Ingeniero Civil / Las solicitaciones sísmicas, obligan a las estructuras a deformarse fuera del rango lineal. Una forma de resistir tales cargas, es diseñar vigas que formen rótulas plásticas en sus extremos y roten con respecto a las columnas. Esta capacidad de rotación está limitada, entre otros, por el pandeo local en la zona de formación de rótulas plásticas. Ante la necesidad de cuantificar este efecto, en este trabajo se construye un modelo analítico que representa el pandeo local, a través de la degradación de la capacidad resistente, en un sistema viga-columna de perfiles H. El modelo que se presenta en este trabajo, consiste de un sistema viga-columna que separa la viga en una zona de rótula plástica, que concentra la no-linealidad del sistema, y otra zona de viga lineal-elástica. La zona de rótula plástica está constituida de barras uniaxiales, capaces de pandearse, que trabajan en ciclos de tracción y compresión. Las barras han sido compatibilizadas a nivel de sus deformaciones en los extremos, mediante un sistema de placas rígidas, que imponen la hipótesis de Bernoulli en los extremos de la zona de rótula plástica. Tales barras, han sido modeladas anteriormente por Lastra (2012), usando elementos capaces de concentrar la no-linealidad en sus extremos a través de una ley constitutiva para barras de acero de refuerzo. Los resultados del modelo, son comparados con ensayos experimentales que constan con igual configuración viga-columna. Estas comparaciones se realizan sobre el punto de aplicación del desplazamiento y sobre la unión viga-columna, para los cuales se compara la resistencia máxima y el momento máximo respectivamente. De ellos se observa que el modelo representa el fenómeno de rótula plástica adecuadamente, pero con una imprecisión en la resistencia máxima, que en el peor de los casos alcanza el 20%. El modelo se somete a análisis de variación del largo de rótula plástica y del número de barras que descomponen el perfil. Ambos análisis coinciden en que la relación entre el largo y el diámetro de las barras individuales es el factor que determina la respuesta del modelo. Sin embargo el planteamiento del presente modelo no permite variar de forma continua tal relación, y por tanto no permite ajustarlo a los ensayos experimentales. Queda pendiente para trabajos futuros, modificar la formulación del modelo con tal de hacer esto posible.

Ingeniero Civil / Para determinar el modo de falla y la carga crítica asociada, se realizaron tres tipos de análisis. Bajo el criterio descrito por la norma de diseño AISC, según las fórmulas desarrolladas por Marsh (1997) en su trabajo Design of Single and Multiple Angle Columns and Beams y mediante un análisis no lineal a través del programa de elementos finitos ANSYS, en el cual se realiza un estudio estático tipo Push-Over. La metodología utilizada consistió en calcular la carga crítica y modo de falla dada por cada método de análisis. Además, con los modelos de elementos finitos se determinaron las solicitaciones sobre las placas de conexión de los arriostramientos, tanto su magnitud como la distribución sobre las caras de las placas. Para el desarrollo de la investigación se utilizó una gama de perfiles XL de dimensiones comúnmente utilizadas en la práctica y largos totales de 1.5, 2.5, 5 y 10 metros. Con los resultados obtenidos se generó una clasificación de la falla predominante en los perfiles XL y se definió que la tendencia de los perfiles a fallar por torsión se encuentra relacionada con la razón entre la esbeltez global y local menor a 5.5. Por el otro lado, los elementos que superan este valor muestran fallar por pandeo flexural. Finalmente, para los elementos que fallen por flexión, se recomienda diseñar la conexión de cada cara de la placa para la carga total obtenida. Mientras que para los elementos con falla torsional es posible utilizar la mitad de la carga para cada conexión.

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Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 25/11/2020. / Ingeniero Civil

Ingeniero Civil / El estudio del comportamiento de riostras de pandeo restringido conlleva a la necesidad de implementar un sistema de ensayo para poder obtener resultados e información relevante su desempeño sísmico. Estos elementos se componen de un perfil de acero interior rodeado por otro perfil de acero y una capa de mortero u otro material confinante entre ambos, se caracteriza por presentar estabilidad lateral ante demandas axiales alcanzando resistencia similar tanto en tracción como en compresión sin sufrir pandeo, y son útiles ante demandas sísmicas actuando como disipadores de energía. El objetivo del presente trabajo es el diseño y construcción de un sistema de ensayo de tracción y compresión para riostras de pandeo restringido. Dicho sistema es capaz de proporcionar la carga de manera axial solamente mediante un actuador hidráulico de 25 [ton] de capacidad. El sistema de ensayo entrega como resultado las curvas de carga versus desplazamiento para caracterizar cuantitativamente el desempeño de los prototipos de riostra en términos de disipación de energía ante la acción cíclica, y posee un sistema de control sencillo para poder aplicar los ciclos de carga de acuerdo a las disposiciones y recomendaciones para este tipo de ensayos. Para llevar a cabo lo anterior se implementó el sistema de ensayo en el laboratorio de estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, donde se dispuso la instalación estructural lo suficientemente resistente para soportar las cargas generadas durante los ensayos. Como resultado se tiene un sistema que entrega mediciones confiables y son útiles para caracterizar cada prototipo ensayado, además de poseer un sistema de montaje y operación lo más sencillo posible.

