Doctor en Ciencias, Mención Geología / Se invierte la distribución de deslizamiento de cinco terremotos, 3 ocurridos en Chile (Tocopilla 2007, Mw 7.8; Michilla 2007, Mw 6.7; Maule 2010; Mw 8.8) y dos de Japón (Iwate 2008, Mw 6.8 y Tohoku 2011, Mw 9.0). Se realizan inversiones cinemáticas para ellos con la excepción de Michilla 2007 e inversiones dinámicas para Michilla 2007 e Iwate 2008. Las inversiones son hechas proponiendo a priori una distribución geométrica del área de ruptura formada por una o dos elipses y distribución gaussiana de deslizamiento. La búsqueda de la mejor solución se realiza utilizando el algoritmo de vecindad. Acelerogramas y GPS continuos (cGPS) fueron invertidos. Para Tocopilla 2007 se obtiene una distribución de slip caracterizado por 2 elipses. Para el terremoto del Maule dos elipses fueron propuestas encontrándose que el máximo deslizamiento se ubica en la zona norte de una ruptura de casi 500 km; para este terremoto además se identificaron las asperezas que controlaron el movimiento en el rango de frecuencias intermedias (0.02 Hz a 0.1 Hz) en la zona norte de la ruptura. El terremoto de Tohoku 2011 pudo ser caracterizado por la ruptura de una elipses y luego se realizó una búsqueda de la mejor solución utilizando un método de Monte Carlo fijando algunos parámetros y liberando solo 3 de ellos: velocidad de ruptura, deslizamiento máximo y el tamaño de la elipse (manteniendo fija la razón de aspecto entre sus ejes), encontrando que entre estos tres parámetros existen fuertes acoplamientos, confirmando que la solución no es única. También para este terremoto se realiza desarrolla una preliminar inversión utilizando una discretización clásica de rectángulos, encontrándose resultados similares a la inversión por elipse. Finalmente realizamos la inversión de dos terremotos intraplaca de profundidad intermedia de magnitud cercana a Mw 6.8. Para estos terremotos nosotros realizamos las primeras inversiones dinámicas liberando todos los parámetros. Aquí se confirma, realizando inversiones del tipo Monte Carlo, que las inversiones no son únicas y que la ruptura de los terremotos queda controlada por los parámetros de la ley de fricción, pudiendo tomar diferentes valores pero agrupándose en valores específicos de momento sísmico y kappa (kappa es un parámetro que relaciona la energía liberada con la energía disponible para que el terremoto se propague).

Ingeniero Civil / El estudio de conexiones es fundamental para el diseño de estructuras de acero, ya que son las encargadas de traspasar correctamente los esfuerzos entre elementos y lograr que la estructura trabaje en conjunto. Esto no ocurrió en el terremoto de Northridge de 1994, donde se evidenció falencias en el diseño y el comportamiento de uniones soldadas, dejando como tarea pendiente el desarrollo de nuevas conexiones. La conexión DST se propone como una opción pre calificada para mejorar la ductilidad de los marcos de momento, siempre y cuando se utilicen perfiles T-stubs laminados, cuya disponibilidad es limitada en países como Chile. Dado esto surge la necesidad de comprobar su comportamiento utilizando perfiles T-stubs soldados, los cuales pueden ser una opción ventajosa desde el punto de vista del uso del material y la libertad de dimensionamiento. En este caso la conexión se denomina DBT (Double Built-Up Tee). El presente trabajo de título corresponde a un estudio numérico de conexiones DBT a escala real, con el objetivo de desarrollar un modelo computacional de conexión DBT, mediante el software ANSYS Mechanical v17.2, capaz de reproducir el comportamiento y los diferentes modos de falla de la conexión sometida a cargas cíclicas. Esto con el fin de avanzar en la validación de conexiones DBT para su uso en marcos de momento de tipo SMF. En primera instancia se ofrece una revisión bibliográfica de las principales investigaciones y normativas relacionadas al estudio. A partir de esto se establece el marco teórico, el cual permite entender el comportamiento esperado de la conexión en estudio. Luego se detallan las características de los modelos construidos, tales como geometría considerada, mallado de elementos finitos, condiciones de borde, sistemas de carga, definición de materiales y leyes constitutivas. A partir de esto se muestran los resultados obtenidos y su comparación y validación con los resultados experimentales obtenidos en Salas (2016). Se determinó que los modelos desarrollados son capaces de estimar los modos de falla, resistencia y deformación de ensayos experimentales hasta una rotación entre piso de 0,02 [rad]. Luego de esto se manifiesta una degradación de resistencia de hasta 30% debido al pandeo en el ala de la viga, producto de limitaciones en el modelamiento del material, brindando una estimación conservadora. El modelo no es capaz de captar el efecto de "pinching", pero puede ser estimado mediante cálculos anexos. La conexión es bien representada en términos de rigidez. El efecto de apalancamiento aumenta hasta un 46% las tensiones en los pernos a tracción entre especímenes SE-01 y SE-02. Los modelos validan los resultados experimentales a escala real, cumpliendo con los requisitos de FEMA 350 (2000) y AISC 341 (2016) para conexiones viga - columna en marcos tipo SMF.

