Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica. Ingeniero Civil / Esta Tesis elabora el primer modelo 3D de velocidad de onda de corte para la Cuenca de Santiago utilizando la técnica de tomografía de ruido sísmico. La ocurrencia reciente y futura de terremotos en la zona central de Chile enfatizan la necesidad de contar con un modelo de velocidad de onda de corte que considere variaciones verticales y laterales, y que permita una evaluación acabada de respuesta sísmica de la Cuenca de Santiago. Este trabajo utiliza registros continuos de ruido sísmico provistos por una red temporal de estaciones banda ancha del Centro Sismológico Nacional (CSN) y parte de la red nacional de acelerógrafos (RNA) desplegados sobre la Cuenca. Las componentes verticales de los registros son utilizadas para estimar la función de Green empírica del medio a través del cálculo espectral de la correlación cruzada de ruido sísmico y su similitud con una función de Bessel del primer tipo de orden cero. Esta información es utilizada para calcular curvas de dispersión y tiempos de viaje de ondas Rayleigh para todos los pares de estaciones disponibles entre los 0,1[Hz] y 5[Hz]. La varianza asociada al cálculo de las curvas de dispersión es determinada utilizando el método de Bootstrap modificado para un número de 1000 remuestreos con reposición. Los tiempos de viaje estimados son invertidos mediante un esquema de mínimos cuadrados regularizados con peso, obteniendo mapas de velocidad de fase o tomogramas entre los 0,2[Hz] y 1,1[Hz]. Los mapas de velocidad de fase son utilizados para reconstruir curvas de dispersión en toda la Cuenca e invertir perfiles 1D de velocidad de onda de corte por medio de simulaciones de Monte Carlo. Luego, a partir de estos perfiles de velocidad, se elaboran mapas de velocidad de onda de corte a diferentes profundidades por medio de una interpolación de kriging ordinario y un modelo de variograma esférico. El modelo 3D de velocidad de onda de corte presenta variaciones laterales o anomalías de hasta un 20% del valor medio en el plano E-N, que disminuyen su amplitud a medida que aumenta la profundidad. Las variaciones detectadas en el modelo permiten establecer que el sector norte de la Cuenca posee una rigidez menor al sector sur, exceptuando la zona en donde se ubica el cerro San Cristóbal. La sensibilidad del modelo está acotada entre los 700[m] y los 5-6[km] de profundidad, por lo que carece de un nivel de resolución que permita dilucidar la transición entre las formaciones geológicas profundas y los sedimentos a nivel de superficie. Se recomienda complementar los resultados obtenidos desplegando estaciones temporales en aquellos sectores con mala cobertura de rayos, y campañas locales de medición que permitan mejorar la resolución superficial del modelo. Finalmente, se recomienda utilizar el modelo 3D de velocidad de onda de corte para realizar un modelamiento numérico del comportamiento dinámico de la Cuenca y analizar el efecto que genera la presencia de heterogeneidades de velocidad profundas sobre los acelerogramas y contenido espectral a nivel de superficie.

