Ingeniero Civil / Al ser Chile un país sísmico, es importante tener claridad sobre los sistemas más útiles al momento de resistir solicitaciones sísmicas. En este sentido cobran importancia los arriostramientos, y por consiguiente, los marcos arriostrados, que son sistemas muy útiles al momento de resistir cargas laterales, como las que provocan sismos y vientos, y disminuir los desplazamientos laterales que sufre una estructura, lo que es fundamental para evitar el daño a elementos estructurales y no estructurales. Sin embargo, el principal problema de los arriostramientos es que son muy propensos a sufrir pandeo ante cargas de compresión, fenómeno que disminuye su resistencia y genera una respuesta histerética asimétrica del elemento. El presente documento tiene como objetivo principal el crear una base de datos actualizada sobre los estudios referentes a arriostramientos convencionales a lo largo del mundo. Para esto, se recopilaron diversas publicaciones recientes (desde el 2008 hasta la fecha) con estudios experimentales y análisis numéricos sobre el tema para poder estudiar sus resultados y obtener conclusiones. Se puso especial énfasis en temas como los tipos de secciones que se utilizan en arriostramientos, los distintos tipos de marcos arriostrados que existen, el pandeo que sufren los elementos y los factores que influyen en dicho fenómeno, entre otros. Finalmente, se concluyó que el pandeo está influenciado, principalmente, por la razón de esbeltez y la razón ancho-espesor del arriostramiento: al aumentar estos parámetros, mayor es la probabilidad de que se sufra pandeo, aunque hay algunas excepciones al variar ambos parámetros en forma conjunta. Además, a nivel mundial, se usan mucho los perfiles tubulares circulares y rectangulares, aunque los doble T presentan una muy buena alternativa. Por su parte, los marcos arriostrados más utilizados debido a su rigidez son aquellos configurados en X, en V invertida y en V. Contrastando con las prácticas constructivas de Chile, se extrañan estudios sobre perfiles XL en arriostramientos, y se notó que las publicaciones carecen de ciertas prolijidades al momento de evaluar los tipos de marcos arriostrados, pues no se hace énfasis en los problemas que pueden generar en vigas y columnas algunos tipos de configuraciones.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil / Los marcos arriostrados excéntricamente de enlaces largos son un sistema que combina la rigidez del marco concéntrico y la capacidad de disipar energía del marco a momento. En este sistema los esfuerzos de las riostras son transferidas al resto de la estructura mediante esfuerzos de flexión en segmentos de la viga llamados enlaces que a su vez funcionan como mecanismo de liberación de energía o fusible estructural. Esta investigación se centra en el estudio de los parámetros de diseño sísmico como el factor de reducción de respuesta R, factor de sobrerresistencia Ω_o y ductilidad µ en sistemas estructurales de marcos EBF de enlaces largos exclusivamente, buscando obtener rangos para el valor de la sobrerresistencia, ductilidad y evaluar el factor de modificación de respuesta, agrupando en edificaciones de pequeña, mediana y gran altura. Los arquetipos considerados corresponden a 9 marcos 2D de acero ASTM A992 de diferentes alturas (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 12 y 16 pisos), compuestos por 5 vanos con altura de entrepiso de 4 metros y distancia entre columnas de 6 metros. Los arquetipos son diseñados considerando todas las combinaciones de suelo y zona sísmica que la NCh433 contempla (135 modelos), a modo de caracterizar en totalidad el suelo nacional. La verificación de resistencia de perfiles es según la AISC360 y el diseño por capacidad para marcos EBF es según lo indicado por la AISC341. Luego del diseño se seleccionan 17 modelos para ser sometidos a análisis pushover (no lineal estático) y análisis tiempo-historia (no lineal dinámico) mediante el uso de la plataforma SAP2000. Los resultados obtenidos indican que la sobrerresistencia se encuentra en un rango de 5≤Ω_o≤14 en edificaciones de pequeña altura, mientras que en edificaciones de mediana y gran altura se obtiene sobrerresistencias menos variantes en torno al 5,9 y 4,1, respectivamente. Las ductilidades se consideran todas adecuadas según lo establecido por FEMA (μ≥3,0) y se encuentran en un rango 2,7≤μ≤ 5,5. El análisis tiempo-historia indica que la razón de margen de colapso, CMR, decrece en cuanto crece la altura total de los modelos, lo que indica que para modelos más bajos el factor de modificación de respuesta entregado por la norma NCH433 resulta en un diseño más optimo que para estructuras más altas, donde el diseño se considera conservador, al asumir más ductilidad de la que realmente tienen. Se concluye que la norma NCh433 no favorece edificaciones dúctiles altas, pues actúa aumentando probabilidad de colapso.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / 11/06/2023

