Ingeniero Civil / En los estudios de amenaza sísmica probabilísticos se obtiene el Espectro de Amenaza Uniforme (UHS). Este espectro entrega las aceleraciones espectrales para distintos valores de periodo las cuales presentan la misma probabilidad de excedencia dado un periodo de retorno. Se ha propuesto como alternativa al uso del Espectro de Amenaza Uniforme un Espectro Medio Condicionado (CMS) el cual está ajustado a una aceleración espectral para un período en particular, determinando los valores en los otros períodos a través de factores de correlación. El CMS entrega una predicción más realista y menos conservadora de la respuesta del sistema ante un sismo, dado que el UHS no sería representativo de las aceleraciones espectrales en periodos alejados del periodo de interés. Los factores de correlación indican cómo se relacionan en distintos periodos las diferencias entre los valores de aceleración espectral dados por un modelo de atenuación y el espectro de respuesta de aceleración de cada registro Los factores de correlación han sido evaluados para registros de aceleración de una base de datos mundial, donde las propiedades de subducción propias de Chile no han sido consideradas.En este trabajo se determinan los factores de correlación necesarios para la generación de espectros medios condicionales a partir de 139 registros sísmicos de Chile, con Magnitud de Momento igual o superior a 6.5, desde el año 1995 al 2014. Los factores de correlación obtenidos se alejan de los propuestos considerando todos los registros de la base de datos, mientras que desagregando los resultados según tipo de suelo, mecanismo focal y rango del periodo máximo se obtienen valores y formas de las curvas cercanas a las propuestas por Baker and Jayaram, 2008 (Ref. 8) para eventos del tipo Intraplaca Superficial y por Carlton and Abrahamson, 2014 (Ref. 20) para sismos en zonas de subducción.

Ingeniero Civil / En la presente Memoria se presenta el registro de la experiencia en el desarrollo de los primeros prototipos de aisladores sísmicos de goma y láminas de acero fabricados en Chile, como parte de un proyecto de aislar sísmicamente un edifico de vivienda económica de cuatro pisos financiado por FONDECYT. La experiencia se desarrolló entre los años 1988 y 1990, adicionalmente se generaron algunas publicaciones y se aportó la base para las etapas siguientes del estudio. El estudio comprende el diseño teórico, obtención y pruebas de los materiales constituyentes, fabricación de los aisladores y ensayos de los prototipos. Para esto se utiliza la experiencia internacional y la tecnología disponible entonces en Chile dentro de un marco de bajo costo. Se utiliza la infraestructura de Idiem y del Laboratorio de Vialidad para efectuar los ensayos. Entre los objetivos principales esta la obtención de una goma de alto amortiguamiento, requisito obligatorio para conformar el sistema de aislación en estudio. Para esto se prueban variadas fórmulas de goma , hasta obtener los valores del amortiguamiento deseados, al mismo tiempo que se verifican otras propiedades también importantes. Para los ensayos efectuados a la goma se requiere fabricar probetas especiales, siendo algunas de ellas originales, ya que no están cubiertas por normativa de ese entonces. Se destaca entre estos últimos el ensayo de corte, que permite a determinar el amortiguamiento y la rigidez de la goma. Una vez conocidos los materiales constituyentes se efectúa el diseño del aislador utilizando la teoría sobre aislación sísmica disponible. Se adopta la forma cilíndrica como la más adecuada y se plantea como meta que la aplicación de la aislación permitiría al edificio oscilar con un período hasta de dos segundos frente a un sismo. El resultado del diseño define aisladores de 30 cm de diámetro constituidos por 30 capas de goma de 7 mm espesor y 29 placas de acero 1 mm de espesor. La fabricación de los prototipos se efectuó en una pequeña industria nacional, siendo necesaria la materialización de una matriz especialmente adaptada para este efecto. Se adopta, por ser más económico el método de compresión directa en vez de la inyección para efectuar la vulcanización. Como resultado de este proceso se fabrican dos aisladores prototipo. Los aisladores son sometidos en Idiem a ensayos y se verifica su capacidad resistente y como elemento disipador. Para esto es necesario fabricar el dispositivo de ensayo, que permite efectuar todas las pruebas incluso las pruebas dinámicas. Estas última destinadas a determinar el amortiguamiento del aislador. Se confirmó en ese entonces que es posible generar en Chile aisladores sísmicos con goma de alto amortiguamiento reforzados con placas metálicas a bajo costo y de fabricación sencilla. Se confirma que se puede contar con la infraestructura para pasar por todas las etapas que este proceso requiere.

