Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La alta velocidad de ejecución de los proyectos industriales y mineros, y en particular, los plazos ajustados para el desarrollo de la etapa de ingeniería de detalles, muchas veces hace que las oficinas de ingeniería de diseño deban proporcionar indicaciones generales para el diseño y cálculo de conexiones a las maestranzas que se adjudican el contrato de fabricación de estructuras. En este contexto, es una práctica recurrente que la maestranza que se adjudicó los trabajos de fabricación y montaje de las estructuras, también sea la encargada de realizar el diseño y cálculo de las conexiones. La revisión de los proyectos ejecutados por la industria revela que no siempre la información proporcionada por la ingeniería de diseño, para el diseño de las conexiones, está totalmente completa, sólo se proporcionan indicaciones generales que no siempre son bien interpretadas por la maestranzas u oficinas responsables de la fabricación y cálculo de las conexiones. La actual norma chilena NCh428, Estructuras de acero Ejecución de construcciones de acero perfiles laminados, soldados y tubos , establece que la responsabilidad del diseño estructuras, incluida las conexiones, es de la ingeniería de diseño. En este contexto, el presente trabajo de título establece un procedimiento práctico para el diseño y cálculo de conexiones de estructuras metálicas de instalaciones industriales y mineras chilenas, en particular del esqueleto resistente, considerando el hecho de que un tercero realice este diseño y que las oficinas de diseño lo revisen y validen. Entrega herramientas de diseño prácticas, más disposiciones normativas, de modo que se asegure la compatibilidad del modelo estructural, supuesto por el calculista, y lo efectivamente desarrollado por el proyectista. Presenta prácticas básicas de estructuración y cálculo. También presenta secciones orientadas a que el ingeniero y proyectista pueda entender rápidamente el modelo estructural y la interacción con sus conexiones, como también que los ingenieros puedan obtener las resistencias requeridas para calcular dos distintos mecanismos de falla que se pueden presentar. El capítulo de conexiones estándares presenta una selección de las conexiones más utilizadas en la práctica de edificios industriales y mineros chilenos. Se consideran las conexiones de empalmes, de sistemas estructurales de marcos arriostrados concéntricamente, de sistemas de marcos rígidos y de conexiones en plataformas. Finalmente se presenta el procedimiento de diseño de conexiones, el que establece las distintas responsabilidades, las normas a utilizar, los criterios para diseñar y en general los requerimientos para el diseño y cálculo de conexiones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La normativa chilena que regula el diseño sísmico de estructuras industriales de acero es la norma NCh2369 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales . Esta norma se basa en la experiencia obtenida por el comportamiento de las estructuras luego de ocurrido los terremotos de 1960 en Concepción y 1985 en Valparaíso. Y que actualmente se encuentra en revisiones luego de ocurrido el terremoto en Maule el año 2010. Uno de los puntos que se deben estudiar son las disposiciones que tienen que ver con el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Con lo que se encuentra en estos momentos en la norma, el diseño de los pernos de anclaje no produce los resultados esperados que la misma normativa estipula, como es el caso de la disipación de energía en caso de ocurrido un sismo. Esto pasa debido a que se produce la fractura de los pernos antes de que estos comiencen a fluir. Es por lo que se hace necesario realizar un estudio de las fuerzas que se utilizan en el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Para esto, en este trabajo se realiza el estudio de tres estructuras industriales de acero, basadas en marcos arriostrados concéntricamente, realizando distintos diseños para los pernos. La evaluación del desempeño se