Ingeniero Civil / El presente trabajo de título aplica conceptos de Educación en Ingeniería a módulos de ingeniería geotécnica; en particular, al curso Geotécnica [CI4401], el primer curso de Ingeniería Geotécnica de la malla curricular de la licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. El objetivo es rediseñar el foco de las clases de este curso geotécnico a través del uso de conceptos como de Complex Learning. Complex Learning se refiere a la adquisición de conocimientos y competencias coordinando de manera cualitativa sus habilidades; Generalmente tratando de transferir lo aprendido a la vida cuotidiana y laboral. Específicamente, se utiliza el concepto de los First Principles of Instruction desarrollado por Merrill (2002), útil para generar principios primarios como apoyo a la docencia. El foco central de Merrill (2002) es que las teorías de instrucción se desarrollen utilizando problemas reales. Esta metodología es cercana a la denominada Project Based Learning, promovida parcialmente por la comunidad geotécnica (Wesley - 2012). Este trabajo, desarrollado en el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, considera cuatro etapas. Primero, una revisión y comprensión de prácticas docentes, y de nuevos aspectos pedagógicos, para una docencia eficiente. Se realiza una revisión del contenido curricular de la ingeniería geotécnica en varias universidades chilenas. Se presentan los contenidos y técnicas utilizados actualmente en la instrucción geotécnica en Chile. Esto, para identificar los patrones locales de enseñanza de la geotecnia. Además, presenta una evaluación transversal de la docencia de la ingeniería geotécnica en Chile y de la inserción profesional de los egresados. Se realizan encuestas y análisis estadísticos sobre la percepción de la docencia de la ingeniería geotécnica. Esto se hace utilizando la opinión de alumnos, profesores, y profesionales relacionados a la ingeniería geotécnica. Por último, se aplican conceptos desarrollados de la psicopedagogía, adaptados a la ingeniería geotécnica para transmitir los conceptos intrínsecos de los fenómenos estudiados en el curso de Introducción a la ingeniería geotécnica. Lo anterior, se materializa por la presentación del diseño de nuevos módulos y clases para el curso Introducción a la Ingeniería Geotécnica, usando los elementos de enseñanza revisados. El desarrollo de este trabajo intenta reformular el marco de instrucción de la ingeniería geotécnica, usando nuevos módulos docentes, previa identificación de las áreas del aprendizaje que se requiere consolidar en los estudiantes de Ingeniería Civil.

Geólogo / El proyecto minero Angostura, localizado en la provincia de Santander, Colombia, se encuentra actualmente en la etapa de factibilidad. Como parte de esta etapa de ingeniería, se ha elaborado un diseño para el rajo del proyecto. El objetivo de este trabajo es determinar la viabilidad del diseño propuesto a través de un análisis de estabilidad a distintas escalas (escala de banco, inter-rampa y global), considerando distintas metodologías para cada nivel. A escala de bancos e inter-rampa se realizaron análisis de estabilidad cinemáticos, mientras que a escala global se realizó un análisis de equilibrio límite. Los parámetros de resistencia del macizo rocoso, así como los datos de sismicidad e hidrogeología fueron obtenidos de estudios anteriores. En esta etapa del proyecto la principal diferencia, respecto de la etapa de ingeniería de pre-factibilidad, radica en la disponibilidad de los parámetros resistentes de las estructuras obtenidas en los ensayos de laboratorio. La caracterización geotécnica realizada previamente en el proyecto resultó en la definición de 4 dominios estructurales: dominio estructural Veta de Barro, caracterizado por la predominancia de fallas y zonas de fallas con rumbo NW-SE; dominio estructural Los Laches, caracterizado por la predominancia de estructuras con rumbo WNW-ESE; dominio estructural La Perezosa Sur, caracterizado por la predominancia de estructuras con rumbo WNW-ESE y NE-SW; dominio estructural La Perezosa Norte, caracterizado por la predominancia de estructuras con rumbo E-W y N-S. Como parte de los trabajos a desarrollar en este estudio, fue necesario integrar la nueva información estructural disponible a la ya existente en la etapa anterior del proyecto. Esta integración incluía la verificación de los límites de los dominios estructurales existentes. Como resultado de este trabajo se