muro Los modelos implementados se pueden diferenciar en dos categorías; (i) modelos con ángulo variable y (ii) modelos con ángulo fijo. En el primer caso, se considera que la dirección principal de tensiones y deformaciones (dirección de la falla), es variable para cada estado de desplazamiento, lo que genera inconsistencia en la predicción de la deformación del puntal de compresiones para niveles altos de deriva. Para los modelos con ángulo fijo se propone una dirección de falla fija la cual depende de la relación de aspecto y el nivel de carga axial. Esta dirección es obtenida, suponiendo el estado de deformación del elemento tipo panel mediante las calibraciones de expansión lateral (Massone, 2010) y expansión vertical del muro (utilizada en el trabajo de Villar, 2010). En términos de capacidad, los resultados de las comparaciones con la base de datos experimental de 252 ensayos revelan que los modelos con ángulo fijo tienen mejores predicciones que los modelos de ángulo variable. La razón promedio entre la capacidad predicha versus la capacidad experimental son valores cercanos a uno, y a su vez tienen un menor nivel de dispersión. Los valores promedios son iguales a: 0.77 para mod. ε_t y ε_L , 0.78 para mod. ε_t y σ_L=N/A 0.97 para mod. " α_((f_c=f_ct)) y 〖 σ〗_L=N/A", 0.87 para mod. " α_((f_c=〖0.5f〗_ct)) y 〖 σ〗_L=N/A", 0.85 mod. " α_((f_c=f_ut)) y 〖 σ〗_L=N/A". Las dispersiones fueron iguales a: 0.31, 0.28, 0.27, 0.24 y 0.24 respectivamente Se compara las repuestas globales predichas por los modelos de ángulo fijo con los datos experimentales, Terzioğlu (2011). Los modelos con ángulo fijo sobreestiman la deformación experimental, teniendo un nivel de dispersión no despreciable. Para muros con poca cuantía de refuerzo distribuido los modelos no logran capturar la respuesta carga-desplazamiento, sobreestimando de sobremanera la ductilidad del muro.

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.

El objetivo del presente trabajo es estudiar e investigar el comportamiento mecánico de las unidades de albañilerías de Hormigón Celular Autoclavado (HCA), buscando explicar los problemas de fisuración que frecuentemente ocurren en muros y tabiques construidos con este material. Para esto se realizó un análisis del comportamiento de las viviendas de albañilería de HCA, construidas en los últimos 15 años en el país, centrándose especialmente en los problemas constructivos y las patologías recurrentes que han dado origen a reclamos por parte de los propietarios afectados. Además se realizó una recopilación de información relevante para el conocimiento y uso de este material, las normas (nacionales e internacionales) vigentes que rigen la construcción de este tipo de albañilería. En este estudio se desarrollaron algunas series de ensayos tendientes a caracterizar el comportamiento de las unidades de HCA frente a situaciones a las que pueden estar expuestas las viviendas construidas con este material, evaluándose además una solución para refuerzo en zonas de concentración de tensiones y para reparación de fisuras generadas eventualmente en dichas zonas. Para la caracterización de estos materiales se recurrió tanto a la Norma NCh 2432 Of.99 referida a las especificaciones de los bloques de HCA, como a la normativa nacional de elementos similares (bloques de concreto, ladrillos cerámicos, etc.) y a la normativa internacional que cubren los requerimientos ensayos para el HCA. A parte de entregar un análisis del comportamiento mecánico de las unidades de HCA se desarrolló un procedimiento de ensayo para medir las variaciones dimensionales de las unidades de HCA en ciclos de humedad - secado consecutivos. A partir de los resultados obtenidos se comprueba que el HCA presenta una variación dimensional importante, directamente ligada al nivel de humedad absorbida y a su vez se puede inferir que esta variación aumenta en el tiempo a medida que las albañilerías estén sujetas a más ciclos de exposición. A partir de éstos resultados se proponen recomendaciones para el control de la fisuración en albañilerías de HCA, y se plantean algunas posibles líneas de investigación complementarias para un mejor conocimiento de este sistema constructivo.

