El objetivo del presente trabajo de título es analizar los daños provocados por el terremoto del 27 de Febrero del 2010, a las estructuras industriales prefabricadas de hormigón armado, e identificar los posibles factores que contribuyeron en ellos. El estudio se realizó en base a inspecciones efectuadas por las empresas prefabricadoras, compañías de seguros y propietarios. Para estudiar los efectos del terremoto, se realizó una recopilación de la información registrada por los agentes enunciados en el párrafo anterior. Del análisis de esta información se establecieron las tipologías de falla y se estudiaron los posibles factores responsables de los daños observados. Un sistema prefabricado sometido a solicitaciones sísmicas, depende en gran proporción del comportamiento de sus conexiones, debido a que son ellas las responsables de transferir las cargas de un elemento a otro, por lo tanto, las conexiones de los elementos prefabricados deben diseñarse considerando factores como la transmisión del aplastamiento, el corte, momento, tracción y compresión, la resistencia frente a solicitaciones durante el montaje de la estructura, la resistencia a las sobrecargas con la finalidad que la falla no se presente en la conexión antes que en los elementos, la compatibilidad geométrica ante la deformación de ellos, y de la estructura en general. El desarrollo del trabajo fue complementado con la revisión de los alcances de la normativa chilena vigente, NCh2369.Of2003, y con la modelación de una nave industrial, con el objetivo de registrar y comparar desplazamientos al realizar una variación en el tipo de suelo y zona sísmica. El análisis de desplazamientos sísmicos se realizó en base a los requerimientos impuestos por la NCh2369.Of2003. Cabe desatacar que los elementos secundarios no son cubiertos por este trabajo. En base a los resultados obtenidos del trabajo realizado, se concluye que el problema detectado en la mayor parte de los daños registrados proviene de deformaciones no consideradas apropiadamente en el diseño ante solicitaciones sísmicas. De igual forma, la normativa vigente para este tipo de estructuras debe presentar cambios que permitan interpretar claramente los requerimientos que impone, y cambios asociados al comportamiento que tuvieron elementos estructurales frente al sismo.

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Ingeniero Civil / Un Marco Arriostrado Excéntricamente (EBF) es un marco arriostrado de acero en el cual las diagonales no se conectan en el mismo punto, sino que se deja un espacio entre ellas llamado enlace. Este enlace concentra la deformación inelástica de la estructura, y el sistema completo está pensado como una combinación de la rigidez de los Marcos Concéntricos Especiales y la disipación de energía y ductilidad de los Marcos a Momento. Este trabajo de título tiene como objetivo evaluar los parámetros de diseño sísmico para EBF que se encuentran en las normas de diseño sísmico chilenas. En específico, evaluar el coeficiente de modificación de la respuesta R = 6 que establece la NCh433. Además, se tiene como objetivo caracterizar la respuesta sísmica de una estructura de EBF a través de la metodología que define FEMAP695. Para esto se realizan diseños de edificios EBF ubicados en Chile. Estos edificios son de 3, 6, 12 y 20 pisos. Se realizan modelos no lineales 2D de estos edificios en la plataforma OpenSees para su posterior análisis. Los análisis corresponden a un análisis no lineal estático incremental (Pushover) y análisis dinámico no lineal con registros de aceleración de terremotos chilenos. Los resultados obtenidos indican que no se puede descartar el valor recomendado por la NCh433 dado algunas limitaciones de los análisis realizados en este trabajo de título. Se obtuvo un coeficiente de modificación de la respuesta igual a 3,9 para el edificio de 3 pisos e igual a 7,0, 10,9 y 15,6 para los edificios de 6, 12 y 20 pisos respectivamente. Estos valores se encuentran en el rango de 0,65 a 1,55 veces el valor correspondiente a la norma. En relación al desempeño sísmico del sistema se puede señalar el buen comportamiento de las columnas ante las fuerzas de corte provenientes de la fluencia de los enlaces. Se encontró evidencia de que no es necesario suponer que todos los enlaces de pisos superiores fluyen y que se puede reducir bastante la fuerza de compresión en las columnas debido al diseño por capacidad.