El Viaducto Quebrada El Salto tiene 210 m de longitud y se encuentra sobre la Quebrada El Salto y el mirador al poniente de la Rotonda La Pirámide. Es curvo y continuo en tres tramos, con vano principal de 95 m y tramos sur y norte de 55 m y 60 m respectivamente. Se apoya en estribos y 2 cepas cuyo suelo de fundación es roca. El objetivo principal del presente trabajo de título es hacer un análisis sísmico del Viaducto Quebrada El Salto, estudiando en forma especial el comportamiento de los aisladores sísmicos para determinar los requerimientos de las placas de apoyo. Según el lugar de emplazamiento del puente, se determinó que los acelerogramas más apropiados para realizar el análisis sísmico eran el sintético elaborado en la tesis de Andrés Larraín C. y el de Pica para el terremoto de Tarapacá 2005. Ambos registrados en suelo duro por lo que con ellos se obtienen resultados más conservadores. Se elaboró un modelo lineal y no lineal del puente a través del programa SAP2000, y se ingresaron a los modelos los registros mencionados, sus respectivos espectros y el espectro del Manual de Carreteras del MOP. Los resultados de los análisis, considerando como suelo de fundación suelo duro, indican que se producen rótulas plásticas en los extremos de las cepas. Éstas superan el punto de fluencia, pero lo hacen sólo hasta un punto de ocupación inmediata, es decir, no fallan. Los apoyos de neopreno cumplen con los requerimientos impuestos por las solicitaciones sísmicas de los distintos análisis. En el único caso en que no todos los requerimientos se cumplen es para los análisis con el registro sintético. Finalmente, se recomienda realizar siempre análisis no lineales en el tiempo.

Ingeniero Civil / Un marco autocentrante de acero consiste básicamente en una unión viga columna que tiene la particularidad de no quedar con deformaciones remanentes significativas cuando es sometida a cargas laterales. Dicho sistema consiste, a grandes rasgos, en involucrar un cable pretensado a lo largo del sistema resistente del edificio. Este sistema de unión fue ideado y diseñado en la universidad de Lehigh, Pennsylvania, Estados Unidos; y aunque no se han probado modelos a escala real, se han ensayado especímenes a menor escala junto con modelos analíticos, mostrando en base a estos resultados las bondades de dicha estructuración. Este trabajo consiste en el estudio del comportamiento sísmico de edificios estructurados a partir de marcos autocentrantes de acero. Los objetivos del trabajo son la obtención de los parámetros de diseño sísmico (en base a análisis no lineales) y la propuesta de las respectivas recomendaciones de diseño. Primero, se revisó antecedentes generales acerca del predimensionamiento de los edificios utilizados, involucrando la metodología a utilizar en su dimensionamiento, así como las consideraciones de diseño (ubicación, importancia, entre otros). Posteriormente, se procedió a realizar el diseño de tres edificios prototipo (de 3, 10 y 20 pisos), revisando el cumplimiento de las normas vigentes. Luego, se realizó los análisis no lineales de cada estructura, estudiando los edificios diseñados a partir del análisis de modelos planos de los ejes resistentes, utilizando no linealidades debido a cargas (estáticas y dinámicas) y materiales. Esto involucra la determinación de la capacidad y la demanda sísmica de la estructura. Para el caso de la capacidad, se tiene dos alternativas de evaluación: Análisis no lineal estático (Pushover) y análisis no lineal dinámico (time-history), mediante el uso de registros escalados del terremoto del 27 de Febrero de 2010. Con esto, se procedió a determinar el factor de modificación de la respuesta estructural para este tipo de edificio, así como también el factor de