Ingeniero Civil / Se realiza un análisis de microzonificaciones sísmicas realizadas en ciudades del mundo, con el objetivo de identificar las técnicas más sobresalientes usadas en estas ciudades para enfrentar el desafío de distinguir zonas con mayor amenaza sísmica, en especial, para identificar zonas tendientes a experimentar efectos de sitio. Se analizan algunas experiencias y los fundamentos de las mediciones geofísicas pasivas de ondas superficiales, que pueden entregar el perfil de velocidad de ondas de corte para profundidades mayores a 100 m o el periodo fundamental del depósito de suelo, debido a que son ensayos relativamente económicos, rápidos y no invasivos; y que ante determinadas condiciones son capaces de entregar las características dinámicas a bajas deformaciones del depósito de suelo completo. Se analizan los parámetros del suelo considerados como clave para distinguir distintas respuestas sísmicas en superficie y por consiguiente, distintas distribuciones de daño en superficie, para conocer sus capacidades y debilidades. Para analizar cuantitativamente el grado de relación que presentan los parámetros del suelo, provenientes de ensayos geofísicos, con la distribución del daño en superficie, se realiza una modelación numérica de la respuesta 1D de 13 sitios en Santiago a partir de la señal del terremoto del 27/02/2010 registrada en el cerro Santa Lucía. De estos sitios, se tiene información parcial, como perfil de velocidades dentro de los primeros 30 m., profundidad de roca estimada y unidad geológica, además del espectro de pseudo-aceleración en superficie en 4 de los sitios considerados, lo que permitió una calibración de los parámetros no conocidos. De este modo, se estudia la relación entre parámetros como el Vs30 y el T0 con las medidas instrumentales de destructividad de un terremoto propuestas por Arias y Araya-Saragoni. Se encuentra en el análisis numérico que un parámetro definido como Vs30*T0, se correlaciona bien con la intensidad de Arias y que el T0 se correlaciona bien con la intensidad de cruces por cero de la señal de aceleraciones en superficie y con el máximo desplazamiento en superficie. Además un parámetro definido como Vs30*H0.5-1150*T02 explica de buena manera la totalidad de los casos modelados, en términos del potencial destructivo de Araya-Saragoni. Se propone el uso conjunto de los parámetros Vs30 y T0 para microzonificar preliminarmente a partir de ensayos geofísicos según tipo de estructura (rígida o flexible). Finalmente, los argumentos expuestos se condicen con algunos de los daños observados en Santiago, a raíz del terremoto de Valparaíso en 1985 y también se condicen con lo observado en las señales medidas en 4 acelerógrafos de la ciudad de Santiago.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Esta investigación evalúa la factibilidad de usar un sistema de disipación de energía formado por columnas líquidas sintonizadas presurizadas para controlar periodos bajos de estructuras. El dispositivo denominado DPCLS contiene agua en su interior y está conformado por un conducto horizontal y dos columnas verticales, cuya disposición tiene forma de U. Al someterse a movimientos horizontales genera fuerzas de inercia en las paredes de las columnas de disipador, contrarias al movimiento ejercido por una estructura acoplada al dispositivo, reduciendo la respuesta en desplazamiento, velocidad y aceleración de la estructura primaria. Este disipador en particular está sellado en el extremo superior de las columnas. Tal configuración cambia las propiedades dinámicas del disipador, incorporando características de resorte al sistema, generadas por el aire confinado en las columnas. Las ecuaciones que caracterizan la dinámica del sistema principal más el disipador determinan el periodo y el amortiguamiento óptimo de diseño. Lo cual posibilita la fabricación del disipador según el material y geometría capaces de resistir las condiciones pre-establecidas del problema. Para la validación del tema se realizan ensayos para caracterizar las propiedades del disipador bajo una solicitación de ruido blanco. Además, una estructura metálica de dos niveles se somete a la acción de 19 registros sísmicos chilenos y estadounidenses, esta se ensaya sin el disipador y posteriormente con este. Los resultados evalúan la efectividad del uso del disipador de energía en la estructura estudiada. Los resultados principales indican que el aire contenido en las columnas puede modelarse como un resorte lineal equivalente y el amortiguamiento generado es despreciable, en el rango de valores utilizados. El disipador presurizado no genera reducciones importantes en la respuesta de la estructura, teniendo un comportamiento análogo a incorporar masa a la estructura. La baja capacidad de sintonización con la estructura primaria por parte del DPCLS se debe a la imposibilidad de provocar las amplitudes del desplazamiento necesarias para el acople de los dos sistemas, debida a la alta rigidez aportada por las cámaras de aire.