concluye que no es necesario redefinir o modificar esta definición de dominios estructurales. A partir de los análisis cinemáticos se obtuvieron distintos ángulos inter-rampa para los diferentes dominios estructurales definidos para el proyecto. Las diferencias entre los ángulos inter-rampa propuestos para la etapa de pre-factibilidad versus la etapa de factibilidad corresponden a que los ángulos obtenidos en este estudio son ligeramente mayores a los obtenidos en la etapa previa. Para el dominio estructural Veta de Barro el nuevo ángulo es de 50° en comparación a los 48° obtenidos anteriormente. Para el dominio estructural Los Laches el ángulo aumenta de 48º a 52º. Para el dominio estructural La Perezosa Norte el nuevo ángulo es de 51° en comparación a los 49° obtenidos anteriormente. El dominio estructural La Perezosa Sur mantiene el ángulo de 48° inter-rampa propuesto en la etapa de pre-factibilidad. Considerando los resultados de los análisis de estabilidad global realizados para verificar el cumplimiento de los criterios de diseño de taludes durante el desarrollo de la mina se concluye que el diseño propuesto cumple con los criterios de aceptabilidad en todas las escalas estudiadas. Los análisis de estabilidad global, mostraron que la presión de poros juega un rol relevante en la estabilidad de los taludes en algunos sectores de la mina. Dado lo anterior, se ha recomendado el desarrollo de un programa de despresurización de taludes para asegurar la estabilidad de estos. Adicionalmente, se ha identificado taludes con factores de seguridad por sobre el mínimo requerido para el proyecto, por lo cual se ha recomendado verificar su potencial optimización contribuyendo en forma positiva en los parámetros económicos del proyecto.

Ingeniero Civil / La instrumentación y el monitoreo son aspectos claves para la seguridad y el control de grandes obras subterráneas, en particular si se trata de túneles urbanos de poca profundidad, ya que estos pueden afectar a los entornos en la superficie. Actualmente se están construyendo nuevas del Metro de Santiago, proyecto que involucra la excavación de 37 km de túneles y 28 estaciones. En estos proyectos se realizan grandes excavaciones, algunas en zonas densamente pobladas. Durante la construcción de éstas obras subterráneas, se implementó un plan de monitoreo geotécnico y estructural basado en mediciones geodésicas, cuyo objetivo fue controlar los movimientos de las obras en ejecución, verificar hipótesis de diseño y proveer seguridad. El presente documento tiene por objeto estudiar y analizar en detalle los resultados obtenidos por el monitoreo geodésico de desplazamientos, tanto a nivel de superficie como en profundidad, para así evaluar el comportamiento del terreno frente a este tipo de excavaciones y el desempeño de los métodos de medición empleados. Los datos medidos provienen de dos túneles estación y del túnel interestación entre ambos, todos construidos en suelos granulares gruesos y emplazados bajo la Avenida Carlos Valdovinos, en la comuna de Pedro Aguirre Cerda. De este trabajo se obtienen lecciones respecto al diseño, implementación y ejecución de un proyecto de instrumentación y monitoreo. Finalmente, se realizan recomendaciones y se proponen metodologías complementarias, con el fin de introducir mejoras en proyectos futuros.

El Proyecto: "Construcción del Centro de Rehabilitación para Minusválidos", ocupa un Área, entre las calles Campo Verde, La Av. La Molina, del Distrito de la Urbanización Campo Verde, Distrito de La Molina departamento de Lima. La solución propuesta ante el requerimiento estructural, se basa en los criterios de seguridad y economía. Tratándose de una Institución de Salud, cuya estabilidad debe asegurarse con el más alto grado de seguridad, pues debe ser la construcción más duradera ante un eventual desastre, el diseño estructural debe adecuarse a este requerimiento. El terreno sobre el cual se ubicarán las edificaciones proyectadas, tiene un suelo relativamente estable conformado por arena y grava mal graduada con limos de mediana compacidad, suave al excavar, definida como arena con grava con limos, con finos no plásticos, con suelo de fundación cuya potencia va en aumento conforme se profundice. Esto conlleva a tener cimentaciones corridas y zapatas conectadas con vigas de cimentación en ambos sentidos. De acuerdo a los análisis de mecánica de suelos no se ha detectado que haya problemas de agresividad del suelo al concreto o al acero.