Ingeniera Civil / Los marcos con riostras de pandeo restringido (BRBFs) están siendo recientemente introducidos en Chile, considerando sus ventajas por sobre los marcos concéntricos convencionales (CBFs), sin embargo, aún no han sido incluídos en las normas de diseño sísmico. En este estudio se diseñan bajo el código chileno tres edificos de oficinas, de 4, 9 y 15 pisos, con la misma planta tipo y estructurados con marcos BRBF, para luego evaluar su desempeño sísmico. Las estructuras se asumen localizadas en la costa central del país, donde la sismicidad está dominada por grandes sismos de subducción. Los diseños quedan controlados en todos los casos por el corte basal mínimo especificado en la norma, mientras que los diseños de 9 y 15 pisos quedan controlados también por el desplazamiento máximo entre pisos. Los edificios resultantes son modelados considerando las no linealidades más importantes del problema y luego son sometidos a dos tipos de análisis no lineales: estático (pushover) y análisis no lineal dinámico (tiempo-historia), para el cual se utilizan nueve registros de aceleración de terremotos chilenos, de los últimos diez años . El desempeño de los prototipos es evaluado en términos de corte basal, distorsión de pisos, importancia de los efectos de segundo orden y probabilidad de colapso. Finalmente se obtienen los factores de modificación de respuesta sísmica, que son calculados para concluir respecto a la importancia de la sobrerresistencia y ductilidad de los diseños resultantes. Los resultados de los pushover muestran una alta ductilidad en la respuesta de las estructuras pero con una sobrerresistencia limitada. Los resultados de los análisis tiempo historia muestran que con la norma chilena actual, las estructuras exhiben un comportamiento adecuado y poseen una reserva de capacidad significativa.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene por objetivo identificar los principales modos de falla en perfiles armados XL sometidos a carga cíclica y su vinculación con propiedades geométricas y de comportamiento estructural. Parámetros estudiados son las fuerzas máximas de tracción y compresión, la degradación de la capacidad compresiva, la ductilidad y las fuerzas en las conexiones con la placa gusset y en la intersección de las diagonales. Adicionalmente, se comparan los efectos de utilizar dos espaciamientos de placas separadoras: cada un cuarto y un octavo del largo total del arriostramiento. Para proceder, se realiza un análisis no lineal de tipo pushover en el software de elementos finitos ANSYS Workbench 15. Se estudian en total 74 elementos, con secciones variando en altura de 80 a 400 mm, espesores de 4 a 16 mm y largos de 3 a 6 m. Como resultado, se establece una relación entre el modo de falla y el cociente entre la esbeltez y la compacidad de la sección transversal: perfiles con una relación de esbelteces mayor a 10 tienden a fallar por flexión; cuando la razón está comprendida entre 6 y 10 fallan por flexotorsión, mientras que para valores menores a 6 lo hacen por torsión. Se identifica que los perfiles con una relación de esbelteces menor a 4 no experimentan deformaciones laterales ni aparición de una rótula plástica, por lo cual presentan una alta ductilidad y prácticamente nula degradación en la capacidad compresiva. En cuanto a las fuerzas en las conexiones, los casos más desfavorables se vinculan con perfiles con falla flexotorsional y flexural, ya que las demandas tienden a ser crecientes con la relación de esbelteces para los ejes de las conexiones que concentran las fuerzas más críticas. Finalmente, se recomienda distanciar los interconectores a un cuarto del largo total, por cuanto se aumenta la capacidad de deformación inelástica y se disminuyen las fuerzas en las conexiones. Además, se sugiere evitar la implementación de perfiles con falla flexotorsional, ya que mostraron fallar prematuramente y además, producto de la forma de pandeo, suponen costos de reparación mayores.

Ingeniero Civil / Los arriostramientos convencionales de acero se pandean en compresión y se fracturan en pocos ciclos. Por dicho motivo se propone como elemento de protección sísmica, un arriostramiento de pandeo restringido que usa un material no tradicional para confinar el elemento de acero con el fin de evitar el pandeo. Este trabajo tiene como objetivo estudiar experimentalmente el comportamiento de un arriostramiento de pandeo restringido por un material no tradicional ante solicitaciones monotónicas y cíclicas. El ensayo consiste, básicamente, en imponer a los arriostramientos desplazamientos monotónicos o cíclicos, alternadamente de tracción y compresión, a niveles crecientes de amplitud hasta llegar a la falla del elemento. Además se verifican las propiedades dinámicas (módulo de corte G y amortiguamiento β) del elastómero utilizando una máquina para ensayar probetas a corte directo y las propiedades mecánicas del núcleo de acero. Se fabrican 4 probetas con distintas configuraciones del tubo exterior y de la interfaz entre el núcleo y el material confinante. La primera consta de un tubo cuadrado, una interfaz no adherida o unbonded; la segunda consta de un tubo cuadrado, una interfaz unbonded; la tercera consta de un tubo cuadrado, una interfaz adherida o bonded y la cuarta consta de un tubo exterior cuadrado con tapas en sus extremos, una interfaz unbonded. A la primera se le aplica una acción monotónicamente creciente y a las otras tres acciones cíclicas crecientes en magnitud. Se concluye que el nuevo material confinante restringe parcialmente el pandeo del núcleo de acero, los ciclos de histéresis presentan mayor capacidad en tracción que en compresión, en tracción se observa la fluencia del acero y los arriostramientos tienen capacidad de disipación de energía. Además, el peso del prototipo es menor que los arriostramientos rellenos con mortero de hormigón, lo que avala continuar con el estudio de estos prototipos. Esta investigación es financiada por el proyecto CA13I10026 del Programa IDeA Fondef Conicyt.