Ingeniero Civil Eléctrico / Éste trabajo surge de la necesidad, por parte del Departamento de Astronomía, de conocer las características del Southern Millimeter-Wave Telescope (SMWT), también conocido como el telescopio Mini, para su uso como instrumento de medición, con el propósito de validar los resultados de las observaciones astronómicas frente a la comunidad científica. El objetivo de esta memoria es realizar mediciones experimentales del patrón de radiación del telescopio, implementando la instrumentación necesaria para este tipo de pruebas, y luego obtener los parámetros más relevantes de dicho patrón, junto con la eficiencia del haz del Mini. Dichos parámetros deben ser validados mediante simulaciones computacionales y contrastados con resultados teóricos. Para conseguir esto se construyó una fuente de radiofrecuencia capaz de operar a 115.3 GHz, que corresponde a la frecuencia del la línea de monóxido de carbono. Dicha fuente debe ser desplegada a una distancia mayor a 1.14 km desde el telescopio, y debe localizarse en un lugar con una elevación de 1º sobre el horizonte de éste. Previo estudio en terreno, se decidió utilizar un sector del Cerro Manquehue para posicionar la antena, realizando las mediciones entre el 28 y el 31 de Enero de 2013. Para la validación de los resultados, se construyeron modelos del sistema óptico del telescopio usando el software CST Microwave Studio, para lo cual se revisó la documentación del diseño del telescopio, que data de los años 70. Además se desarrolló un método numérico, basado en la teoría de difracción escalar, para poder replicar características del telescopio que no fue posible obtener con CST. Se logró estimar los parámetros más relevantes del patrón de radiación, con un margen de error menor al 3 %. Con respecto a la eficiencia del haz se obtuvo un resultado que difiere en un 3% con respecto a mediciones realizadas en los años 80. A pesar de esto, no fue posible construir un modelo que replique geométricamente el sistema de los reflectores, por lo que no se pudo analizar los efectos de desplazamiento del secundario. Precisamente por esto se propone, como trabajo futuro, utilizar métodos más avanzados para analizar la estructura del sistema de reflectores, que puede ayudar a facilitar la alineación del sistema óptico y a obtener patrones en el caso que se decida cambiar la alimentación del telescopio.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / La teoría clásica en sismología que explica la transmisión de ondas en un medio elástico se sustenta sobre las bases de la ley de Hooke, la cual relaciona linealmente los esfuerzos aplicados a un cierto sólido con la deformación que éste sufre. Si bien ésta es válida en la mayoría de los casos, es posible que no explique todos los fenómenos ondulatorios en medios elásticos. Para algunos casos es necesaria una relación constitutiva que incluya términos de mayor orden, o términos nolineales. Esto es posible debido a la existencia de una relación entre la Energía Interna de Deformación y los invariantes del tensor de deformación. El trabajo teórico desarrollado en este estudio incorpora la transmisión de ondas dispersivas en un medio nolineal, la cual entrega ecuaciones diferenciales nolineales. Éstas, bajo ciertas condiciones, presentan soluciones de Ondas Solitarias, es decir, son ondas viajeras que no pierden su forma de onda a medida que se propagan. Las soluciones a los modelos presentan velocidades de fase levemente mayores a la velocidad de la onda S, periodos cercanos a los 150 s, deformaciones permanentes y amplitudes de onda inversamente proporcionales a la raíz de los coeficientes de nolinealidad. Estas ondas se observan principalmente en zonas cercanas al hipocentro de sismos de magnitud moderada y donde las rocas se comporten nolinealmente con endurecimiento, esto significa que a medida que los esfuerzos aplicados sean mayores, la roca será más dificil de deformar. Estos resultados se comparan con observaciones de sismos registrados en Estados Unidos: un sismo Mw 5.1 ocurrido el 29 de Septiembre del 2004 y otro Mw 4.8 que ocurrió el 8 de octubre del 2006. El análisis de señales comprende: pruebas de ruido que muestran que las señales son parte del sismo y no ruido sísmico ambiente, gráficos distancia vs tiempo que muestran una velocidad de fase relativamente constante para la onda y estudios de polarización y amplitudes esperadas en cada estación que muestran movimientos de partícula concordante con el 50% de los datos. En las réplicas estudiadas del terremoto de Chile del 27 de Febrero del 2010, de los registros estudiados, no se observaron las señales de periodo largo, lo cual muestra que la geología de Chile no cumple las condiciones necesarias para la propagación de ondas solitarias. Por otro lado, al revisar la literatura se puede establecer que sismos de profundidad intermedia y mayor no generan estas ondas de baja frecuencia, sólo se observan en sismos superficiales (intraplaca). Es por esto que no se espera observar estas señales en las réplicas del terremoto de Chile. Si bien estos resultados muestran que hay observaciones que cumplen con las condiciones del modelo, no es una conclusión definitiva. Se deben realizar más pruebas para demostrar que la totalidad de los datos sean consistentes con la teoría, éstas deben incluír: estudios de la reología de la zona y estudios de otros procesos nolineales en la zona de ruptura del terremoto.