lleva a cabo de acuerdo con la metodología del FEMA P695, incluyendo la no linealidad de algunos elementos estructurales de los que se destacan los pernos de anclaje debido a que son en los que se centra el estudio. Con el fin de ampliar el estudio de las disposiciones de la norma acerca de los pernos de anclaje, se estudia también como influye en el resto de la estructura el largo libre de los pernos. Para lo que se utilizaron distintos largos libres de anclaje en cada una de las estructuras utilizadas. La aplicación de la metodología FEMA P695 entrega conclusiones sobre cómo afectan las distintas variables en el comportamiento de la estructura. Un aumento en el largo libre de los pernos genera un aumento en la ductilidad y en el factor de reducción de respuesta, mientras que, si se diseña el perno para una fuerza mayor, la ductilidad del sistema baja considerablemente. La razón del margen de colapso no varía en función de las modificaciones hechas a cada modelo, por lo que se puede concluir que este valor ve más bien afectado por otros elementos estructurales. Por otro lado, si se aumenta el valor de la fuerza de diseño de los pernos de anclaje se disminuye considerablemente la cantidad de elementos en entra en fluencia.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El sistema estructural de marcos arriostrados de varios niveles sin losa intermedia (MTBF) posee dos o más niveles arriostrados lateralmente en una estructura con altura única, las cuales están encargada de resistir la carga axial desbalanceada, la cual ocurre luego del pandeo a compresión de los arriostres, con ausencia de diafragmas en la dirección perpendicular. Estos son utilizados en edificaciones industriales de gran altura, en las cuales utilizar un solo arriostramiento genera secciones muy grandes. En general, se utiliza arriostramientos concéntricos de tipo X, chevron o V. Este trabajo de título tiene como objetivo principal evaluar el desempeño del sistema estructural MTBF utilizando arriostramientos excéntricos en sus niveles, caracterizando el modo de falla que presente, considerando las no linealidades del problema. Para la realización de esta investigación se consideró una estructura MTBF de dos niveles, compuesta por 5 vanos de 11,65 metros de alto con 10,48 metros de ancho, en los cuales el segundo y cuarto vano corresponden al sistema sismorresistente EBF, utilizando diafragma rígido solamente en el nivel superior, ubicada en un suelo de tipo 2 y zona sísmica III. Además, para las uniones de cada uno de los elementos se considera una conexión de tipo rígida y se utiliza la calidad de acero de ASTM A992 para todos los elementos. Esta estructura es diseñada en base a la norma NCh2369, considerando un diseño por capacidad para marcos EBF según lo estipulado en la norma AISC341 y verificando la resistencia de los perfiles según lo indicado en la norma AISC360. Posterior al diseño, se consideraron 4 modelos a estudiar; el primero sin imperfecciones en el enlace del nivel inferior, el segundo con una imperfección en los nodos del enlace de 2,8 milímetros en direcciones contrarias, el tercero con una imperfección en los nodos del enlace igual a 7,7 milímetros en la misma dirección y un cuarto modelo incorporando un diafragma rígido en el nivel intermedio. Estos fueron sometidos a un análisis no lineal estático y dinámico utilizando el programa SAP2000 v20.2. Los resultados obtenidos indican que se obtiene un desempeño sísmico aceptable en base a lo estipulado en el informe FEMA P695. Por lo tanto, las disposiciones de diseño para este sistema estructural, utilizando las normativas vigentes en la actualidad, cumplen con los requisitos establecidos para obtener un desempeño sísmico adecuado. Además, se cumple con el modo de falla esperado en todos los modelos, ya que la formación de rotulas plásticas solo se presenta en los enlaces de ambos niveles, los cuales corresponden al elemento fusible del sistema estructural, mientras que sus demás elementos presentan un comportamiento lineal durante todo el análisis.