Uno de los métodos más conocidos en el cálculo de asentamientos sobre suelos granulares es el método de Schmertmann. Este propone la obtención del valor del asentamiento a partir del uso del gráfico del factor de influencia de la deformación unitaria, el cual describe la variación de la deformación unitaria debido a la carga aplicada sobre la zapata a lo largo de la profundidad. Este gráfico tiene una configuración para el caso de zapatas cuadradas y otro para el caso de zapatas corridas, y plantea una interpolación lineal de los valores pico del gráfico y de la profundidad de influencia para obtener el asentamiento en una zapata. El principal objetivo de esta tesis ha sido determinar la validez de la interpolación lineal que Schmertmann plantea en su método de cálculo de asentamiento sobre suelos granulares para zapatas rectangulares, ya que este procedimiento es impreciso. Para tal fin, se llevó a cabo una serie de cálculos de asentamiento de manera manual con el método de Schmertmann y con las modificaciones planteadas por diversos autores. Estos valores se han comparado con los obtenidos a través de métodos computacionales por el software Plaxis 3D Foundation y haciendo uso del modelo constitutivo Hardening Soil. Se analizaron en total 17 casos de zapatas rectangulares de ancho constante de 2.4 m apoyadas sobre un estrato uniforme de arena limosa de parámetros calibrados a través del software y el modelo constitutivo anteriormente mencionados, sometidas a una carga constante de 200 kN/m2. Adicionalmente, se evaluó la variación de la deformación unitaria a partir de la construcción de las gráficas del factor de influencia planteado por Schmertmann. Los valores de asentamiento obtenidos a través del método computacional describen una variación no lineal, diferente a la planteada por Schmertmann. No obstante, los valores de asentamiento obtenidos por el método de Schmertmann difieren poco de los obtenidos por medio del método computacional, por lo que se puede inferir que la interpolación lineal del método de Schmertmann resta precisión al mismo. Se espera que futuras investigaciones puedan confirmar los resultados obtenidos en esta tesis a fin de establecer una metodología más precisa para el procedimiento de interpolación. PALABRAS CLAVE: Asentamiento, zapata rectangular, interpolación lineal, Plaxis 3D Foundation, Hardening Soil Model. / Tesis

Ingeniera Civil / El desarrollo de la ingeniería geotécnica se ha basado principalmente en el análisis de los suelos saturados. Sin embargo esta situación no es única ni la más habitual al enfrentar obras de ingeniería, pues a menudo los suelos se encuentran en un estado parcialmente saturado, cuyo comportamiento no es descrito correctamente por medio de las teorías tradicionales de suelos saturados. Los suelos parcialmente saturados presentan succión, la cual corresponde a un estado de tensiones definido por la presión de agua negativa presente en los poros. Este estado de tensiones afecta las propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos, y se encuentra íntimamente ligado a la capacidad del suelo de absorber agua a presión atmosférica. Por ésta razón, en este trabajo de título, se busca describir la implementación, en el laboratorio de ONE Geotecnia, de un ensayo que permita medir dicho parámetro. De los ensayos existentes, se implementará el método del papel filtro el cual permite medir de forma indirecta la succión total y su componente matricial. Finalmente se realizarán mediciones a suelos residuales, los cuales se compararán con valores obtenidos de la literatura, con el objetivo de corroborar la coherencia de los datos, validando la implementación y ejecución del ensayo.

Ingeniero Civil, Mención en Estructuras y Construcción / El gran tamaño de partículas de algunos materiales granulares gruesos dificulta la determinación de su resistencia al corte y características de deformación con ensayos geotécnicos de dimensiones convencionales. Esto es lo que motiva la utilización de técnicas de escalamiento de las muestras, como el método de gradación paralela también conocido como método de curvas homotéticas. Al hacer un escalamiento, es importante considerar el efecto de la rotura de partículas, ya que este es un fenómeno que controla el comportamiento de los materiales granulares. En este trabajo se aplica el método de gradación paralela en el análisis de la resistencia, compresibilidad y rotura de partículas de materiales quebrados del Proyecto Minero Chuquicamata Subterráneo (PMCHS). Para esto se ensayan 3 muestras tronadas de material grueso de PMCHS en el equipo triaxial de gran escala de IDIEM con probetas de 60 y 100 cm de diámetro. Estos resultados son comparados con ensayos triaxiales convencionales utilizando muestras de granulometría paralela asociadas a probetas de diámetro 5, 10 y 15 cm, sometidas a consolidación isotrópica entre 1 y 20 kg/cm2. Esta caracterización geotécnica se complementa con ensayos de densidad máxima y mínima y ensayos de compresión simple de partículas individuales. Los resultados de este estudio experimental indican que a través de las muestras escaladas es posible tener un buen acercamiento a la resistencia de la muestra gruesa (original). Sin embargo la rotura de partículas presenta una marcada diferencia entre las muestras escaladas y la muestra original, por lo cual se recomienda el uso de 3 muestras escaladas de diferente tamaño medio para así poder extrapolar la rotura de partículas de la muestra original.