Las instalaciones subterráneas son parte importante de la actividad minera en cavernas y forman parte de diferentes etapas de proceso en la producción minera, operaciones con equipos de gran magnitud y peso, áreas de almacenamiento, sectores habitacionales de personas, etc. En Chile las instalaciones subterráneas están frecuentemente sometidas a actividad sísmica, registrándose tasas de daños menores que en instalaciones superficiales, es por esto que se hace importante conocer y comparar el comportamiento de las estructuras subterráneas respecto de las superficiales, con el fin de desarrollar los diseños acorde a las solicitaciones sísmicas en niveles inferiores del terreno. Este trabajo está orientado a determinar las diferencias que existen entre los fenómenos dinámicos que ocurren en superficie respecto de los subterráneos, haciendo un análisis teórico de propagación de ondas en suelos para luego trabajar con registros sísmicos, identificando los fenómenos de superficie y así calibrarlos en profundidad. Siguiendo la metodología de autores anteriores se analizó el efecto de las ondas Rayleigh en un registro de aceleraciones superficiales del terremoto de 1985, en particular la estación de la UTFSM (roca), midiendo sus efectos en las aceleraciones peak y espectros de respuesta. De los resultados se concluyó que para este registro, los efectos de las ondas Rayleigh tienen nula influencia en la aceleración peak y los espectros de respuesta superficiales. Esto implica que el registro está controlado por ondas de cuerpo al igual que un ambiente subterraneo. Luego se analizó la propagación de ondas de corte en un estrato semi-infinito para varios registros sísmicos y diferentes características del estrato. Analizando las aceleraciones en profundidad para estratos rocosos (1500 m/s velocidad onda de corte promedio), se observan atenuaciones del orden del 30% a los 60 metros de profundidad, manteniéndose constantes bajo esta profundidad. Este fenómeno es producido por las condiciones de borde del estrato, ya que el esfuerzo de corte es nulo en superficie. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran el comportamiento de un perfil de aceleraciones en profundidad, esto de manera teórica en base a modelos simplificados, por lo que más allá de entregar un valor concreto para diseño sísmico, se identifica un fenómeno a considerar en el diseño de cada proyecto. Por lo anterior es necesario un buen detallamiento y recopilación de antecedentes para el proyecto y así lograr un diseño acorde a las características y condiciones a las que se somete.

En este trabajo se estudia la respuesta sísmica real de edificios instrumentados, ubicados en zona epicentral de terremotos de gran magnitud, a través del análisis de los acelerogramas registrados en diversos niveles de las estructuras. Se usaron prácticamente los únicos registros sísmicos que cumplían con estas características, que son los datos obtenidos en los edificios Holiday Inn (terremotos de San Fernando 1971 y Northridge 1994) y Bank of California (terremoto de San Fernando 1971), ubicados en Los Ángeles, CA, EEUU; y la estructura soportante de la caldera colgante de la C.T. Ventanas II (terremoto de Chile Central 1985) ubicada en Ventanas, Chile. Del análisis realizado a los registros sísmicos obtenidos en los edificios no se pudieron apreciar los períodos modales de las estructuras, supuesto fundamental en que se basa el método modal espectral considerado en las normas de diseño sísmico actuales, aún en los casos en que la respuesta de los edificios fue prácticamente lineal. Aplicando la técnica del odograma se identificó que los períodos presentes en los registros sísmicos eran producto de la propagación de ondas sísmicas al interior de los edificios, las cuales le imponían sus períodos y trayectorias a la estructura. Estas ondas corresponden a tres tipos: las tipo Rayleigh, las cuales se caracterizan por tener una trayectoria elíptica (retrógrada o prógrada) polarizada en un plano vertical y por propagarse verticalmente con una velocidad similar a la velocidad de onda de corte (Vs ) del suelo de fundación, las de Suelo, que tienen un movimiento acoplado en el plano horizontal y que representan liberación de energía mediante vibración libre del suelo y las de Rocking, que inducen un giro de cuerpo rígido en los edificios, y la magnitud de su efecto depende principalmente de la calidad del suelo y de la altura del edificio. Estos dos últimos tipos de ondas no inducen desplazamientos relativos importantes en las estructuras, por lo tanto no generan tensiones internas en los elementos estructurales, pero si son capaces de generar altas aceleraciones en los niveles de los edificios, las cuales influyen directamente en los elementos no estructurales sensibles a fuerzas inerciales. Además, se comprueba que las ondas tipo Rayleigh de baja frecuencia son capaces de generar desplazamientos relativos horizontales y verticales de manera acoplada, lo cual es especialmente crítico para las uniones de estructuras de marcos, mientras que las ondas tipo Rayleigh de alta frecuencia, al igual que las ondas de Suelo y de Rocking, generan altas aceleraciones en los niveles de los edificios. A partir de las características de las