Ingeniero Civil / Al ser Chile un país sísmico es de suma importancia conocer la física de los terremotos y más aún como afectan a las estructuras. La instrumentación sísmica de una estructura permite obtener información de las aceleraciones, velocidades, desplazamientos y de las propiedades dinámicas. Tener edificios instrumentados en el Norte de Chile permitirá medir las aceleraciones en estructuras ubicadas cerca del epicentro. Los objetivos de este trabajo fueron diseñar la instrumentación sísmica de edificios altos en la zona norte del país y mejorar el actual sistema de instrumentación del edificio de la Cámara Chilena de la Construcción. Las estructuras a instrumentar y sus modelos computacionales fueron proporcionadas por empresas calculistas. Se escogieron tres edificios en la ciudad de Iquique los cuales se estudiaron detalladamente y se analizaron sus propiedades dinámicas teóricas. Luego de tener un conocimiento acabado de cada estructura se estableció la localización y disposición de los equipos de medición y procesamiento, además se establecieron los sistemas y modelos para procesar los datos y para transmitir la información. Se realizó una visita a las tres estructuras donde se tomaron registros de vibraciones ambientales en dos pisos de cada una. Las mediciones permitieron observar de manera adecuada la respuesta de la estructura y determinar en primera instancia, mediante métodos de identificación, las frecuencias, amortiguamientos y formas modales de los edificios, se valida entonces los parámetros del sistema de instrumentación diseñado. Se observaron similitudes en las formas modales medidas con las teóricas y mayores valores en las frecuencias identificadas. Se realizó el mejoramiento de la instrumentación del edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, con los sensores EpiSensor ES-U2 actuales se agregaron dos sistemas de adquisición, unos para sismos y otro la vibraciones ambientales, que permitirán monitorear de manera continua los parámetros dinámicos de esta estructura.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / La presente tesis de magister tuvo como objetivo analizar el comportamiento dinámico del puente Marga Marga, ubicado en Viña del Mar V región, durante el terremoto del Maule ocurrido el 27 de febrero de 2010 y sus principales réplicas. Con dicho fin, se analizan los registros de aceleraciones obtenidos por una red de 24 acelerómetros distribuidos en la estructura y valle del estero Marga Marga. Durante el sismo del 27/02/2010, los periodos fundamentales del puente varían entre 2.38 a 2.50 s y 2.17 a 2.38 s, con un amortiguamiento de 10.7 y 13.4% del amortiguamiento crítico, en dirección longitudinal y transversal, respectivamente. Estas propiedades fueron determinadas usando los registros de los sensores ubicados en el tablero. Estos períodos son mayores que los determinados para sismos moderados y cercanos a los considerados en la fase de diseño. Los periodos fundamentales del suelo fueron 0.83 y 0.95 s en dirección perpendicular y longitudinal al valle. Los desplazamientos máximos relativos del sistema de aislación, medidos sobre la cepa central, fueron de 10.9 cm (54% de deformación angular) y 15.6 cm (76.5% de deformación angular) en dirección longitudinal y transversal, respectivamente; y 5.8 cm (29% de deformación angular) sobre los estribos en dirección longitudinal. Posteriormente, se elaboraron dos modelos de elementos finitos del puente Marga Marga con el software OpenSees. Estos difieren en que en uno las cepas se representan con elementos lineales y elásticos, y en el otro con elementos de fibra no lineal que pueden presentar disipación por ciclos de histéresis. El análisis se realizó con input asincrónico. Los parámetros que se usaron para calibrar los modelos son: las propiedades al corte de los elementos elastoméricos bilineales ubicados en las cepas y la dimensión de la separación longitudinal entre los estribos y el tablero (que representa las juntas de dilatación). Variando estos parámetros se realizaron numerosos análisis y se eligieron los que mostraron menor error en los desplazamientos máximos absolutos respecto de lo registrado experimentalmente. Con los registros del 17/04/2012 se obtienen periodos fundamentales del puente de 1.75 y 1.54 s en dirección longitudinal y transversal, respectivamente. Estos períodos son mayores que los obtenidos para sismos moderados similares ocurridos antes de 2010, indicando una flexibilización de la estructura post-terremoto. La deformación máxima del sistema de aislación, es de 8.3%. El modelo calibrado para el sismo principal no logra reproducir de buena forma los desplazamientos de este sismo, debido a que las incursiones de los aisladores en el rango no lineal son menores y por lo tanto la disipación de energía del modelo es insuficiente, por lo tanto debiera aumentarse el amortiguamiento modal considerado. No obstante, las frecuencias obtenidas son bastante similares a las de los registros. Se concluye que el puente Marga Marga tiene un comportamiento muy dependiente del input aplicado que impide generar un modelo general que funcione para sismos de diferentes intensidades. Las acciones del terremoto del Maule se pueden considerar del orden del sismo de diseño.