Ingeniero Civil / La normativa chilena actual no considera en sus criterios de diseño las aberturas centrales a nivel basal en muros esbeltos de hormigón armado, siendo que este tipo de muros se realiza con frecuencia, ya sea por solicitudes de arquitectura o simplemente por condiciones de diseño. Es por ello que se torna de suma importancia su investigación y el análisis de su comportamiento. El presente trabajo de título estudia el impacto que generan las aberturas centrales a nivel basal en la estructura mediante un programa que realiza un análisis de elementos finitos no lineal. Se analizan una serie de muros esbeltos con diferentes dimensiones de la abertura sometidos a un análisis tipo pushover monotónico creciente para obtener la respuesta carga-deformación llegando a una deriva de techo del 2%. En total fueron analizados 99 muros, 10 muros con aberturas de diferentes tamaños (desde un piso de altura con ancho de 10% del ancho del muro hasta 3 pisos de altura con un ancho de 60% del ancho del muro), y un muro sin abertura. Estos 11 muros se realizaron para 3 relaciones de aspecto (RA=2.5, 5 y 7.5) y para 3 modelos diferentes. Con los datos obtenidos se estudia el comportamiento de cada uno de los muros, para lograr cuantificar el impacto que genera la abertura. En un comienzo se determina de qué manera afectan la cuantía y longitud de la armadura longitudinal de borde de la abertura en la formación y ubicación de la rótula plástica a lo alto del muro, luego se determina el impacto que genera la abertura en las deformaciones máximas por compresión y tracción. Para ello se busca un factor de amplificación que incluya el efecto del corte y el efecto de la abertura en las deformaciones obtenidas con modelos de flexión, a partir de muros continuos desde la base que se realizan en la etapa de diseño. Con estos resultados es posible determinar cuándo se debe utilizar la expresión o cuando simplemente es necesario considerar la abertura con un análisis de flexión (Modelo de fibras). Se entregan recomendaciones con el fin de facilitar la elección al momento de diseñar muros con abertura. Las expresiones obtenidas para estimar las deformaciones por compresión y tracción fueron calibradas para muros con aberturas de un piso y ancho de abertura de hasta un 60% del ancho del muro, los errores asociados a estas expresiones fueron 25% y 40% respectivamente, dichos errores corresponden a la variación porcentual promedio entre la curva calibrada y la curva obtenida con el programa. Si bien la expresión para las deformaciones por compresión es una buena estimación, se recomienda realizar un análisis de flexión tradicional considerando la abertura, ya que al comparar los resultados de todos los muros con abertura analizados con un modelo de flexión versus un modelo de flexión más corte, se tiene que el error asociado es de un 20%. Dado que el presente trabajo consiste sólo en el estudio de resultados analíticos, se pretende dar pie a una futura investigación experimental relacionada al tema.

En el presente trabajo se valida un modelo de interacción flexión-corte, el cual es una modificación del modelo tradicional de fibras uniaxiales, agregándole un resorte de corte a cada fibra del elemento, de manera que considera elementos de hormigón tipo panel, con comportamiento biaxial, para obtener la interacción flexión--corte deseada. El modelo se aplica a muros cortos de hormigón armado, con relación de aspecto alto/ancho menor igual a uno, en voladizo, sujetos a cargas laterales en su plano, y con carga axial nula. El objetivo principal de este trabajo consistió en validar la respuesta global, carga versus desplazamiento lateral superior, entregada por el modelo. Con este fin, se analizaron datos de la Universidad de Bogazici, Turquía, de siete ensayos realizados en muros cortos en voladizo y luego se procedió a la modelación de los mismos. Para ello, primero se caracterizaron los materiales usados en cada muro, y una vez definidas las leyes constitutivas fueron incorporadas a los modelos. En general, los resultados obtenidos son coherentes con lo observado en los ensayos, mostrando cambios en la respuesta dependiendo de las propiedades de los materiales y las cuantías de armadura de los muros. En comparación a los resultados de los ensayos, la capacidad máxima obtenida con el modelo de interacción flexión-corte muestra un error promedio de 8.9%, e igual a 20% en el caso más desfavorable, y una desviación estándar de un 7.5% con respecto al total de casos.

