Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar los modos de falla predominantes en perfiles XL de acero estructural sometidos directamente a cargas monotónicas y cíclicas incrementales, con el fin de comprobar si se cumplen las relaciones entre la curva de pandeo y las relaciones geométricas de esbeltez encontradas en memorias anteriores. Para ello se llevan a cabo 6 experimentos en el Laboratorio de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, donde se prueban 3 pares de perfiles XL diseñados en base a las normas de la AISC, conformados por ángulos de iguales dimensiones, soldados a placas gusset de iguales características, y con 3 conectores intermedios soldados ubicados en los cuartos de su longitud de pandeo, variando solo esta última medida entre los pares, nombrados como cortos , intermedios y largos . Durante los ensayos se utilizan LVDT s, inclinómetros y una celda de carga para registrar los desplazamientos de la sección transversal, el cambio de longitud de los especímenes, los movimientos del montaje experimental, y la fuerza de reacción provocada por la riostra. El resultado esperado era que los perfiles más cortos mostraran un pandeo torsional, que los de longitud intermedia tuvieran un pandeo flexo-torsional, y que los más largos exhibieran un pandeo de flexión pura. Sin embargo, los 6 perfiles XL manifiestan un pandeo de flexión en torno a su eje geométrico vertical, por lo que no se cumple la relación entre su esbeltez y el modo de falla encontrada en los estudios numéricos de elementos finitos. No obstante, hay que mencionar que los experimentos se diferenciaban de los modelos en las restricciones de desplazamiento y giro del conector central y en la esbeltez local de los ángulos. Por otro lado, todos los especímenes muestran una rótula plástica ubicada en el ala horizontal de un ángulo, entre el conector central y uno extremo, que separa la riostra en 2 tramos y permite la libre rotación de ambas partes en los desplazamientos a compresión, donde se propaga paulatinamente una grieta por fatiga de material, es decir, sin falla frágil, siendo este mecanismo el que produce la mayor disipación de energía. Además, la deformación fuera del plano durante la compresión es tan grande que se produce la fluencia del material en las fibras traccionadas por flexión, en el ángulo opuesto de la formación de la rótula, que luego se manifiesta como un pandeo en aquel punto al momento de enderezar el perfil. Finalmente, 4 de los perfiles superan la capacidad esperada a compresión, mientras que los perfiles cortos solo sobrepasan la nominal calculada con la fluencia experimental del acero componente. Asimismo, ningún espécimen fue capaz de superar la capacidad nominal a tracción dada por la fluencia del estudio de materiales.

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.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Las diagonales de pandeo restringido son disipadores sísmicos compuestos por un núcleo de acero cubierto por un elemento que impide su pandeo. Esta condición permite que la histéresis asociada al elemento sea amplia, y con gran capacidad de disipar energía. Debido al elemento restrictor, no es posible hacer una inspección visual directa luego de un gran sismo, y toma importancia conocer los resultados de la identificación del sistema cuando las diagonales trabajan disipando energía. Para ello, se evalúa la respuesta no lineal con un modelo Bouc-Wen calibrado para representar Diagonales de Pandeo Restringido, en un sistema de un grado de libertad, y en un marco diseñado con estos elementos. Se usan registros sísmicos reales y de ruido blanco como aceleración basal. Los resultados obtenidos se procesan con tres técnicas de identificación lineal, ampliamente usadas: Espectro de Densidad de Potencia (PSD), Identificación en el SubEspacio Estocástico, SSI-COV, y Multivariable Output Error State Space, MOESP. Los registros se aplican primeramente para que los sistemas trabajen en respuesta lineal, y luego cada excitación es amplificada para obtener la respuesta en tres niveles de incursión no lineal. Se analizan la respuesta en frecuencia, amortiguamiento y formas modales. En el sistema de un grado de libertad se realiza un análisis de sensibilidad de los parámetros del modelo, variando la rigidez post-fluencia de la histéresis y la suavidad de la curva en la transición a la fluencia. En el marco se realiza un análisis sobre el marco modelado con diagonales bilineales, y otro cuyas diagonales son modeladas con histéresis suavizada. El resultado es que las técnicas de identificación detectan frecuencias cercanas a la elástica en todos los sistemas, que disminuyen a medida que se entra en el rango no lineal. El amortiguamiento aumenta con la incursión en el rango no lineal y presenta gran dispersión en su determinación. Para el caso del marco, este comportamiento es más significativo en los modos principales del sistema. Cuando se analizan las formas modales identificadas en el análisis del marco, la primera forma permanece sin grandes cambios, mientras que las otras formas exhiben mayores grados de dispersión. De cualquier manera, visualmente siguen siendo reconocibles, aunque en algunos casos se acoplen con otras formas modales. El parámetro del modelo Bouc-Wen que más influye en los cambios es el que controla la transición a la fluencia y la suavidad de la histéresis. Para pequeñas no linealidades y una ley bilineal, la identificación arroja resultados iguales a la que se obtiene de un sistema lineal. Todas las técnicas de identificación arrojan resultados consistentes entre sí, pero no indican en forma clara el grado de no linealidad alcanzado por el sistema.