Ingeniero Civil / Ante la necesidad de proteger el patrimonio arquitectónico y cultural de la humanidad, la UNESCO ha declarado Patrimonio de la Humanidad los centros históricos de varias ciudades del mundo, entre las cuales se encuentra la ciudad de Valparaíso. Teniendo en cuenta el peligro sísmico de esta ciudad es necesario estudiar el inventario de edificios históricos para identificar los edificios con mayor vulnerabilidad teniendo en cuenta las condiciones locales de sitio. Con este propósito en este Trabajo de Título se estudian dos edificios históricos de albañilería no reforzada que sobrevivieron a los terremotos de 1906 (Ms=8.2) y de 1985 (Ms=7.8) aprovechando que se obtuvo información relacionada con las condiciones locales de suelo y con las características de la configuración sismo resistente de los edificios, lo que permite calcular diferentes índices de vulnerabilidad sísmica propuestos para este tipo de edificios. Los índices utilizados corresponden a métodos que califican como de Primer Nivel, como son los propuestos por Meli y Lourenço y Roque, y a métodos de Segundo Nivel, como son los propuestos por Gallegos y el grupo del GNDT. De los antecedentes reunidos y de los resultados obtenidos se puede destacar: Los terremotos de 1906 y 1985 son los terremotos que han causado más daño en la ciudad de Valparaíso en los últimos 100 años. El daño que se ha producido a raíz de estos terremotos depende en gran medida de la calidad del suelo de fundación, siendo mayor en los edificios construidos sobre rellenos artificiales no controlados con las características de los encontrados en el “plan” del sector de El Almendral de la ciudad de Valparaíso. En cambio, estos daños han sido moderados para las condiciones locales de sitio del sector del Puerto y en los cerros de Valparaíso. Para edificios históricos con las características de los edificios estudiados, especialmente con terminaciones sencillas y de poco peso, basta con usar los índices de vulnerabilidad de los métodos de Primer Nivel, en particular la densidad de muros (Índice 1). Al aplicar estos índices resulta que la vulnerabilidad del Palacio Luis Cousiño es baja y la del Palacio Subercaseaux es alta si sólo se consideran las características de la configuración estructural. Al aplicar los índices de los métodos de Segundo Nivel, ambos edificios presentarían una condición de vulnerabilidad similar. Este diagnóstico indicaría que en estos métodos hay factores descalibrados en cuanto a su impacto en el comportamiento sísmico de los edificios históricos chilenos. La razón principal para que se conserven estos dos edificios históricos después de dos grandes terremotos con las características de los terremotos del tipo interplaca chilenos, además de su buena conexión entre muros, es el hecho de que uno tiene una alta densidad de muros en ambas direcciones de la planta y el otro este fundado sobre roca. Esta última condición ha permitido que el Palacio Subercaseaux haya sobrevivido a pesar de su baja densidad de muro en la dirección longitudinal (1=1.59%).

Geólogo / El presente trabajo de título tiene por objetivo analizar el comportamiento de la estructura de sostenimiento en túneles construidos en macizos rocosos de distintas calidades de roca afectadas por cargas sísmicas. Para lograr este fin, se crean modelos numéricos en 3D en el software FLAC3D de Itasca S.A., elaborados según una secuencia de modelamiento, la que representa la etapa estática, y afectados por la aplicación de un registro sísmico, la cual corresponde a la etapa dinámica. Se escoge este software y este tipo de modelos en 3 dimensiones, en vez de los métodos cinemáticos tradicionalmente utilizados en 2 dimensiones, ya que permiten obtener un historial de resultados durante cada etapa resolutiva en cualquier punto de control del modelo, en vez de solo una sección de la estructura en un momento determinado. Los análisis se realizan para tres distintas calidades de roca, en las que principalmente varía su GSI, factor D de perturbación, Módulo de elasticidad E y los parámetros geotécnicos necesarios según el criterio generalizado de Hoek & Brown. El registro sísmico utilizado en la etapa dinámica es el medido en roca en la estación sísmica del Centro Sismológico Nacional de la Universidad de Chile, ubicado en el cerro Santa Lucía, el 27 de Febrero del 2010. Se analizan principalmente las deformaciones y los esfuerzos axiales, de corte y momento longitudinales y perpendiculares al eje de los túneles en la estructura de soporte, los cuales se estudian en cada etapa de la secuencia de modelamiento y durante el tiempo que se aplica el registro sísmico. Se concluye, que el efecto dinámico sí debe ser considerado, dependiendo de la calidad de la roca y la profundidad de emplazamiento del túnel. Como comportamiento general en los modelos elaborados, el efecto dinámico afecta en mayor medida a las rocas de calidad mala y en menor medida a las rocas de calidad buena. Además, el efecto dinámico disminuye en la medida que el punto de control en la estructura de sostenimiento se encuentra a mayor profundidad.

Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En el presente trabajo se estudia la estimación de estructuras de velocidad unidimensionales de onda de corte mediante el análisis de ondas internas SH refractadas e independientemente de ondas super ciales Love, ambas, muchas veces presentes en un mismo registro sísmico multicanal. El método de ondas super ciales Love permite determinar un modelo de velocidad mediante la modelación de curvas de dispersión, mientras que el método de refracción sísmica SH se basa en la modelación de las primeras llegadas de las ondas SH, correspondientes a las ondas de cuerpo refractadas en cada una de las capas del medio. Se desarrolló la metodología completa para obtener un modelo de velocidad desde el registro de ondas super ciales Love. Este proceso incluye el cálculo de curvas de dispersión teóricas desde un modelo de velocidad; el cálculo de curvas de dispersión empíricas desde registros sísmicos reales o sintéticos; y fi nalmente la modelación de estas curvas por prueba y error para la determinación de la estructura de velocidad de onda de corte en profundidad. El objetivo final es comparar la metodología desarrollada con el método de refracción sísmica aplicado a ondas de cuerpo SH, discutiendo las ventajas y desventajas de cada uno con respecto a la estimación de velocidades. Si bien estos métodos se basan en el análisis de distintas porciones del mismo registro sísmico, ambos buscan el mismo resultado, y es por lo tanto natural compararlos. La aplicación de los dos métodos mencionados se desarrolló sobre datos sísmicos reales correspondientes a ondas SH generadas y registradas mediante una fuente y receptores horizontales. La modelación de las curvas de dispersión teóricas versus experimentales indicó gran sensibilidad de estas a las propiedades del medio en las capas super ciales (primeros metros) y una sensibilidad descendiente en profundidad, probablemente debido a la ausencia de datos en bajas frecuencias (< 10 Hz). Por otra parte, el método de refracción sísmica muestra resultados consistentes con los del método de ondas super ciales Love, pero alcanzando mayores profundidades con mayor certeza. La utilización de los métodos mencionados puede llevarse a cabo complementariamente, aprovechando las ventajas de cada uno para disminuir las incertezas en los modelos de velocidad resultantes. Además, ambos métodos podrían ser empleados adicionalmente a estudios sísmicos enfocados a conocer la estructura de la velocidad compresional P en profundidad, obteniendo una estructura de velocidades bien determinada.

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.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica / En la siguiente tesis se presentan los estudios de dos perfiles de reflexión sísmica de alta resolución obtenidos de forma perpendicular a la fosa en el marco del proyecto CEVICHE (Crustal Experiment from Valdivia to Illapel to Characterize Huge Earthquakes), desarrollado frente a las costas de la Región del Maule en el sur de Chile. En este sector, la placa oceánica de Nazca subduce bajo la placa continental Sudamericana, produciendo acumulación y relajación de esfuerzos que dan origen a terremotos de gran magnitud. Por otra parte, el relleno sedimentario en la fosa de este sector varía entre los 1.5 y 3.3 km debido a procesos que generan un régimen de entrada de sedimentos, como por ejemplo la denudación de la Cordillera de los Andes durante sucesivos períodos de glaciación, la alta tasa de precipitaciones, las corrientes turbidíticas y los cañones submarinos. Los perfiles sísmicos estudiados fueron procesados mediante migraciones post-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff post-stack time migration) y pre-apilamiento de Kirchhoff en tiempo (Kirchhoff pre-stack time migration). En ambos casos, la migración pre-apilamiento reconstruye de una mejor manera las estructuras de la sub-superficie. Los perfiles sísmicos una vez migrados en tiempo fueron transformados a profundidad usando la ecuación de Dix y un modelo de velocidades conocido. Se observó que para la línea sísmica de reflexión MC37 el ancho del canal de subducción era variable, siendo de ~0.45 km en la zona más profunda observada. Así mismo, para la línea sísmica de reflexión MC39 el ancho del canal de subducción también era variable, siendo de ~0.87 km en la zona más profunda observada. En los perfiles sísmicos obtenidos es posible observar en forma detallada las características geológicas que existen bajo la superficie del suelo oceánico, por ejemplo, fallas inversas de bajo ángulo en el prisma de acreción frontal y un espesor de ~1.5 km de sedimentos en el frente de deformación, características que son coincidentes con márgenes convergentes y acrecionarios. Finalmente, se compararon perfiles de sísmica de reflexión obtenidos antes y después del terremoto del Maule del año 2010. Esta comparación no evidencia nuevas deformaciones dentro de la fosa y/o alrededor del frente de deformación (bajo las limitaciones que permite la resolución de los datos), lo cual podría deberse a que el prisma de acreción frontal posee características plásticas, lo que produce principalmente deslizamiento asísmico.