sobreresistencia Ω_0 y el factor de amplificación de la deflexión, C_d. Finalmente, se realizó un análisis de sensibilidad respecto al uso del corte mínimo estipulado en la norma de diseño correspondiente, estudio que proporciona recomendaciones de diseño importantes en cuanto a comportamiento y optimización de elementos estructurales. El resultado de los análisis arroja que de acuerdo a las consideraciones bibliográficas es correcto diseñar edificios prototipo considerándolos como marcos especiales. Sin embargo, para edificios altos no es necesario considerar la restricción de corte mínimo, lo cual posibilita tener diseños menos pesados y con mejores comportamientos. Se encontró que los diseños poseen una alta sobrerresistencia y una nula reducción por ductilidad, teniéndose en consecuencia, para este tipo de estructuración, un valor de R_0 = 4. Esto se debe al aumento de resistencia que poseen los marcos al estar integrados con cables lo que conlleva al poco daño ocasionado por los registros usados. La evaluación de la respuesta de estos sistemas, frente al conjunto de acelerogramas chilenos, indica desplazamientos máximos de piso iguales o inferiores al 0.2% de la altura de éstos. La comparación entre la respuesta lineal-elástica y la respuesta no lineal de los modelos sugiere que los edificios diseñados no incursionaron en el rango inelástico. Finalmente, se obtuvo la comparación entre marcos convencionales y marcos autocentrantes, teniéndose la nula presencia de desplazamientos laterales para los últimos.

Ingeniero Civil / Estudios recientes han demostrado que los Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS) pueden mejorar el desempeño de estructuras sometidas a excitaciones sísmicas. Sin embargo, la eficiencia del dispositivo depende de una correcta sintonización entre la estructura y el AMS. En sentido práctico, la sintonización se hace difícil ya que las estructuras poseen cierto grado de incertidumbre en sus características fundamentales, principalmente en el periodo y amortiguamiento. La incorporación de características no lineales en los AMS, en especial sistemas con rigidez cúbica, han demostrado ser una posible vía para aumentar el nivel de respuesta vibratoria y de reducir la dependencia de la sintonización entre la estructura y el dispositivo. De esta manera, se propone un nuevo sistema no lineal que funcione como un AMS que trata de un péndulo que se desplaza en la dirección de movimiento de la estructura, más dos resortes en la dirección perpendicular que provocan una rigidez cúbica en el dispositivo, considerando en esta primera etapa que se trata de una estructura de un grado de libertad. El objetivo del trabajo consiste en identificar su comportamiento dinámico y eficiencia a la hora de ser utilizado como dispositivo de control de vibraciones, específicamente: (i) se requiere estudiar los antecedentes necesarios para comprender las técnicas utilizadas en el análisis dinámico de sistemas no lineales, (ii) derivar las ecuaciones de movimiento del nuevo AMS y analizar su respuesta en frecuencia, (iii) acoplar el AMS a una estructura determinista y evaluar su desempeño, (iv) considerar posibles desintonizaciones en el sistema acoplado producto de las incertidumbres asociadas a la estructura, (v) aplicar los resultados del trabajo para proponer un dispositivo óptimo.