Magíster en Tecnologías de la Información / La correcta estimación de un proyecto de ingeniería es de vital importancia para una empresa calculista, ya que una mala estimación usualmente genera atrasos en los plazos de entrega, y puede implicar la pérdida de proyectos y de clientes. Actualmente en la empresa Spoerer Ingenieros, encargada de realizar proyectos de cálculo estructural, esta estimación se realiza mediante una plantilla de cálculo. El uso de dicho instrumento ha dado lugar a estimaciones deficientes, por ejemplo debido a que asume dedicación absoluta de un equipo de trabajo, lo cual en la práctica no es real, ya que cada equipo de trabajo participa en promedio en tres proyectos en forma paralela. Además, la planilla de cálculo sólo considera proyectos tradicionales, y no el nuevo paradigma llamado BIM (Building Information Modeling), recientemente adoptado por la empresa para llevar adelante sus proyectos de cálculo. Dicha planilla ha resultado también no ser suficiente para dar una visibilidad de las etapas críticas del proyecto, a los distintos involucrados. Este trabajo de tesis propone una metodología alternativa a la ya utilizada por la organización, basada en el método CEPF (Componentes Estándares con Puntos de Función), el cual fue adaptado para poder estimar proyectos de Ingeniería Estructural. Esta metodología está implementada con una herramienta de software, que permite realizar estimaciones de manera rápida y confiable, brindando además mayor visibilidad a los involucrados en un proyecto de cálculo. La herramienta desarrollada permite realizar estimaciones de proyectos Tradicionales y BIM, y guardar dichas estimaciones para ser consultadas por los distintos entes internos involucrados. También se puede modificar la estimación y generar reportes para los entes externos, así como ingresar la información de proyectos finalizados, permitiendo de esa forma retroalimentar el sistema con información histórica que le permita ir mejorando en cada estimación. La metodología fue validada con los jefes de proyectos de la empresa, mientras que los resultados de la estimación arrojados por la herramienta fueron validados en tres proyectos, donde se contrastó la información real de cada proyecto, contra los tiempos arrojados por la herramienta de estimación y contra las estimaciones entregadas por la antigua plantilla de cálculo. A pesar de los buenos resultados obtenidos, la Gerencia de la empresa decidió quitarle prioridad al proyecto, debido a que se vio involucrada en un proceso de reestructuración organizacional que tenía mayor prioridad. Debido a eso, sólo ha sido posible validar la usabilidad y utilidad de la herramienta con parte de los jefes de proyecto, y no por los otros involucrados, como por ejemplo, gerencia, ingeniería, dibujo, ni por los entes externos.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Tras el terremoto magnitud Mw 8.8 del 27 de febrero de 2010, que afectó a la zona centro-sur de Chile, solo en la industria del país se generaron pérdidas económicas en un rango de $6 a $7 billones debido a daños de componentes y sistemas no estructurales, lo que corresponde aproximadamente al 20% de las pérdidas directas derivadas del terremoto. Dentro de los componentes que más recurrentemente presentaron daños se encuentran los tanques, silos de metal y generadores eléctricos de emergencia. No solo la industria sufrió pérdidas económicas, de 130 hospitales ubicados en la zona afectada por el terremoto, el 62% tuvo daños en elementos no-estructurales, donde el 83% perdió total o parcialmente su capacidad de funcionamiento, aun cuando no presentaron daños estructurales. Es por ello, que este trabajo busca identificar los límites de las mejoras posibles en el desempeño sísmico de equipos eléctricos y mecánicos al incorporar disipadores de energía de anillos friccionales, dispuestos en forma vertical en los puntos de apoyo de los equipos. Para ello se efectúa un análisis paramétrico variando las propiedades físicas de los elementos no estructurales, tales como la frecuencia fundamental de vibrar y la esbeltez. Los resultados son obtenidos utilizando la metodología de selección de disipadores de anillos friccionales desarrollada como parte de este trabajo, la cual se caracteriza por la implementación de algoritmos genéticos para determinar las propiedades de los disipadores que permiten alcanzar la máxima reducción posible de la probabilidad de excedencia de la capacidad de diseño de los equipos. El estudio efectuado permite concluir que los disipadores de energía de anillos friccionales no son adecuados para proteger sísmicamente equipos flexibles con frecuencias fundamentales menores a 4 [Hz] y su óptima implementación es en equipos donde la relación entre su altura al centro de masa y la distancia promedio entre los apoyos es cercana a 1.5. No obstante, es factible obtener reducciones en la probabilidad de excedencia de la capacidad de diseño de los equipos superiores al 50% independientemente de la relación de esbeltez del equipo, por lo que el uso de estos disipadores no está limitado solo a equipos esbeltos.