ondas identificadas, se proponen métodos para estimar las solicitaciones sísmicas sobre los edificios y sus elementos no estructurales. Para la estructura se presenta un método simple para calcular los desplazamientos relativos de entrepiso producidos por la propagación vertical de una onda tipo Rayleigh de baja frecuencia en función de las características de la onda (período, polaridad, amplitud máxima horizontal, amplitud máxima vertical y velocidad de propagación en la estructura), de las características de rigidez de la estructura y de la altura de entrepiso, para lo cual se asume que la onda tipo Rayleigh posee una trayectoria elíptica. Con respecto a las aceleraciones de piso se observa que para los edificios estudiados se cumple que la ubicación de los peaks de los espectros de respuesta de piso, al igual que para el nivel del suelo, coinciden con el período fundamental del suelo y de los períodos característicos de las ondas Rayleigh, es decir, no coinciden con los periodos modales de la estructura como debería esperarse si la respuesta fuera vibratoria. Se determinaron los espectros de respuesta en la base de los edificios y en los niveles superiores, en función de las propiedades de las ondas identificadas (tipo Rayleigh, de Suelo y de Rocking), las cuales se propagan en los edificios sólo variando su amplitud. A partir de este resultado y del estudio de la variación de las amplitudes de las ondas, se obtuvieron los espectros de respuesta de piso de los niveles superiores de la estructura en función del espectro de respuesta de la base de los edificios.

En esta tesis estudiamos propiedades de transporte cuántico en guías de onda finitas periódicas quasi-unidimensionales, cuya dinámica clásica asociada es difusiva. Nos enfocamos en el límite semiclásico el cual nos permite emplear un modelo de Teoria de Matrices Aleatorias (TMA) para describir el sistema. El requisito de difusión normal de la dinámica clásica restringe la configuración de la celda unitaria a tener horizonte finito, y significa que los ensembles apropi- ados de TMA son los ensembles circulares de Dyson. El sistema que consideramos corresponde a una configuración de scattering, compuesto de una cadena finita de L celdas unitarias (clási- camente caóticas y con horizonte finito) la cual esta conectada a dos guías planas semi-infinitas en sus extremos. Las partículas dentro de esta cavidad son libres y solo interactúan con los bordes a través de choques elásticos; esto significa que las ondas son descritas por una ecuación de Helmholtz con condiciones de borde tipo Dirichlet en las paredes la guía. Por lo tanto, no hay desorden en el sistema y el scattering es debido a la geometría de la cadena la cual es estática. El análogo al ensemble de desorden es un ensemble de energía, definido sobre un intervalo clási- camente pequeño pero cuyo ancho es varias veces un espaciamiento de niveles promedio (mean level spacing). El número de canales propagativos en las guías planas es N y el límite semiclásico se alcanza cuando N → ∞. Un número importante para las propiedades de transporte en cadenas periódicas es el número de modos de Bloch NB del sistema extendido infinito asociado. Previamente, ha sido conjeturado que en sistemas fuertemente difusivos en el límite semiclásico <NB>∼√(N D), donde D es la constante de difusión clásica. Hemos comprobado numéricamente este resultado en una guía de ondas con forma de coseno obteniendo excelente concordancia. Luego, mediante la aproximación de Machta-Zwanzig para D obtuvimos la expresión analítica <NB> N/π, la cual concuerda perfectamente con los ensembles circulares. Por otro lado, hemos estudiado la conductancia (adimensional) de Landauer g como función de L y N en la guía coseno y mediante nuestro modelo RMT para cadenas periódicas. Hemos encontrado que <g(L)> muestra dos regímenes. Primero, para cadenas de largo LN la dinámica es difusiva tal como en un cable desordenado en el régimen metálico, donde se observa el escalamiento ohmnico típico con <g(L)>= N/(L+1). En este régimen, la distribución de conductancias es Gaussiana con una varianza pequeña (tal que <1/g> ≈ 1/<g>) pero que crece linealmente con L. Luego, para sistemas más largos con L ≫ N , su naturaleza periódica se hace relevante y la conductancia alcanza un valor asintótico constante <g(L → ∞)> ∼ NB. En este caso, la distribución de la conductancia pierde su forma Gaussiana convirtiéndose en una distribución multimodal debido a los valores discretos (enteros) que NB puede tomar. La varianza alcanza un valor constante ∼√N cuando L → ∞. Comparando la conductancia para los ensembles circulares unitario y ortogonal, mostramos que un efecto de localización débil está presente en ambos regímenes. Finalmente, estudiamos la parte no propagativa de la conductancia en el régimen Bloch-balístico, la cual está dominada por el modo con la longitud de decaimiento mayor ℓ que va a cero como gnp = 4 e−2L/ℓ cuando L → ∞. Usando nuestro modelo de TMA obtuvimos que bajo un escalamiento apropiado la pdf P (ℓ) converge, cuando N → ∞, a una distribución límite con cola algebraica P(ℓ) ∼ℓ−3 para ℓ → ∞; esto nos permitió conjeturar el decaimiento <gnp> ∼ L−2, el cual fue observado en nuestra guía de ondas coseno.