Ingeniero Civil / En muchas ocasiones y más comúnmente en estructuras industriales existen estructuras secundarias o equipos de gran tamaño que deben ser apoyados en más de un nivel a la estructura principal. Esto normalmente provoca un problema respecto cómo se debe enfrentar el análisis dinámico/sísmico para estas estructuras ya que la estructura secundaria tiene un comportamiento dinámico propio. La norma NCh 2369 no entrega una solución clara de cómo se debe enfrentar el problema antes descrito. Se creó un modelo de 8 grados de libertad horizontales, una estructura principal que representa un edificio de 5 pisos empotrado en la base y una estructura secundaria con 3 GDL conectada a la estructura principal en dos niveles distintos. El modelo fue sometido a tres análisis distintos desarrollados mediante programas realizados en Matlab, los dos primeros análisis por superposición modal espectral con el espectro de la norma y con un espectro promedio obtenido de 8 registros de aceleraciones y el tercero un análisis de historia de la respuesta en el tiempo para los mismos 8 registros de aceleraciones del terremoto del año 2010. Los principales resultados analizados fueron las fuerzas en las conexiones de la estructura secundaria divididas por el corte basal para distintas razones de periodos entre la estructura secundaria y la principal, las cuales fueron comparadas entre los distintos métodos de análisis y además con las fuerzas calculadas con las expresiones entregadas por la norma. Se analizó el impacto que tiene la estructura secundaria en los parámetros dinámicos de la estructura principal. Los resultados obtenidos indican que no hay grandes diferencias entre los métodos de análisis para estructuras con periodo fundamental mayores a 0.25 segundos, por lo que se recomienda usar superposición modal espectral con el espectro de la norma. Al comparar con las fuerzas calculadas con la norma se identifica que estas fuerzas no están pensadas para estructuras secundarias con más de un grado de libertad y no se recomendaría su uso cuando se tienen apoyos en 2 o más niveles distintos. Se proponen cambios para la norma en las expresiones para calcular la fuerza sísmica. Se identificó que la estructura secundaria puede hacer variar los parámetros dinámicos de la estructura principal en forma considerable.

La gran actividad sísmica que se presenta en el territorio nacional, junto con el crecimiento de la construcción, y el cada vez mayor costo del terreno en ciudades importantes, han tenido como resultado un incremento en la edificación en altura. Esta clase de estructuras, que poseen como denominador común un bajo amortiguamiento y gran flexibilidad, presentan problemas asociados con vibraciones molestas las cuales pueden ocasionar no solo problemas a sus ocupantes sino que también a su contenido y elementos no estructurales. Como respuesta a esta clase de problemas, diversos dispositivos de protección sísmica se han propuesto como solución. En particular, los disipadores de masa sintonizada y los disipadores de columna líquida sintonizada, han cobrado en años recientes gran interés por parte de los investigadores demostrando ser a su vez ser una herramienta eficaz para el control de vibraciones. En la presente investigación se estudia el comportamiento de una estructura con esta clase de dispositivos. En una primera etapa, mediante análisis teóricos al sistema estructura disipador, se caracteriza la a respuesta del sistema para acciones sísmicas idealizadas. Primeramente se supone que la acción sísmica es de tipo deterministica monofrecuencial. Posteriormente la misma se asume como aleatoria tipo ruido blanco, y finalmente como ruido blanco filtrado. Para cada una de estas acciones sísmicas idealizadas se proponen expresiones para determinar los parámetros óptimos de diseño, con objeto de minimizar el desplazamiento de la estructura a controlar. Las expresiones de los parámetros óptimos de diseño se presentan en función de la razón de masas entre el dispositivo y la estructura controlada, la razón de amortiguamiento crítico de la estructura controlada, y en el caso del disipador de columna líquida del factor de forma del dispositivo. Para verificar la efectividad de los parámetros óptimos de diseño y procedimientos de diseño propuestos en la investigación, se construye un disipador de masa sintonizada y un disipador de columna líquida sintonizada para controlar la respuesta de una estructura de seis grados de libertad sujeta a la acción de diez registros sísmicos aplicados en su base mediante la mesa de vibrar del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. Los resultados de los análisis muestran una reducción promedio de los máximos desplazamientos del modelo de un 30%, registrándose además notorias disminuciones de variables tales como la intensidad de Arias y el RMS de las aceleraciones medidas en cada uno de los niveles del modelo. Asimismo los resultados indican un mejor comportamiento de los dispositivos para los registros Chilenos los que poseen una duración de movimiento fuerte mayor. Finalmente se puede concluir que los disipadores sintonizados son dispositivos de reducción de vibraciones eficaces. Especialmente indicados en aquellos casos en que se desea controlar la respuesta de una estructura sujeta a la acción de vibraciones ambientales, que puedan ocasionar molestias a los usuarios, su instalación es en general sencilla y no involucra grandes modificaciones a la estructura.