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / En el presente trabajo se estudia la demanda sísmica involucrada en el colapso del edificio Alto Río, durante el terremoto de El Maule del 27 de febrero de 2010, considerando la teoría de propagación de ondas. Para ello se analizan los acelerogramas registrados en la ciudad de Concepción (Concepción Centro: Colegio Inmaculada y Concepción San Pedro: San Pedro de la Paz) y el registro de GPS dinámico del observatorio geodésico TIGO, considerando el registro de Concepción Centro como representativo de la demanda sísmica sobre el edificio Alto Río, debido a la proximidad y similitud de los suelos de ambos sitios. A partir de lo observado en los odogramas de ondas de los registros de desplazamientos integrados de Concepción Centro, se detecta una onda tipo Rayleigh durante la llegada del primer pulso sísmico, la cual se caracteriza por imponer movimientos con importante polarización en la dirección de colapso y marcado acoplamiento en la dirección vertical. Estas características de la demanda sísmica serían las que provocaron la falla frágil, explosiva y progresiva del edificio, sugerida por el levantamiento de daños realizado en los estudios y peritajes considerados. Medidas en terreno indican un desplazamiento de 55 a 80 cm del volumen colapsado respecto de la base del edificio, en dirección paralela a la dirección longitudinal de la planta; este corrimiento fue parcialmente reconstruido sumando los desplazamientos sísmicos en dicha dirección, registrados por los acelerogramas de Concepción Centro y cosísmicos detectados por el registro de GPS dinámico (con mayor aporte en el total), durante el intervalo de tiempo en que se identifica el primer pulso sísmico en los registros. Por lo tanto, la base del edificio habría sido desplazada respecto del volumen en colapso a causa del efecto de los desplazamientos cosísmicos y sísmicos durante la llegada del primer pulso emitido desde la fuente sísmica, durante el proceso explosivo, frágil y progresivo de falla de la estructura, Tomando en cuenta que la llegada del primer pulso sísmico, emitido desde la aspereza sur, es previa al primer episodio de vibraciones libres de suelo identificado en los registros, se concluye que la demanda sísmica que provoca el colapso de la estructura estaría dominada por efectos de fuente y no por la respuesta del suelo.

El objetivo de este trabajo de título es evaluar la aplicabilidad de los métodos simplificados de análisis, propuestos en la norma chilena de diseño de edificios con disipadores actualmente en estudio. Se desea saber si estas metodologías son prácticas de aplicar para predecir el comportamiento global de estructuras con disipadores, sometidas a sismos chilenos, y comprobar si las estimaciones que entregan son lo suficientemente precisas cuando se analiza una estructura real. Se eligieron tres estructuras altas de hormigón armado, una real y dos ficticias. Se construyó un modelo en ETABS® de las estructuras sismorresistentes y de los sistemas disipadores, representando la distribución espacial de las propiedades de masa, rigidez y amortiguamiento. Las estructuras y los disipadores se diseñaron con el método modal espectral, para ser luego verificadas con el método dinámico no-lineal, considerando la no-linealidad de los disipadores. Se observó que los diseños resultaron conservadores y que la capacidad de predicción del método estudiado es baja. Sin embargo, se constató que existen algunas limitaciones importantes del software utilizado que pudieran explicar, al menos en parte, la baja precisión de esta metodología. La más importante es la imposibilidad de ingresar los valores de amortiguamiento, según el cálculo establecido en la propuesta de norma, cuando se realizan análisis modales espectrales. Finalmente, se proponen algunos caminos para evaluar, en primer lugar, el efecto de la mencionada imposibilidad de definir uno a uno los amortiguamientos modales y, en segundo, la diferencia en los resultados obtenidos con el método modal espectral y no-lineal de respuesta en el tiempo, producto de la concentración del amortiguamiento en algunos puntos de la estructura.

