Ingeniero Civil / Los elementos estructurales como vigas altas, vigas en voladizo, muros cortos e intersecciones vigas columnas son muy comunes en diferentes tipos de obras como puentes, edificios habitacionales y edificios de oficinas. En particular las vigas de hormigón armado son uno de los elementos estructurales más utilizados en los diferentes proyectos civiles que existen. Las vigas altas o vigas cortas (deep beams), son aquellas que tienen una relación de aspecto entre su largo y su altura menor a cuatro. Estos elementos no esbeltos son utilizados fundamentalmente como conectores o dinteles entre muros. La falla de éste tipo de vigas está gobernada por el esfuerzo de corte y su predicción es más difícil que las fallas de flexión. Actualmente las normas se enfocan en las vigas largas, donde predomina la falla por flexión, siendo de suma importancia estimar la capacidad de las vigas de menor longitud para entender el comportamiento sísmico de las estructuras. Es por esto que la presente memoria tiene como objetivo aplicar un modelo teórico que permita predecir la capacidad al corte en vigas altas de hormigón armado. El modelo tipo panel implementado para predecir la capacidad al corte de las vigas altas de hormigón armado asume que la dirección principal de tensiones del elemento es igual a la dirección principal de deformaciones y considera un solo elemento que representa el estado de deformaciones y tensiones promedio de la viga. Respecto a los materiales, la ley constitutiva del hormigón tiene un comportamiento biaxial al considerar la degradación de la capacidad de compresión debido a las fisuras provocadas por la tracción en la dirección perpendicular y el acero sigue un comportamiento uniaxial. Además supone un ángulo de falla que puede ser fijo o variable, en particular en esta memoria, se utilizan los modelos de ángulo fijo (ángulo en función de la relación de aspecto y niveles de carga axial) por ser aquellos que entregaron mejores resultados en el análisis de muros cortos (Ulloa L. 2013, basado en el modelo de Kaseem). Para analizar el comportamiento del modelo teórico se acoplaron ensayos existentes en la literatura, generando una base de datos con 182 ensayos. Estas vigas ensayadas fueron sometidas a cargas verticales en distintas disposiciones, fundamentalmente pares de cargas puntuales a iguales distancias desde los bordes. En los ensayos se varía la armadura al corte o estribos (transversal), la cuantía de armadura longitudinal (horizontal), las dimensiones de la viga, la distancia al borde de la armadura y las propiedades del material. La comparación entre el modelo tipo panel modificado (Ulloa L, 2013) y los resultados empíricos dio valores promedios para la estimación de la capacidad de 0.87 para mod. α_((σ_r=f_ct ) ) σ_L=N/A , 0.91 para mod. α_((σ_r=〖0.5f〗_ct ) ) σ_L=N/A y 0.92 para mod. α_((σ_r=f_ut=0) ) y σ_L=N/A. Las dispersiones fueron 0.27, 0.28 y 0.28. Además el modelo alcanza un promedio del 98% de la deformación por corte alcanzada en los ensayos. En general, se aprecia que cuando el ángulo se fija a mayores tensiones de tracción, los resultados son mejores, para el modelo original y para las distintas modificaciones realizadas.

Ingeniero Civil / En la práctica constructiva actual se ha hecho frecuente el uso de muros esbeltos con secciones compuestas o complejas, entre los cuales se encuentran los muros T, que constituyen el objeto de estudio de la presente memoria. Específicamente se estudia en forma analítica el efecto que tiene el confinamiento y la cuantía de borde en el comportamiento de este tipo de muros ante la aplicación de una carga pushover, para lo cual se trabaja con el programa SAFE-Toolbox, el cual corresponde a una plataforma de elementos finitos que permite estimar la respuesta de un elemento estructural ante la aplicación de una determinada carga. En primer lugar, se valida el elemento tipo shell con capas mediante la comparación con experimentos disponibles en la literatura. Luego, se recopila información sobre las características más frecuentes que se pueden encontrar en los muros de sección transversal T de los edificios chilenos (enfocándose en la Región Metropolitana), de modo de generar una base de datos lo suficientemente robusta para desarrollar un montaje experimental: definiendo dimensiones de las probetas, armadura, cuantías de borde, etc. Finalmente, se desarrollan modelos numéricos de muros T en el programa SAFE-Toolbox para estimar analíticamente los resultados que se pudieran obtener del experimento.