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / En la actualidad la confiabilidad tiene un papel preponderante en la gestión organizacional, haciendo indispensable el apego a la estrategia sobre los activos disponibles, y con ello garantizar condiciones adecuadas de operación. Es por esta razón que el propósito de este trabajo de tesis consiste en el desarrollo de una estrategia de confiabilidad en la planta de chancado, que permita aumentar la disponibilidad y disminuir costos en el área de Mantenimiento en la División Gabriela Mistral. El presente documento propone una estrategia de confiabilidad mixta, que consiste en una combinación de técnicas y herramientas con el fin de obtener información diagnóstica, que permitan identificar brechas y aplicar metodologías de excelencia operacional tales como C+, SOMA (Sistema Operativo de Mantenimiento), gestión de vulnerabilidades, mejora continua y desarrollo de personas. Como resultado de la aplicación, la estrategia formulada tuvo un impacto positivo en el negocio, si consideramos el periodo de inicio de la implementación año 2017 versus el año de consolidación 2018. Durante el año 2017 se obtuvo un costo real en componentes principales de MUS$14,57 mientras que en el año 2018 se aprecia un costo de MUS$10,28, logrando como resultado directo una disminución porcentual del 29,44%. Mientras que la disponibilidad de los equipos registró, en consecuencia, una tendencia al alza durante y posterior a la implementación de la estrategia. En conclusión, la estrategia de confiabilidad tuvo un impacto directo y gravitante, tanto en las personas, como en los activos, ya que la disciplina, desarrollo de personas y la estandarización, permitieron sostener un crecimiento integral en la organización, obteniendo resultados positivos a nivel global. Este tipo de enfoque y estrategia, por tanto, es recomendable para empresas que se propongan objetivos organizacionales a mediano y largo plazo.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Los grandes estanques de acero atmosféricos, verticales y cilíndricos apoyados directamente en el suelo con el fondo plano son las estructuras más utilizadas para el almacenamiento de líquidos, tales como: petróleo, ácido sulfúrico, gas natural licuado, agua potable y líquidos criogénicos. Estos estanques han presentado daños reiterados durante grandes terremotos a nivel mundial, principalmente el pandeo del manto tipo pata de elefante , deslizamientos horizontales y en algunos casos colapsos, a pesar de estar diseñados con códigos ampliamente utilizados como son API 650-E para almacenamiento de petróleo, AWWA D100 para agua y NZSEE para cualquier tipo de líquido. En este trabajo se ha aplicado el método de Análisis Sísmico Backward (ASB) con información obtenida de 69 estanques en operación durante importantes terremotos subductivos: Valdivia 1960, Chile Central 1985, Tocopilla 2007, El Maule 2010, además de Alaska (1964) y otros ocurridos en Estados Unidos entre 1933 y 1995 (subductivos y corticales), siendo esta tesis el único trabajo disponible con esta categorización y resultados que definen el origen de los daños y medidas de mitigación. El método ASB consiste en evaluar el comportamiento sísmico de estanques de acero, considerando las características del estanque en operación durante el sismo: geometría general y espesores de planchas, altura de llenado, tipos de suelos de fundación, códigos de diseño utilizados, registros sísmicos, directividad sísmica, sin daños observados, con pandeo del manto y colapsos. Se ha identificado que el efecto inercial no vibratorio es característico de los mega terremotos de subducción en zonas costeras, esto ocurre de manera simultánea con las altas aceleraciones verticales del suelo y genera en los estanques grandes desplazamientos horizontales, este fenómeno no está considerado en los códigos de diseño sísmico para estanques de acero. En este trabajo se ha concluido que no hay correlación entre modelos teóricos analíticos, ensayos experimentales (mesas vibratorias) y lo observado con el método ASB, dado que en los modelos computacionales no se consideran las condiciones reales de los estanques en operación, tales como: efecto del manto delgado, comportamiento del líquido (leyes de similitud), imperfecciones en el manto, condiciones reales del suelo y los efectos de la directividad sísmica. En este trabajo se entregan recomendaciones para corregir las prácticas usuales en el diseño sísmico en estanques de acero, reduciendo los riesgos de daños y colapsos. Lo anterior, considerando las imperfecciones de las planchas del manto en el cálculo de las tensiones admisibles, incorporación de sistemas de anclajes, reducción de la demanda sísmica convectiva y una ecuación para estimar el deslizamiento cosísmico horizontal de estanques no anclados.