El sábado 27 de Febrero de 2010, a las 3:34 AM hora local (6:34 AM UTC), la zona centro sur de Chile se vio afectada por un terremoto de magnitud Mw=8,8, el cual tuvo su epicentro frente a las costas de la VII región del Maule y generó un maremoto destructor disparando la alerta en todos los países del Pacífico. Éste terremoto provocó daños de diversa consideración principalmente en las regiones Metropolitana, VI, VII y VIII. El objetivo de esta memoria de Título es estudiar los daños producidos en las construcciones del tipo habitacional y de la red vial en las comunas de Buin y Paine de la Provincia del Maipo, Región Metropolitana, las cuales funcionan hoy como ciudades dormitorio de Santiago. Con el propósito de lograr el objetivo de esta Memoria de Título, se reunió información relacionada con los daños producidos en viviendas de uno y dos pisos en 21 localidades, con la cual se estimó la intensidad sísmica según la escala MSK - 64. Adicionalmente, se recopilaron datos de los daños más graves de la red vial existente y se midieron microvibraciones en campo libre en 86 sitios de la zona en estudio. Del análisis de las intensidades obtenidas se pudo identificar los factores que contribuyeron en los daños observados, destacándose entre ellos la geología superficial y la profundidad del nivel freático. En promedio se comprueba que hay una diferencia del orden de 0,5 y 1,0 grado entre los valores de la intensidad sísmica de las dos unidades geológicas predominantes: gravas (Unidad II) y gravas en matriz areno – arcillosa con intercalaciones de arenas, limos y arcillas (Unidad Va). En cuanto al efecto del nivel freático, en la medida que éste sea superficial, menor que 10 m, se observa que en la Unidad Va se tienen incrementos del valor de la intensidad sísmica del orden de 0,5 - 1,0 grados, los cuales son del orden de los indicados por Medvedev. Al comparar las intensidades estimadas en 13 localidades para las cuales se cuenta con información del terremoto del 3 de marzo de 1985, se comprueba que este terremoto tuvo un efecto más destructivo que el terremoto del 27 de febrero en las viviendas de uno y dos pisos de la zona en estudio, resultando la intensidad sísmica para el terremoto del 3/03/1985 en promedio 0,5 y 0,5 - 1,0 grado mayor que la intensidad para el terremoto de febrero de 2010 en las Unidades II y Va respectivamente. Finalmente, con la información obtenida con las microvibraciones registradas, se obtuvo el índice de vulnerabilidad a la licuación de suelos, Kg, y la relación espectral H/V (REHV) propuestos por Nakamura. De las relaciones espectrales encontradas se observa que los registros en la Unidad Geológica II tienen una REHV plana de amplitud regularmente menor que 2,0, mientras que los registros en la unidad Va presentan uno o más peaks de la REHV con una amplitud mayor que 2,0 para frecuencias comprendidas entre los 0,5 y 5,5 Hz. Este resultado se puede interpretar como un claro efecto de sitio en la Unidad Va si se considera el mayor valor de las intensidades sísmicas estimadas en esta Unidad. Además se observó que el umbral de 20 propuesto por Nakamura para el índice Kg no es un buen antecedente como indicador de potencialidad de licuación del suelo.

Ingeniera Civil / La media geométrica ha sido una representación de la componente horizontal ampliamente utilizada para la generación de curvas de atenuación para el diseño sísmico, pero existen otras representaciones que podrían ser más adecuadas para el diseño dependiendo de las características propias de la estructura o del lugar donde se emplace, he aquí la necesidad de convertir curvas de atenuación ya existentes, obtenidas para la media geométrica, a otras definiciones más apropiadas que mejoren la calidad y precisión del diseño sísmico. Para el estudio realizado en esta memoria se recopilan registros de aceleración de las redes de estaciones sísmicas nacionales, RENADIC y ONEMI, y se obtiene información de eventos de magnitud superior a 5.5 Mw ocurridos en Chile hasta el 23 de septiembre de 2015. Los registros son procesados y filtrados conservando aquellos cuyo PGA es mayor al 1% de g. Mediante un estudio se determina que, de un total de 680 registros, asociados a 131 eventos sísmicos, cerca del 80% de los espectros calculados alcanzan un periodo de uso igual o superior a 10 s, permitiendo extender el rango de estudio hasta los 10 s. Las estadísticas presentadas aquí están basadas en el trabajo de