La finalidad de la investigación realizada en este documento es presentar el concreto reforzado con fibras de acero como alternativa de solución para la construcción de pavimento rígido. La necesidad de mejorar la calidad de los pavimentos rígidos frente a los problemas recurrentes de fisuración, optimizar costos, aumentar la calidad y optimizar los materiales para mejorar la sostenibilidad ambiental y social, impulsa el estudio e investigaciones sobre distintos aditivos que se agregan al concreto como también el tipo de refuerzo que lo complementa. Este documento se enfocará en realizar una propuesta de concretos reforzados con fibra de acero y cemento puzolánico para la construcción de pavimento rígido comparando las propiedades físicas y mecánicas de las mezclas y así obtener la mezcla más eficiente que cumpla las condiciones del expediente técnico para así realizar la aplicación en un tramo del proyecto de pavimentación en la provincia de Grau del departamento de Apurímac. / The purpose of the research carried out in this document is to present concrete reinforced with steel fibers as technical solution for the construction of concrete pavement an alternative solution for the construction of rigid pavement. In order to save costs per cubic meter per square meter of pavement and optimize raw material so increase quality and optimize materials to improve environmental and social sustainability, encourages the study and research on different chemical addition that are added to the concrete as well as the type of reinforcement that complements it. This document will focus on making a proposal of reinforced concrete with steel fiber and pozzolanic cement for the construction of rigid pavement by comparing the physical and mechanical properties of the mixtures and thus obtain the most efficient mixture that meets the conditions of the technical file in order to perform the application in a section of the paving project in the province of Grau of the department of Apurímac. / Tesis

Ingeniera Civil / El comportamiento de los cables ha sido estudiado por décadas dado su amplio uso en diferentes estructuras y como parte de sistemas de alzamiento. A partir de los estudios realizados sobre el daño de éstos como consecuencia del desgaste natural que sufren por el uso se ha querido ahondar en este tema. El objetivo de la memoria es analizar los efectos de daños ocasionados superficialmente en cables de acero y aluminio de modo de determinar cómo afecta en la distribución de deformaciones y la relación del daño del cable con el diámetro de éste. La metodología empleada se basa en la confección e instrumentación con strain gauges, extensómetros y LVDT de cables de acero y aluminio de diferentes diámetros y la posterior evaluación de la deformación y capacidad de éstos, sometidos a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos de esta investigación tienen que ver con el comportamiento de los cables ante los daños realizados, es así como se logró determinar el desempeño de los cables estudiados, como consecuencia su módulo de elasticidad. Además se determinó cualitativa y cuantitativamente un gradiente de deformaciones en donde los alambres más próximos a los daños poseen mayores deformaciones que los que se encuentran opuestos a éste; y una disminución de las deformaciones del cable de manera global en función del aumento de los daños realizados. Conjuntamente, se encontró una relación de no linealidad entre el porcentaje de pérdida de área y de la capacidad en función de los daños realizados a los cables, siendo ésta última menor a la esperada según el modelo biela. Con respecto a la instrumentación utilizada, el uso de strain gauges es acertado como instrumento para medir las deformaciones locales de los cables en cada hebra analizada ya que es bastante sensible, de tamaño suficientemente pequeño para ser colocado en alambres finos y de alta confiabilidad, pero que al mismo tiempo no logra medir las deformaciones hasta el momento de la rotura debido a que antes se despega por falta de adherencia o se corta. El extensómetro no se recomienda como instrumento para el caso de los cables en los cuales fue utilizado, por el mal agarre que éste posee dada la disposición helicoidal de los cables y por consecuencia del gradiente de deformaciones que presentaba. Con respecto al uso de LVDT, este es confiable al momento de determinar los valores de las cargas máximas y niveles de deformación globales, además de ser el único instrumento capaz de resistir las deformaciones propias del acomodamiento de los cables debido a los daños a lo largo de todo el ensayo. La evaluación de los daños en cables al momento de realizar criterios de descarte es relevante para analizar la posibilidad de reforzar o reemplazar una pieza, en este punto la investigación realizada establece una averiguación necesaria del comportamiento de los cables con respecto a la variación de las deformaciones y en la capacidad que sufren por causa del uso.