Los muros de hormigón armado (H.A.) son habitualmente usados como elementos estructurales resistentes para abordar demandas de rigidez y resistencia. Aquellos con baja relación de aspecto (menor a 2), denominados muros cortos, se caracterizan por un comportamiento controlado por corte, y por tanto presentan modos de falla frágiles y respuestas poco dúctiles. Para mejorar la representación y análisis de los muros de H.A., Massone et al. (2006) han propuesto una alternativa de análisis que consiste en un modelo de interacción corte-flexión que agrega ambas componentes de deformación en el comportamiento de paneles de H.A. incorporados en la formulación tradicional de elementos de fibra uniaxial apilados. El modelo de interacción propuesto ha sido previamente estudiado, mostrando una respuesta razonablemente buena en la predicción del comportamiento experimental de muros doblemente empotrados. Para extender su aplicabilidad a muros en voladizo, se toman en consideración los resultados de un programa experimental (once muros en voladizo) conducido por Terzioğlu (2011) en la Universidad de Bogaziçi, Turquía, y el cual forma parte del proyecto FONDECYT No.11080010. Este trabajo valida experimentalmente la capacidad de predicción del modelo en términos de la respuesta global (curva carga-deformación), las componentes de deformación interna y el uso de una expresión de expansión lateral de muros, calibrada por un modelo bidimensional de elementos finitos, que mejora la predicción del modelo de interacción. Por otro lado, se estudia el efecto de la carga axial en la respuesta de los muros según la predicción de los modelos de fibra en flexión y de interacción corte-flexión. Para el análisis del efecto de la carga axial se toman en consideración además, los resultados de un programa experimental realizado por Massone (2006) en UCLA. En general, la respuesta global del modelo de interacción muestra una buena correlación con los resultados experimentales tanto en rigidez como en la capacidad resistente y su degradación. Los resultados muestran una razón promedio entre la predicción y el registro experimental en capacidad (Vmod/Vexp) de 0.93 y en deformación al 10% de degradación de la capacidad (dmod/dexp) de 1.20, con coeficientes de variación de 0.07 y 0.38, respectivamente. Estos indicadores revelan que entrega una mejor predicción del comportamiento que la obtenida por el modelo de fibra en flexión pura o la aplicación del mismo modelo de interacción, pero sin la expresión calibrada de expansión lateral. El modelo predice, comúnmente, una adecuada distribución de las componentes de deformación interna del muro, con una participación alrededor del 75% de la componente de corte en el desplazamiento lateral de techo. Por otro lado, la expresión calibrada de expansión lateral es capaz de reproducir relativamente bien la forma del perfil de expansión y la magnitud de las deformaciones. Otra de las observaciones es que la predicción del modelo de interacción captura el aumento de capacidad y rigidez por efecto de la carga axial, como también lo hace el modelo de flexión. Evitando la sofisticación del modelo de interacción, se propone un análisis simplificado en flexión para la estimación de la sobrecapacidad. La comparación de esta metodología con la aplicación de las expresiones de diseño del código ACI318-08 revela que es capaz de reducir los errores en la estimación de la capacidad de carga lateral.

El objetivo general del presente trabajo de título fue el desarrollo del diseño de un sistema de ensayos experimentales, cuyo objeto de ensayo son columnas de edificios de no más de seis pisos escala 1:1. Los ensayos mediante este sistema permitirán: obtener información acerca del comportamiento estructural del espécimen ante solicitaciones de flexo-compresión, que son comunes de encontrar en columnas de edificios de diversa índole; establecer curvas útiles para el diseño de estructuras que presenten elementos con este tipo de solicitaciones; explorar nuevos materiales, o bien combinaciones de estos con hormigón, acero, híbridos, etc., puesto que no existe restricción respecto a la naturaleza de los especímenes objetivo. Actualmente, la Universidad de Chile no tiene sistemas que permitan ensayar probetas en este tipo de esfuerzos combinados. Se propone construir sistema en la sala de máquinas del Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales (institución dependiente de la Universidad de Chile). El trabajo de título incluye el diseño estructural y el diseño del sistema de control. El diseño estructural contempla el uso de una prensa existente en IDIEM, en la que se montará un sistema diseñado en acero, que permitirá ejercer el esfuerzo de flexión en la probeta, sin afectar los esfuerzos de compresión proporcionados por la prensa. La capacidad de carga que permite inducir el sistema es de 250 tonf y 150 tonf·m de esfuerzo axial y momento, respectivamente. El desarrollo del sistema de control se hizo contemplando la necesidad de simpleza de operación, correcto desempeño, y monitoreo de posibles estados críticos para el sistema. El sistema de control fue desarrollado utilizando un lenguaje de programación orientada al objeto, especializado en manejo de sistemas de adquisición de datos y control. Dicho sistema monitorea rotaciones, desplazamientos, y fuerzas; e interviene a través de dos actuadores hidráulicos, utilizando un controlador P (Proporcional). Opera a través de una tarjeta de adquisición de datos ubicada en un computador, que procesa y almacena la información obtenida a través de los sensores durante todo el ensayo. Se concluyó que, con respecto al diseño estructural, se obtuvieron dimensiones esperadas de los elementos constituyentes, en comparación con otros sistemas existentes similares. Con respecto al sistema de control, se pudo alcanzar el nivel de desarrollo necesario para proporcionar un sistema simple, adecuado para satisfacer las necesidades mínimas requeridas para una correcta ejecución, y expandible.