Ingeniero Civil / En este trabajo de memoria de título se analiza y estudia el efecto que tiene compatibilizar registros de terremotos reales con un espectro de diseño o Target, para diferentes tipos de suelos. Entre los objetivos que se destacan del trabajo son la implementación en el software Matlab de un programa de compatibilización espectral, realizar una base de datos de registros compatibilizados y la generación de curvas de fragilidad a partir de dicha base datos. En primer lugar, se revisó antecedentes generales acerca de un método de compatibilización espectral, el cual modifica el registro que se quiere compatibilizar en el tiempo agregando funciones wavelet, para posteriormente implementar dicho método en el software Matlab. Luego se hicieron diferentes estudios con el programa ya implementado, utilizando registros de terremotos chilenos compatibilizados a un Target, los cuales fueron comparados mediante la obtención de sus parámetros sísmicos tales como la aceleración máxima del suelo (PGA), Potencial Destructivo, etc. Después de efectuar diversos estudios con el programa implementado en Matlab, se hizo una base de datos de registros de terremotos chilenos compatibilizados a diferentes espectros utilizados como Target (considerando diferentes niveles de PGA), a partir de la cual finalmente se generaron curvas de fragilidad mediante la obtención de la respuesta de desplazamiento no lineal de un modelo estructural simplificado (para distintos rangos de PGA), el cual representa las características de los principales edificios chilenos de hormigón armado que se vieron dañados sustancialmente por el terremoto del Maule el 27 Febrero de 2010 en la Región Metropolitana, de manera de determinar distintos estados de daño de la estructura. Los registros compatibilizados de la base de datos, y registros de terremotos relevantes de Chile, fueron analizados y comparados a partir de sus gráficos en escala logarítmica de Potencial Destructivo en función del PGA, de forma de visualizar la dispersión y tendencia de los datos. Mediante las comparaciones realizadas, se observó que la tendencia y propiedades de los registros compatibilizados dependen principalmente del espectro utilizado como Target y del registro inicial que se utiliza para realizar la compatibilización. Finalmente, a partir de las curvas de fragilidad, se analizó el estado de daño del modelo estructural, obteniéndose un incremento de probabilidad de daño a medida que el tipo de suelo utilizado para generar el Target exigía mayor demanda sísmica a la estructura.

Ingeniero Civil / La alta sismicidad en el país ha permitido el desarrollo de nuevas tecnologías de protección sísmicas con el fin de disminuir los riegos en la vida de las personas y los daños estructurales y no estructurales en los edificios. Dentro de estos elementos se ha popularizado paulatinamente el uso de Amortiguadores de Masa Sintonizada, debido a su bajo nivel de intervención estructural y arquitectónico, versus otras alternativas como los aisladores basales. Desafortunadamente el reciente uso de este dispositivo no ha logrado tener un consenso respecto a su eficacia, principalmente debido la falta de uniformidad en la metodología para evaluarla. El presente trabajo se enfoca en edificios sometidos a registros sísmicos en Chile, para esto se usó una base de dato de 132 registros de aceleración y la evaluación de su eficacia se hizo en función de la reducción porcentual entre la estructura sin y con AMS. La determinación de los parámetros óptimos de diseño del dispositivo fue determinada previamente por autores suponiendo diferentes modelos matemáticos para caracterizar la aceleración basal. Estos parámetros se variaron en una vecindad para efectuar un análisis de sensibilidad y determinar cuáles corresponderían a los casos más favorables de reducción para posteriormente, al considerar variaciones en los parámetros, identificar el nuevo comportamiento de la estructura (lineal y no lineal). La gran cantidad de variables en el problema llevo a la elaboración de una Interfaz Grafica (IG), desarrollada por medio del software Matlab con la herramienta GUIDE, que permitiría obtener resultados de forma más rápida. Se complementó el trabajo de diseño con el software de elementos finitos SAP2000. El trabajo complementario permitió corroborar el correcto funcionamiento de la IG y determinar los casos desfavorables que generan amplificación en la estructura. Los resultados en este trabajo permiten determinar la relación entre las variables que contribuyen a un mejor comportamiento del sistema. Finalmente, para valores de razón de masa menores a 4% y amortiguamientos entre 2% y 5% la reducción porcentual promedio, considerando una desviación estándar menos, es prácticamente nula, por lo que el dispositivo no se considera eficaz para la práctica chilena. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT.