Ingeniera Civil de Minas / Tradicionalmente, la estimación de la resistencia de pilares de roca se efectúa mediante fórmulas empíricas, que relacionan la resistencia a la compresión uniaxial de la roca, la calidad de la roca y las dimensiones del pilar. En la literatura existe una gran variedad de fórmulas que entregan resultados distintos para un mismo diseño. La mayoría de las fórmulas propuestas han sido analizadas con bases de datos acotadas a una sola mina, por lo que podrían presentar valores sesgados a un tipo de roca, forma de los pilares o a un régimen de esfuerzos entre otros. Adicionalmente, la fórmula a utilizar debe ser capaz de escalar la resistencia a la compresión uniaxial de un ensayo de laboratorio a la escala de un pilar. El objetivo de este trabajo es realiza un estudio del desempeño estadístico de las formulas actuales utilizadas para el diseño de pilares de roca de manera de identificar las fórmulas más apropiadas, junto con sus limitaciones. Este análisis permite proponer una nueva fórmula, de mejor desempeño estadístico, capaz de escalar apropiadamente la resistencia a la compresión uniaxial de un ensayo de laboratorio a la escala de un pilar. Para estudiar el desempeño de las fórmulas actuales de diseño de pilares se recopila una base de datos de pilares de la literatura. Se tiene un total de 267 casos históricos con información sobre geometría, calidad de la roca, profundidad y esfuerzo solicitante entre otros. Para medir el desempeño de cada fórmula se utilizan matrices de contingencia y métricas asociadas a esta. En este análisis se compara la condición de estabilidad real del pilar con la condición de estabilidad propuesta por cada fórmula de acuerdo al factor de seguridad. Se considera como una condición estable cuando se obtiene un factor de seguridad sobre 1.4, inestable para un factor de seguridad entre 1.0 y 1.4 y una condición de falla cuando la fórmula entrega un factor de seguridad menor a 1.0. Adicionalmente, se estudia la mejor metodología para incorporar el efecto del largo del pilar en la resistencia mediante el cálculo de un ancho efectivo. Para esto se aíslan los pilares barrera donde el largo juega un rol importante. Para estudiar el desempeño de las fórmulas a escala de laboratorio, se recopila una base de datos de ensayo de compresión uniaxial que contiene 579 datos para distintos tipos de roca y geometría. Con estos datos se analiza el desempeño de cada fórmula para estimar la resistencia del testigo, utilizando el coeficiente de determinación (R2). Como principal resultado se obtiene que las fórmulas propuestas por los autores Sjoberg (1992) y González (2006) presentan los mejores desempeños a escala de pilares. Sin embargo el desempeño de estas fórmulas es relativamente bajo a escala de laboratorio. Esto se debe principalmente a que los parámetros utilizados en las fórmulas de pilares no reproducen adecuadamente el valor de la resistencia a la compresión uniaxial de un testigo de roca para dimensiones estándares. En cuanto a las fórmulas desarrolladas a escala de laboratorio, la fórmula de Turk (1986) presenta desempeños mayores a cero para ambas escalas, sin embargo el desempeño a escala de pilares es considerablemente menor que el de las fórmulas que han sido desarrolladas para el diseño de pilares. Se concluye que ninguna de las fórmulas actualmente disponibles en la literatura es consistente a ambas escalas. Debido a esta limitación se procede a proponer una nueva fórmula que permita realizar el escalamiento desde laboratorio a pilares de roca. En cuanto a las metodologías para incorporar el efecto del largo del pilar en la resistencia se obtuvo que la metodología propuesta por Esterhuizen (2010) presenta mejores resultados. La fórmula propuesta se compone de funcionales que presentan buenos resultados en el análisis de desempeño, ya sea a escala de laboratorio como a escala de pilares. Los parámetros de estas funciones se ajustan utilizando 2/3 de ambas bases de datos. Con los datos restantes se verifica que los parámetros obtenidos sean consistentes y entreguen buenos desempeños. Para finalizar, se procede a ajustar los parámetros con la base de datos completa. La fórmula final propuesta queda dada por: S_p=〖UCS〗_50 (〖exp〗^(((RMR-100)/11.66) ) )^0.62 (0.75+0.5 W/H)^1.04 (0.05/W)^0.12 Dónde: - UCS50: Resistencia a la compresión uniaxial de la roca para un diámetro de 50 mm [MPa]. - RMR: Rock Mass Rating que indica la calidad del macizo rocoso. - W: Ancho efectivo del pilar según la fórmula de