Instalación y puesta en marcha de un sistema de ensayo de barras con control por fuerza y deformación” El objetivo del presente trabajo es la instalación y puesta en marcha de un dispositivo de ensayo de barras bajo cargas cíclicas y deformación controlada en el Laboratorio Experimental de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. El dispositivo consiste en un mecanismo que transforma el movimiento horizontal de la mesa de un grado de libertad instalada en el Laboratorio Experimental, en un movimiento vertical aplicado a una probeta metálica esbelta. Esta mesa se encuentra calibrada para aplicar movimientos sísmicos limitados a aceleraciones de 1 g, velocidades de 40 cm/seg, desplazamientos de ± 20cm y frecuencias de hasta 12 Hz. El trabajo comprende la revisión y verificación del diseño del dispositivo, la fabricación y montaje de éste, el desarrollo del sistema de control, para finalmente realizar la calibración y ensayo de probetas de Nitinol envejecidas a diferentes tiempos. La capacidad del dispositivo permite ensayar barras metálicas de hasta 6 mm de diámetro, 35 cm de de largoNote1. , 140 mm de desplazamiento a una frecuencia máxima de 12 Hz. Los resultados obtenidos se comparan con los existentes en la literatura utilizando registros sinusoidales de 100 ciclos, 8% de deformación nominal a 0.1 Hz. Se logran similitudes en las curvas de histéresis, módulo de elasticidad, deformación remanente, tensión de transformación, y amortiguamiento equivalente. Además, se logran semejanzas en las variaciones de estas propiedades en función de la cantidad de ciclos, envejecimiento y entrenamiento previo. Por otro lado, se analiza el comportamiento del material al ser sometido al registro sísmico del Terremoto de Llolleo de 1985, observando ciclos de histéresis de igual forma que en los ensayos sinusoidales.

Ingeniero Civil / Estudios realizados por Stewart et al, 2007, y posteriormente por Lemnitzer et al, 2013, han mostrado que para una pila con restricción al giro en el cabezal (Fixed Head) los desplazamientos por esfuerzo de corte pueden llegar a contribuir en un 40% de los desplazamientos totales, a nivel de terreno, y sugieren que el efecto de corte influye en la determinación de curvas p y. De esta forma, se ha utilizado un modelo de interacción corte flexión para estimar el efecto del corte en la determinación de las curvas p y, modelo inicialmente propuesto por Massone et al, 2006, para el análisis de muros de H.A, extendiéndolo en este trabajo para el análisis de columnas. Dada la geometría de la pila, distintas versiones del modelo de interacción se han validado utilizando la respuesta global carga desplazamiento de ensayos de columnas circulares recopiladas de la base de datos de PEER, 2011, y de Kawashima Lab, 2011, estudiando la respuesta en términos de rigidez, capacidad máxima y desplazamiento al 10% de degradación de capacidad. Estos especímenes fueron seleccionados de forma de observar degradación por corte en la respuesta. Se ha encontrado buena correlación tanto en rigidez como en capacidad, teniendo valores de razón promedio entre el modelo y el ensayo de (V_mod⁄V_exp ) 0.91 para la capacidad máxima y de (K_mod⁄K_exp ) 1.3 para la rigidez, con coeficientes de variación de 0.09 y 0.18, respectivamente, usando el modelo de interacción con un perfil calibrado de deformaciones laterales o expansión (ε_x). Al estudiar la degradación, se ha observado buena correlación al utilizar una discretización en la dirección longitudinal con una razón diámetro largo del elemento (D⁄h_st ) igual a 2.0, obteniendo así un valor promedio de (δ_mod⁄δ_exp ) 0.86 con un coeficiente de variación de 0.38. El modelo de flexión, por su parte, entrega valores de (V_mod⁄V_exp ) igual a 1.1 y (K_mod⁄K_exp ) igual a 1.9. No se consideró el análisis de (δ_mod⁄δ_exp ) por no observar degradación en 6 de 10 casos a grandes deformaciones (δ_mod⁄δ_exp ≫2). Las curvas p y fueron determinadas para un ensayo de una pila Fixed Head, realizado por Stewart et al, 2007, utilizando un procedimiento de ajuste de la respuesta global de un modelo de flexión y a su vez de un modelo de interacción. Se utilizó la forma base de las curvas p y propuestas por API (1993) para una arcilla dura, como una respuesta trilineal. Los resultados muestran que para la curva p y ubicada en la superficie de terreno, la razón entre modelo de flexión e interacción es de (p_(u_Flex)⁄p_(u_inter) ) igual a 0.67 para la resistencia última y de (K_Flex⁄K_inter ) igual a 0.77 para la rigidez inicial. Los desplazamientos por corte contribuyen en un 35% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 3.0 in a nivel de terreno. Adicionalmente, se realizaron análisis de sensibilidad, en donde se determinó que el efecto de corte está concentrado entre la superficie de terreno y una profundidad de 2 diámetros (48 in) y además, se mostró que aumentando al doble la armadura transversal en esta zona se logra aumentar la capacidad en un 7%, para un desplazamiento de 3.0 in, y aumentar la ductilidad de la pila en un 50%. En este caso las deformaciones por esfuerzo de corte contribuyen en un 13% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 6.0 in, que es el punto en donde se observa degradación.