Los requerimientos actuales para el diseño sísmico de elementos de hormigón armado exigen un adecuado detallamiento de las zonas donde se espera que ocurran deformaciones inelásticas. En dichas zonas, se espera que los valores alcanzados por la amplitud de las deformaciones unitarias sean significativos, ya que durante sismos moderados dicha amplitud puede sobrepasar el 2%. A partir de ensayos cíclicos en elementos estructurales de hormigón armado, se observan tres modos de falla que pueden asociarse a la pérdida de ductilidad. Estos modos de falla son los siguientes: falla por compresión en el núcleo de hormigón debido a falta de confinamiento, pandeo por compresión en las barras de refuerzo longitudinal y fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal. El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar alternativas que permitan modelar la fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal en elementos estructurales de hormigón armado. El trabajo, de carácter teórico, pretende proveer información referente a la degradación de la capacidad resistente en el refuerzo longitudinal considerando la degradación cíclica producto de la fatiga de bajo número de ciclos, considerando además el efecto conjunto del pandeo al cual éstas barras son susceptibles de experimentar. En la actualidad, existe un modelo numérico de plasticidad concentrada desarrollado por Massone y Moroder (2009), validado por Lacaze (2009), capaz de representar la degradación en la capacidad resistente del refuerzo longitudinal producto del pandeo. Utilizando este modelo como base se incorporan diferentes alternativas que permiten modelar la degradación cíclica en el refuerzo. En este caso la metodología aplicada consiste en utilizar modelos de fatiga de materiales existentes en la literatura. Con esto es posible implementar el modelo de degradación cíclica para así determinar el efecto conjunto del pandeo y de la fatiga de bajo número de ciclos. La validación y calibración del modelo se realiza en base a los resultados experimentales disponibles en la literatura. Al comparar los resultados analíticos con los resultados experimentales, fue posible cuantificar la disminución en la capacidad resistente del material, llegando a disminuciones cercanas al 25%, dependiendo de la amplitud de deformación a la cual está sometido el espécimen. El modelo es capaz de representar el efecto que considera que a mayor amplitud de deformación, menor es la cantidad de ciclos para la falla del elemento. Por otra parte, el modelo permite representar la degradación cíclica del material pero no fue posible representar la última etapa de la degradación cíclica, correspondiente a la fractura del refuerzo producto del daño progresivo que experimenta el elemento.

Ingeniera Civil / El terremoto del 27 de febrero de 2010 dejó numerosos daños que afectaron parte de la obra gruesa de las construcciones en el país. Uno de los patrones más observados fue a nivel de subterráneos y primer piso donde suelen variar la distribución estructural y forma de los muros. Las cabezas de los muros es la zona donde se encuentran las mayores deformaciones de compresión producto de las cargas de flexión y compresión provocando el descascaramiento del muro. Éste fenómeno deja expuestas a las barras de refuerzo, enfrentándolas a la acción sísmica sin restricciones laterales mas allá de los estribos, provocando inevitablemente pandeo en ellas. Esta Memoria de titulo tiene como propósito comprender, a través de ensayos experimentales, el comportamiento a la fatiga con bajo número de ciclos de las barras de acero utilizadas en la construcción de elementos de hormigón armado. Se quiere determinar el número de ciclos que son necesarios para que distintas barras de refuerzo fallen por fatiga tras exponerlas a niveles altos de deformación. Además se desea incorporar el pandeo de las barras, ya que en la literatura actual no se ha abordado éste tema. El objetivo de cargar las probetas de forma cíclica es simular un movimiento sísmico y ver el comportamiento de cada una de ellas variando sus características geométricas. Con éste propósito se varían seis relaciones largo/diámetro (L/d) en el caso de barras Φ 8 y 4 relaciones L/d para Φ 16 sometiéndolas a diferentes rangos de deformaciones que varían entre un 1% y un 5% aproximadamente. Además de demostrar que la relación largo/diámetro tiene poco impacto en el comportamiento de las curvas (obteniéndose un leve aumento en el número de ciclos para el mismo nivel de deformación), se observa la similitud con los modelos existentes en la literatura.