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La alta velocidad de ejecución de los proyectos industriales y mineros, y en particular, los plazos ajustados para el desarrollo de la etapa de ingeniería de detalles, muchas veces hace que las oficinas de ingeniería de diseño deban proporcionar indicaciones generales para el diseño y cálculo de conexiones a las maestranzas que se adjudican el contrato de fabricación de estructuras. En este contexto, es una práctica recurrente que la maestranza que se adjudicó los trabajos de fabricación y montaje de las estructuras, también sea la encargada de realizar el diseño y cálculo de las conexiones. La revisión de los proyectos ejecutados por la industria revela que no siempre la información proporcionada por la ingeniería de diseño, para el diseño de las conexiones, está totalmente completa, sólo se proporcionan indicaciones generales que no siempre son bien interpretadas por la maestranzas u oficinas responsables de la fabricación y cálculo de las conexiones. La actual norma chilena NCh428, Estructuras de acero Ejecución de construcciones de acero perfiles laminados, soldados y tubos , establece que la responsabilidad del diseño estructuras, incluida las conexiones, es de la ingeniería de diseño. En este contexto, el presente trabajo de título establece un procedimiento práctico para el diseño y cálculo de conexiones de estructuras metálicas de instalaciones industriales y mineras chilenas, en particular del esqueleto resistente, considerando el hecho de que un tercero realice este diseño y que las oficinas de diseño lo revisen y validen. Entrega herramientas de diseño prácticas, más disposiciones normativas, de modo que se asegure la compatibilidad del modelo estructural, supuesto por el calculista, y lo efectivamente desarrollado por el proyectista. Presenta prácticas básicas de estructuración y cálculo. También presenta secciones orientadas a que el ingeniero y proyectista pueda entender rápidamente el modelo estructural y la interacción con sus conexiones, como también que los ingenieros puedan obtener las resistencias requeridas para calcular dos distintos mecanismos de falla que se pueden presentar. El capítulo de conexiones estándares presenta una selección de las conexiones más utilizadas en la práctica de edificios industriales y mineros chilenos. Se consideran las conexiones de empalmes, de sistemas estructurales de marcos arriostrados concéntricamente, de sistemas de marcos rígidos y de conexiones en plataformas. Finalmente se presenta el procedimiento de diseño de conexiones, el que establece las distintas responsabilidades, las normas a utilizar, los criterios para diseñar y en general los requerimientos para el diseño y cálculo de conexiones.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La normativa chilena que regula el diseño sísmico de estructuras industriales de acero es la norma NCh2369 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales . Esta norma se basa en la experiencia obtenida por el comportamiento de las estructuras luego de ocurrido los terremotos de 1960 en Concepción y 1985 en Valparaíso. Y que actualmente se encuentra en revisiones luego de ocurrido el terremoto en Maule el año 2010. Uno de los puntos que se deben estudiar son las disposiciones que tienen que ver con el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Con lo que se encuentra en estos momentos en la norma, el diseño de los pernos de anclaje no produce los resultados esperados que la misma normativa estipula, como es el caso de la disipación de energía en caso de ocurrido un sismo. Esto pasa debido a que se produce la fractura de los pernos antes de que estos comiencen a fluir. Es por lo que se hace necesario realizar un estudio de las fuerzas que se utilizan en el dimensionamiento de los pernos de anclaje. Para esto, en este trabajo se realiza el estudio de tres estructuras industriales de acero, basadas en marcos arriostrados concéntricamente, realizando distintos diseños para los pernos. La evaluación del desempeño se lleva a cabo de acuerdo con la metodología del FEMA P695, incluyendo la no linealidad de algunos elementos estructurales de los que se destacan los pernos de anclaje debido a que son en los que se centra el estudio. Con el fin de ampliar el estudio de las disposiciones de la norma acerca de los pernos de anclaje, se estudia también como influye en el resto de la estructura el largo libre de los pernos. Para lo que se utilizaron distintos largos libres de anclaje en cada una de las estructuras utilizadas. La aplicación de la metodología FEMA P695 entrega conclusiones sobre cómo afectan las distintas variables en el comportamiento de la estructura. Un aumento en el largo libre de los pernos genera un aumento en la ductilidad y en el factor de reducción de respuesta, mientras que, si se diseña el perno para una fuerza mayor, la ductilidad del sistema baja considerablemente. La razón del margen de colapso no varía en función de las modificaciones hechas a cada modelo, por lo que se puede concluir que este valor ve más bien afectado por otros elementos estructurales. Por otro lado, si se aumenta el valor de la fuerza de diseño de los pernos de anclaje se disminuye considerablemente la cantidad de elementos en entra en fluencia.