Esterhuizen [m]. - H: Altura del pilar [m] Esta fórmula presenta un desempeño mayor que las fórmulas encontradas en la literatura y una mayor consistencia para un amplio rango de calidades de roca. Adicionalmente, presenta un desempeño para ensayos de laboratorio de R2=0.51, el cual es mayor al de las fórmulas desarrolladas a escala de laboratorio. La validez de la fórmula propuesta queda determinada por los rangos de valores presentes en la base de datos. Estos son un RMR entre 50 y 85, razón de W/H entre 0.5 y 3, anchos de pilares de hasta 50 metros, alturas de hasta 30 metros, un UCS entre 44 y 300 MPa y profundidades hasta los 600 metros. Además, es válida tanto para pilares en minería de Room and Pillar como de Sub-level Stoping.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / Las variables físicas de suelos parcialmente saturados son poco conocidas y utilizadas en experiencias de lixiviación de minerales. El propósito de este trabajo consiste en analizar el comportamiento hidrodinámico al interior de columnas de lixiviación a través de simulaciones en SVFlux y experiencias en laboratorio, evaluando las principales variables de suelos parcialmente saturados para un mineral de óxidos de cobre con características similares a las observadas en pilas de lixiviación, para luego proponer un modelo matemático para estimar el proceso de saturación. Los parámetros y variables del suelo son estimados a partir de ensayos en laboratorio y ecuaciones empíricas reportadas en literatura, destacando entre éstas la obtención de la curva de retención de agua (SWCC) a partir de la curva de distribución de tamaño de partícula (PSD). Las experiencias en laboratorio consisten en la lixiviación y caracterización del mineral de cobre. La lixiviación se realiza en columnas de vidrio de diámetros de 20, 40 y 80 mm, con igual altura y tasa de riego, utilizando condiciones externas similares a las encontradas en pilas a nivel industrial. El monitoreo consta de mediciones periódicas de la capacidad de retención observada para cada columna. Las simulaciones realizadas integran los parámetros obtenidos experimentalmente en búsqueda de tener resultados similares a los conseguidos en el laboratorio. Las experiencias en laboratorio muestran que la saturación en columnas se lleva a cabo de forma longitudinal y transversal a éstas, teniendo un proceso de saturación asintótico que logra un máximo similar entre columnas en el que solo difieren en el tiempo en alcanzar dicha condición, siendo éste menor para columnas de menor diámetro. Las simulaciones realizadas muestran valores cercanos a los obtenidos experimentalmente pero con menores tiempos en alcanzar dicha condición, donde no es posible observar el efecto del diámetro de columna observado experimentalmente. El rango de succiones registradas en simulaciones muestra que el proceso de lixiviación observado ocurre en una zona de la curva SWCC distante a las condiciones de un suelo saturado. El modelo propuesto para la saturación muestra un buen ajuste tanto para resultados experimentales como computacionales.

En este trabajo, que tiene por tema la determinación de los coeficientes de reducción de capacidad de suelos para el diseño geotécnico por estados límites, se parte por exponer los diferentes métodos de diseño que existen para el diseño geotécnico de cimentaciones. Así, se puede tener una idea de cómo han evolucionado los métodos y cuales son las deficiencias de cada uno de ellos. Luego, se presenta y justifica el procedimiento estadístico que se empleará para la determinación de los diferentes factores de reducción. Aquí también se presentan las condiciones que deben cumplir los datos para que los resultados sean estadísticamente válidos. Posteriormente, se aplica el procedimiento mencionado para procesar los datos recolectados de suelos peruanos. Los suelos son agrupados de acuerdo a sus características geomecánicas en tres grupos, buscando de esta manera obtener los factores de reducción más bajos posibles. Finalmente, se evalúa la influencia de los principales factores que afectan en la capacidad portante del suelo, sobre la diferencia porcentual que se obtiene al realizar el diseño geotécnico con los nuevos factores de reducción y comparándolos con los resultados que se obtienen cuando se diseña con los factores tradicionales. Además, se realiza un diseño comparativo de tres zapatas aisladas para mostrar el ahorro económico que se consigue al utilizar los nuevos factores de reducción en el método de los estados límites.