Ingeniero Civil / El objetivo principal de esta memoria es la generación de una herramienta computacional que permita obtener automáticamente curvas de fragilidad de cualquier tipo de estructura que sea modelada lineal o no-linealmente en el programa Sap2000 (o sus equivalentes en Etabs, CSI bridge, etc.), y que contemple el nivel de detalle que uno desee en conformidad a las herramientas disponibles en el programa. La herramienta computacional es implementada en MATLAB permitiendo seleccionar del catálogo integrado de registros sísmicos del CSN y de RENADIC una serie de eventos previamente filtrados (tipo de suelo, zona sísmica, magnitud, PGA, etc.), computar la respuesta sísmica tiempo-historia de la estructura empleando comandos OAPI de Sap2000, extraer sus resultados y post-procesarlos para obtener una curva de fragilidad empleando el método de máxima verosimilitud (MLE). Es decir, obtener una curva que permita establecer la probabilidad de excedencia de ciertos niveles de desempeño (que puede ser definida por el desplazamiento relativo de entre piso en conformidad a los niveles sugeridos por Astroza (2014) para albañilería confinada) con cualquier parámetro sísmico de interés que caracterice a los registros sísmicos seleccionados (Ia, PGA, PGV, PGD, PD, PDh, CVA, Ih, Sd, Sa, etc.). En términos concretos, las entradas de la herramienta computacional son un archivo *.s2k (modelo en Sap2000 de la estructura), los criterios de filtro de registros sísmicos y la indicación de como caracterizar el nivel de desempeño en función de la respuesta sísmica obtenida. Cabe mencionar que por ahora, la herramienta computacional implementada obtiene curvas de fragilidad que consideran únicamente la variabilidad de los registros sísmicos y excluye la variabilidad de otros parámetros que describen su comportamiento estructural (variación de resistencia, parámetros dinámicos, distribución de masa, contemplación de diversos sistemas estructurales, densidad de muro, calidad de materiales, interacción suelo-estructura, etc.). Se emplea esta herramienta computacional para determinar la curva de fragilidad de una estructura de albañilería confinada de cuatro pisos, que ha sido ampliamente estudiada por el DIC (edificio de comunidad Andalucía con base fija) y que permite un cierto nivel de calibración, la cual es modelada a través de un modelo de marco equivalente, considerando comportamiento elástico-lineal o comportamiento no-lineal a través de elementos de plasticidad concentrada del tipo link que permiten incorporar la respuesta histerética de sus muros. A partir de estos criterios, las curvas obtenidas permiten definir que sismos (con un PGA superior a 5%g) superan diversos niveles de desempeño sísmico y analizar que parámetro sísmico entrega una menor dispersión en relación a los desempeños determinados del modelo en Sap2000. Se explica en detalle la metodología necesaria para la implementación de este tipo de análisis con el fin de continuar los estudios sobre curvas de fragilidad empleando las rutinas desarrolladas con el objetivo futuro de estudiar otros tipos de estructuras e incluir efectos no modelados como la variación del amortiguamiento visco-elástico o la interacción suelo-estructura. Se remarca la falta de registros y la necesidad de complementar la base con registros espectro compatibles a partir de ecuaciones predictivas de movimiento del suelo (GMPE), para así poder mejorar la fiabilidad del estudio de curvas de fragilidad.