Beyer y Bommer (2006), y permiten la transformación de curvas de atenuación a diferentes representaciones de la componente horizontal del movimiento. Las definiciones consideradas son las siguientes: RotD100 o máxima dirección, envolvente, random, GMRotD50, GMRotI50, media geométrica, media aritmética, componentes principales 1 y 2 y componentes ortogonales horizontales (H1 y H2), orientadas según los ejes del equipo de registro en terreno. Adicionalmente, se introduce la componente vertical. Se logró determinar funciones que relacionan la media geométrica con las otras definiciones de la componente horizontal. Los resultados encontrados son similares, pero no idénticos, a los reportados previamente en la literatura. La principal diferencia observada es el efecto de direccionalidad para las componentes horizontales H1 y H2, efecto atribuido a la orientación de los equipos en terreno que permitiría, en la mayoría de los casos, considerar H1 y H2 normal y paralela a la falla respectivamente. Dicha direccionalidad se acentúa para periodos altos, sismos interplaca y magnitudes sobre 6.5 Mw. Para la componente vertical se obtienen factores de conversión mucho menores que para las distintas representaciones de la horizontal, pero con mayor variabilidad, la razón cambia ampliamente entre distintos rangos de periodos, presenta una variación importante con el amortiguamiento para periodos bajos y con la magnitud para periodos altos y es destacable su comportamiento con el mecanismo de falla, siendo mayor para sismos intraplaca en periodos bajos y para interplaca en periodos altos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / De acuerdo a los daños observados por el terremoto del 27 de Febrero de 2010 en Chile sobre muros de hormigón armado y el común requerimiento arquitectónico de disponer de discontinuidades sobre los mismos en los primeros pisos y/o primeros subterráneos se realiza el presente estudio. El objetivo es entender el comportamiento de un muro bajo la influencia de una abertura central en la base, y como cambia esa respuesta al agregar elementos en el muro (particularmente losas en la zona de la discontinuidad). Lo anterior es llevado a cabo a través de dos grandes enfoques: el ensayo de cuatro probetas de hormigón armado representativas del caso anterior, y la modelación en elementos finitos de los mismos, además de una extensión a través de un análisis paramétrico. Los muros ensayados tienen 2.65 [m] de alto, 0.9 [m] de largo y 0.15 [m] de espesor. Los primeros tres no tienen losas y se diferencian por las dimensiones de su abertura, mientras que el cuarto tiene las mismas dimensiones (tanto del muro como de la abertura) que el tercer muro, pero consta con la presencia de dos losas en la zona de discontinuidad. El ensayo consta de una aplicación de un desplazamiento pseudo estático controlado a 2.8 [m] desde la base del muro bajo una carga axial controlada y constante de 400 [kN] (cercano al 7% de la capacidad a compresión de la sección entera). El muro se encuentra anclado a la losa de reacción y es sometido a tres ciclos de desplazamiento por cada nivel de deriva. Los materiales usados son comunes en el país (hormigón H30 y acero A63-42H). La instrumentación usada fueron strain gages en las barras de acero, LVDT s sobre una cara del muro y capturando el comportamiento global de éste, y una grilla de fotogrametría para realizar un análisis de correlación de imágenes digitales (DIC). Los resultados muestran que la presencia de las aberturas no genera cambios ni en la rigidez ni en la resistencia de los muros, pero sí en su capacidad de deformación. De acuerdo a los ensayos y literatura previa, el largo de la abertura es la variable más importante en el impacto global. Mientras que el muro base y el abertura pequeña llegan a 3.9% y 3.7% de deriva respectivamente, los muros con abertura más ancha llegan sólo a 2.6%, y el muro con losa se posiciona como un caso intermedio con un3.2%. En todos los casos con aberturas se genera una grieta diagonal desde la abertura a la esquina del muro, generando además pandeo de las barras de refuerzo de la abertura. Al estudiar las deformaciones unitarias verticales en la sección se muestra un cambio de signo en la pendiente, acusando la presencia de un puntal a compresión o una doble curvatura. Al realizar modelos a flexión para relaciones de aspecto mayores, se encuentra que el modelo es aceptable para captar la degradación del muro.