Ingeniera Civil Eléctrica / El presente trabajo corresponde al diseño de una superficie selectiva en frecuencia para interponer en el camino óptico de los receptores de Banda 9 de ALMA. El propósito de la estructura es brindar una reflexión conveniente de la Banda 6 para redirección del haz, preservando una transmisión considerable de la Banda 9, permitiendo la medición simultánea en ambas bandas. Las potenciales simplificaciones constructivas junto a otros atributos, como baja polarizaci ón cruzada asociada, sugieren el uso de una geometría del tipo Cruz de Jerusalén en versión ranurada. Se obtiene un diseño de una sola capa conductora de espesor 30 um, con celda unitaria de 220 um de longitud. La superficie ha sido diseñada considerando que el proceso de manufactura empleará el equipamiento LPKF (cortadora láser) del que dispone el Laboratorio de ondas milimétricas y submilimétricas del departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile. La correspondencia entre frecuencias características de la geometría escogida y los má- ximos/mínimos de transmisión deseados fue examinada inicialmente en la versión dipolo. Haciendo uso de la estructura complementaria(ranurada) se escogió que la transmisión fuera monótonamente creciente hasta alcanzar su primer máximo en la frecuencia central de la Banda 9. Esta elección tiene la ventaja de situar las frecuencias relevantes en un rango en que se ven escasamente afectadas por la polarización respecto al plano de incidencia y por el ángulo de incidencia. Así mismo se aseguran anchos de pistas y de celda unitaria mayores que otros modelos basados en segundos o terceros máximos de transmisión, aspecto que puede facilitar la fabricación. La optimización sobre los parámetros geométricos de la estructura lleva a conjuntos de valores sobre los que nuevamente se escoge aquellos que proporcionan mejores desempeños y suponen mayores ventajas constructivas.

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2013 / En este trabajo se presenta el desarrollo de una antena reflectora pasiva que busca solucionar problemas típicos en redes de datos inalámbricos al interior de diversas edificaciones, los cuales son causados por las condiciones de propagación que imponen los materiales constructivos y la disposición de éstos, todo en referencia a la dimensión relevante en éstos temas: la longitud de onda. En un principio se introduce al lector sobre temas relevantes, de manera de entrar en contexto al respecto de las materias relacionadas. Luego se hace un análisis que culmina en la elección de dos geometrías para los parches de las antenas que son construidas y evaluadas. Previo a éste proceso se realizan simulaciones que tienen por objetivo comprobar la resonancia de las estructuras a construir por medio del estudio de las formas de la distribución de corriente superficial en los parches, recolectando también información sobre sus diagramas de radiación frente a distintos escenarios de incidencia con respecto a la superficie del reflector. Se presentan mediciones realizadas en dos ambientes donde se han detectado problemas de recepción con respecto a las conexiones de una red Wi-Fi, cuantificando el efecto de posicionar los distintos tipos de reflectores en posiciones elegidas por un alto valor de potencia medida con un analizador de espectro, de manera de “redirigir” la energía hacia los puntos de consumo de la red inalámbrica. Finalmente se presentan los resultados de estas mediciones, las cuales indican que, si bien en algunos casos existe una mejora en la calidad de la señal y por tanto de la velocidad de transmisión de datos, se debe hacer una mayor investigación para eliminar la influencia de las fuentes de incerteza en un ambiente donde la conexión punto multipunto se caracteriza por una fuerte presencia de propagación multitrayectorias, lo que presenta problemas como ISI y distintas atenuaciones y desfases según la trayectoria o canal seguido desde transceptor a transceptor.