En Chile, durante los últimos años han surgido edificios cuya tipología estructural está basada en una combinación de aportes tanto de muros como de marcos. Motivado por lo anterior, se ha procedido a estudiar el efecto que tienen los marcos perimetrales en un edificio de tales características. La estructura a analizar es un edificio de 22 pisos, el cual está estructurado en base a marcos perimetrales y a un núcleo de muros interiores. Este, forma parte del proyecto “Torres del Parque Titanium”. Para caracterizar tal efecto, se modificó la configuración de los marcos, dando origen a tres casos de estudio. En los primeros dos se modelaron las uniones viga-columna de los marcos como rígidas y rotuladas, llamando a tales casos Edificio 1 y Edificio 2, respectivamente. En el tercer caso, se asignó rigidez nula a los marcos, denominándolo Edificio 3. A partir del análisis modal espectral de la norma NCh433.Of96 y del perfil Bío-Sísmico, fue posible concluir que los marcos perimetrales minimizan las deformaciones, particularmente las referidas a las de los pisos superiores y a las de los giros de las plantas. También tienen una gran participación en los esfuerzos sísmicos presentes en los pisos superiores, siendo mayor ese efecto en el Edificio 1. A través de un análisis del tipo “Pushover”, se generaron curvas de capacidad en los dos primeros casos de estudio, y adicionalmente se obtuvieron éstas suponiendo que sólo el núcleo de muros interiores forma parte del sistema sismorresistente. Lo anterior reveló que ambos tipos de curvas presentan escasas diferencias, tanto en valores como en forma. De igual forma, los patrones de rotulación de tales curvas son prácticamente iguales. Con lo anterior, se estudió el desempeño de los edificios 1 y 2, usando los espectros de las normas NCh433.Of96 y NCh2745.Of2003 como demandas sísmicas. Con ello, se encontró que los desempeños de ambos edificios son prácticamente iguales, con niveles de ductilidad máximos iguales a 3 y desplazamientos objetivos máximos iguales a un 3.5 por mil de la altura total de los edificios, lo cual está asociado a la norma NCh2745.Of2003. De manera similar, se estudiaron los desempeños de los mismos edificios, pero usando las curvas de capacidad asociadas a los núcleo de muros interiores. De esto, se encontró que los niveles de desempeño son prácticamente iguales a los asociados a las curvas de capacidad de los edificios como un todo.

Ingeniero Civil / Es de particular interés para la ingeniería civil entender el comportamiento destructivo de los terremotos chilenos. Por lo tanto, el objetivo principal del presente estudio es analizar la demanda sísmica de diferentes tipos de sismos producidos en Chile, en base a la atenuación de alta frecuencia y la caracterización espectral. El análisis contempla espectros de Fourier y espectros de respuesta de aceleración. En los primeros se analizan parámetros característicos como frecuencias esquinas y pendientes de decaimiento para eventos de la categoría I, definidos como eventos con razón espectral H/V plana. En el segundo se da énfasis a los periodos de mayor amplitud que corresponden a la fuente sísmica y el suelo para eventos de la categoría II, definidos como eventos con razón espectral H/V de 1 peak. El estudio de los espectros de Fourier confirma la existencia de 3 estructuras tectónicas que alteran el contenido de frecuencia registrado en los acelerogramas, ordenado los eventos según su atenuación de alta frecuencia de la siguiente forma, eventos interplaca superiores, interplaca inferiores e intraplaca de profundidad intermedia. En el caso de los espectros de respuesta de aceleración, exhiben similar comportamiento, pudiendo observar la presencia del suelo o la fuente de forma independiente para eventos de pequeña y mediana magnitud, en contraposición, para grandes eventos generalmente se observa la presencia de 2 peaks en forma simultánea. Este hecho da pie a la formulación de un espectro de diseño elástico que contemple 2 peaks y que por tanto incluya la fuerte aceleración asociada a los periodos de la fuente sísmica, tratando de aportar en algún grado el desarrollo del actual código de diseño.