Ingeniero Civil / Arica se localiza en el extremo norte de Chile, acogiendo uno de los puertos con mayor transferencia a nivel nacional. El acelerado crecimiento de la demanda del Puerto de Arica induce una actividad que impacta de manera relevante en su entorno, muy cercano al centro histórico, de comercio y actividades de la ciudad. Uno de los conflictos ocurre en la red vial inmediatamente próxima al acceso al recinto portuario, donde se forma una fila de espera para el ingreso a puerto. Como consecuencia, la ciudadanía en general considera el tráfico de camiones como una actividad indeseable en el contexto urbano, lo cual representa una disociación entre la visión de la ciudad y la actividad portuaria. La presente Memoria se enfoca en el análisis de esta problemática mediante simulación, utilizando la interacción de los softwares Saturn y Aimsun. Se proponen alternativas de solución que permitan disminuir los conflictos viales producidos, sobre la base de indicadores de desempeño del sistema de transporte. Se analizan dos alternativas de solución que han sido propuestas por la Empresa Portuaria con objeto de resolver los problemas causados por la fila de camiones: una relacionada con dotación de infraestructura de acceso exclusivo y otra con gestión de ingreso mediante un Antepuerto. Se concluye que en el mediano plazo la nueva infraestructura sería insuficiente, por sí sola, de resolver la problemática de afectación del tráfico urbano causada por la fila de camiones. Ser hace necesario, entonces, contar con una solución de gestión del acceso portuario de cargas.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo analiza el efecto en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) de considerar la vida útil del reservorio geotermal de las centrales geotérmicas en un horizonte de tiempo de largo plazo. Para cumplir este objetivo se adapta un problema de optimización, que consiste en obtener la operación del SEN en un periodo de estudio que va desde el año 2017 hasta el año 2050 a mínimo costo, el cual se modifica al añadirle un nuevo modelo de central geotérmica. Esta modificación solo atañe a la tecnología geotérmica, la cual consiste en que la generación geotérmica esté presente solo en los meses del periodo de estudio que permitan disminuir el costo de operación, a diferencia de la operación actual de este tipo de centrales que generan de forma continua hasta el agotamiento del recurso. Este problema se resuelve de la misma forma que para un embalse, por lo que se utiliza el software "Modelo PLP", el cual encuentra una solución utilizando el método de Programación Dinámica Dual Estocástica (SDDP por sus siglas en inglés). Para evaluar el efecto de este cambio en el modelo, se realizan distintas simulaciones en el software PLP. Estas simulaciones usan como datos de entrada la información del sistema eléctrico e hidrológica para el año 2017, mientras que para los años futuros se utilizan proyecciones realizadas por la Mesa de Geotermia del Ministerio de Energía. Se realiza una simulación con esta información y con una central geotérmica en el sistema que es Cerro Pabellón. Además de esa simulación, que se la llama de referencia, se realizan 15 simulaciones extra donde se varían aspectos del plan de expansión y de la central geotérmica de modo de evaluar el impacto de estos cambios. Los resultados de las distintas simulaciones se analizan en base a 3 aspectos: la generación de energía anual en el horizonte de estudio, la potencia generada promedio para cada mes del año y la generación de potencia para cada bloque, haciendo especial distinción entre los bloques de día y de noche. Junto con lo anterior, se analiza la generación y los ingresos obtenidos por la generación geotérmica convencional (continua) y la alternativa propuesta en este trabajo. Finalmente se realiza una evaluación de los objetivos, se constata la importancia de ciertas tecnologías por sobre otras para definir la operación de largo plazo de las centrales geotérmicas, se evalúa la importancia de los parámetros utilizados para el modelo de central geotérmica y se comentan las ventajas y desventajas del modelo propuesto en este trabajo.