Magíster en Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / Esta tesis desarrolla métodos temporales y espectrales de cálculo de correlaciones cruzadas de ruido sísmico para obtener perfiles profundos de velocidad de onda de corte en distintos sectores de la cuenca de Santiago. Los métodos se aplicaron a la componente vertical de registros de 29 estaciones banda ancha y 17 acelerógrafos desplegados sobre distintos depósitos de suelo de la cuenca entre los años 2013 y 2014. El método temporal permite calcular velocidades de grupo identificado el tiempo de desfase donde se alcanza la máxima amplitud de la correlación cruzada, mientras que la metodología espectral calcula velocidades de fase relacionando los cruces por cero de la parte real del espectro de correlación con los ceros de la función de Bessel. Los métodos desarrollados permiten obtener curvas de dispersión entre 0.1 y 5.5 Hz para suelos rígidos ubicados principalmente en la zona sur, centro y este de la Cuenca. Por otro lado, los registros en las zonas norte y oeste, caracterizadas por depósitos de suelo fino y ceniza volcánica, no mostraron correlación. Las velocidades de fase calculadas varían entre 3.8 y 1 km/s mientras que las velocidades de grupo se encuentran entre 2.5 y 0.6 km/s. Considerando las curvas de dispersión obtenidas, la cobertura instrumental y las características geológicas superficiales, se dividió a la cuenca en los distritos Centro, Este y Sur. En cada uno de los distritos se calculó una curva de velocidad de fase promedio para luego invertirla utilizando simulaciones de Monte Carlo. Los perfiles de velocidad de onda de corte invertidos muestran una transición suave entre los sedimentos y la roca basal y un rápido incremento de la velocidad en profundidad. Los perfiles de velocidad muestran que la zona Sur de la Cuenca es más rígida que la zona Centro y Este, las cuales comparten curvas de dispersión similares.

Ingeniero Civil Electricista / El objetivo general del presente trabajo es identificar, analizar y explicar los valores actualmente adoptados por la regulación chilena en relación a intensidades de campo electromagnético y otros parámetros relacionados, motivado principalmente por la preocupación que existe en parte importante de la población por los efectos que estos puedan provocar sobre la salud de los seres humanos. Para esto se identifican, analizan y comparan, los elementos de mayor relevancia, como son los conceptos de campos electromagnéticos, radiación ionizante y no ionizante, región de campo lejano, redes de comunicaciones móviles y sistemas radiantes. Se realiza una revisión bibliográfica del estado del arte sobre las normas internacionales relacionadas con los límites máximos de exposición humana a estos campos, así como los principales estudios biológicos disponibles y sus efectos en la salud. A continuación se analizan los valores límite sugeridos por la ICNIRP y la IEEE y su relación con la normativa vigente. Luego esta se compara con dos grupos que corresponden a los países miembros de la OCDE y Latino América, destacando a Chile como uno de los países más estrictos a nivel mundial. Para finalizar con las mediciones propuestas por el regulador SUBTEL y la experiencia de una Empresa Certificadora local de radiación emitida desde las antenas de los operadores celulares y se proponen diversas mejoras a este proceso. A partir de las actividades descritas previamente se concluye que no existe un consenso global en lo que corresponde a daño que puedan provocar los campos electromagnéticos celulares en la salud, puesto que los estudios internacionales no han permitido esclarecer completamente sus efectos a largo plazo, debido en gran parte a que estas tecnologías siguen siendo relativamente jóvenes. También se puede agregar, en un ámbito distinto, que el actual protocolo de medición es mejorable, tanto para la toma de muestras, como para una mejor evaluación del espectro. Finalmente, se presentan recomendaciones de trabajos a realizar en el futuro basados en los resultados de este proyecto.