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / El sistema estructural de marcos arriostrados de varios niveles sin losa intermedia (MTBF) posee dos o más niveles arriostrados lateralmente en una estructura con altura única, las cuales están encargada de resistir la carga axial desbalanceada, la cual ocurre luego del pandeo a compresión de los arriostres, con ausencia de diafragmas en la dirección perpendicular. Estos son utilizados en edificaciones industriales de gran altura, en las cuales utilizar un solo arriostramiento genera secciones muy grandes. En general, se utiliza arriostramientos concéntricos de tipo X, chevron o V. Este trabajo de título tiene como objetivo principal evaluar el desempeño del sistema estructural MTBF utilizando arriostramientos excéntricos en sus niveles, caracterizando el modo de falla que presente, considerando las no linealidades del problema. Para la realización de esta investigación se consideró una estructura MTBF de dos niveles, compuesta por 5 vanos de 11,65 metros de alto con 10,48 metros de ancho, en los cuales el segundo y cuarto vano corresponden al sistema sismorresistente EBF, utilizando diafragma rígido solamente en el nivel superior, ubicada en un suelo de tipo 2 y zona sísmica III. Además, para las uniones de cada uno de los elementos se considera una conexión de tipo rígida y se utiliza la calidad de acero de ASTM A992 para todos los elementos. Esta estructura es diseñada en base a la norma NCh2369, considerando un diseño por capacidad para marcos EBF según lo estipulado en la norma AISC341 y verificando la resistencia de los perfiles según lo indicado en la norma AISC360. Posterior al diseño, se consideraron 4 modelos a estudiar; el primero sin imperfecciones en el enlace del nivel inferior, el segundo con una imperfección en los nodos del enlace de 2,8 milímetros en direcciones contrarias, el tercero con una imperfección en los nodos del enlace igual a 7,7 milímetros en la misma dirección y un cuarto modelo incorporando un diafragma rígido en el nivel intermedio. Estos fueron sometidos a un análisis no lineal estático y dinámico utilizando el programa SAP2000 v20.2. Los resultados obtenidos indican que se obtiene un desempeño sísmico aceptable en base a lo estipulado en el informe FEMA P695. Por lo tanto, las disposiciones de diseño para este sistema estructural, utilizando las normativas vigentes en la actualidad, cumplen con los requisitos establecidos para obtener un desempeño sísmico adecuado. Además, se cumple con el modo de falla esperado en todos los modelos, ya que la formación de rotulas plásticas solo se presenta en los enlaces de ambos niveles, los cuales corresponden al elemento fusible del sistema estructural, mientras que sus demás elementos presentan un comportamiento lineal durante todo el análisis.

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.

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente estudio tiene como finalidad determinar la factibilidad técnica, económica y estratégica de formar en Chile una empresa de suministro y montaje de estanques apernados para almacenamiento de líquidos, considerando que en un período de tres años esta empresa logre un 15% de participación de mercado y un margen de utilidad entre 5 a 10% al final de ese período. Proyecciones de Cochilco indican que sólo la industria minera en Chile requerirá al 2028 un aumento del 290% de consumo de agua de mar con respecto al 2016, lo anterior se complementa con el crecimiento total del consumo de agua potable en nuestro país, que según cifras de la Superintendencia de servicios sanitarios varía entre un 2 y 3% anual. Estos antecedentes permiten proyectar que el mercado para el almacenamiento de agua potable, desalada o para procesos, aumentará en forma importante durante los años venideros en nuestro país. La empresa objeto de este análisis pretende comercializar estanques para el almacenamiento de diversos líquidos, en particular estanques del tipo apernados, la marca a representar fabrica y reviste sus partes y piezas en plantas productivas en USA, despachándolas luego al lugar de montaje. Su diseño tipo mecano permite ahorros relevantes en fabricación, revestimiento en terreno y plazos de montaje, entre otros, lo que hace a esta tecnología altamente atractiva, sin mermar los estándares de calidad requeridos por el cliente. Aprovechando que diversas empresas ya han realizado un trabajo técnico de introducción de esta tecnología, la estrategia será reforzar las visitas a Oficinas de ingeniería de la Región metropolitana junto a un área comercial con amplia experiencia en la industria del almacenamiento y en especial de estanques apernados, además el tamaño de esta empresa permitirá bajos costos lo que en un inicio se reforzará con precios de bajo margen impulsando proyectos en carpeta para su adjudicación en breve plazo. Aplicados todos los indicadores financieros se obtiene como resultado después de impuestos, al final del tercer año, un VAN positivo de MM$ 43 junto a una TIR del 56%, muy superior al 10% de la tasa de descuento considerada para el estudio. Si a lo anterior se suma una participación de mercado del 15% se obtiene un margen de utilidad neto del 5% cumpliendo el segundo objetivo de esta evaluación, lo que permite determinar que la empresa de suministro y montaje de estanques apernados para almacenamiento de líquidos es factible estratégica, técnica y económicamente. Finalmente se recomienda complementar el suministro de estanques con otros productos para almacenamiento, aprovechando la misma infraestructura y base de dato de clientes, así obtener beneficios adicionales con mínimo costo.