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / En mecánica de medios continuos se estudian distintas relaciones entre esfuerzos y deformaciones que son usualmente denominadas ecuaciones constitutivas. Las ecuaciones constitutivas clásicas para la elasticidad no lineal son las de los sólidos elásticos de Cauchy y de Green, que se muestran en las ecuaciones i.1, en dónde S es el tensor de esfuerzos nominal, F es el gradiente de deformación, W es la energía de deformación y g es un funcional. S=g(F), ∂W/∂F=S. i.1 El tema de investigación de esta tesis se enfoca en estudiar un nuevo tipo de ecuación constitutiva que ha sido desarrollada recientemente. A diferencia de las ecuaciones i.1, el nuevo tipo de ecuación constitutiva se basa en escribir la deformación en función de los esfuerzos. Este tipo de ecuación permite, entre otras cosas, el análisis de materiales en los cuales puede suceder que los esfuerzos se eleven en grandes magnitudes pero no así la deformación. La ecuación i.2 muestra la relación, en dónde ε es el tensor de deformación caso lineal (infinitesimal), T es el tensor de esfuerzos de Cauchy y f es un funcional: ε=f(T). i.2 La presente tesis se centra en el estudio de dicha ecuación en dos áreas de investigación. Primero se estudia un caso simplificado de i.2 para el cual se tiene un comportamiento bilineal , en dónde la relación entre ε y T es lineal por tramos. Interesa en particular que el segundo tramo sea tal que el incremento en ε es muy pequeño, para grandes variaciones de T. Considerando dicha forma simplificada para f(T), se resuelven varios problemas de valor de frontera de forma exacta y semi-exacta . En segundo lugar se realiza un análisis de estabilidad (inestabilidad) para un medio semi-infinito considerando la ecuación constitutiva i.2, y una expresión para f que muestre un límite para la deformación. Los resultados obtenidos para los problemas de valor de frontera y el análisis de estabilidad elástica se comparan con resultados conocidos de la teoría de la elasticidad lineal.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En 2017, un grupo de investigadores y diseñadores, por medio de ACHISINA, presentaron un documento guía para realizar diseños sísmicos basados en desempeño. En este documento se describe brevemente la modelación requerida y los criterios de desempeño a satisfacer en Chile. El propósito de este trabajo es realizar una modelación no lineal de un edificio chileno de hormigón armado que presentó daños por flexo-compresión durante el 27F en uno de sus muros, y verificar que los criterios de desempeño establecidos en el documento mencionado señalen correctamente en el modelo las fallas que presentó el edificio. El análisis se centró, principalmente, en el comportamiento del muro que presentó daño localizado por flexo-compresión en el primer piso. Se trata de un muro T, con un largo de alma de 8 metros, y un largo de ala que alcanza los 18 metros. Según los planos de construcción, el muro debería haber tenido una disposición de trabas alternadas en la punta, pero en la realidad las trabas no estaban presentes. Por lo tanto, se consideró un modelo de hormigón no confinado y un modelo de acero que considere el pandeo. Los muros fueron modelados usando elementos de área que están a la vez divididos en fibras de comportamiento no lineal. Se consideró diafragma rígido, y las losas fueron incorporadas solo en zonas donde puedan generar efectos de acople en muros, siendo modeladas como vigas de ancho 12 veces el espesor y con rótulas plásticas en sus extremos. El modelo del edificio fue sometido a análisis estático no lineal y análisis dinámico no lineal, utilizando diferentes registros del 27F de Santiago. Los resultados muestran que para desplazamientos de techo relativamente bajos (deriva de techo ~0.003), el muro que sufrió daños en la realidad alcanza en el modelo niveles de deformación que implicarían daño por flexo-compresión, esto a causa de que el muro forma parte de un sistema que trabaja conjuntamente, como un gran muro en T. También se realizaron modelos no lineales con distintos criterios de modelación para comparar el impacto del diseño en el desempeño global del edificio.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Capturar las vibraciones de un objeto usando cámaras estereoscópicas de alta velocidad posibilita la determinación en campo completo de su geometría y desplazamiento en tres dimensiones, ya que permiten medir un elevado número de grados de libertad simultáneamente. Disponer de datos de medición de campo completo de una estructura es de interés para la aplicación de metodologías de identificación de daño centradas en la respuesta vibracional. El objetivo de este trabajo de título es desarrollar e implementar indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y en derivadas de orden superior de los modos de vibración, que sean capaces de identificar daño por delaminación en un panel compuesto tipo panal de abeja usando un sistema de correlación de imágenes digital de alta velocidad (DIC). Las muestras consistieron en paneles de geometría plana tipo sándwich con núcleos del tipo panal de abeja, y se diferenciaron según su composición y según distintos escenarios de daño por delaminación. Las muestras fueron excitadas a rangos cercanos de sus respectivas frecuencias naturales, esta vibración se captó por el sistema DIC y se identificaron un determinado número de modos de vibración para cada muestra. Se procesó la información recabada por las cámaras, se les aplicó un algoritmo de suavizado y se construyeron indicadores de daño basados en la deformación, curvatura, y en la tercera y cuarta derivada parcial del desplazamiento normal a la superficie modal. Finalmente, a los indicadores resultantes se les aplicó un tratamiento estadístico de selección de datos (asociados a daño) y se les comparó mediante un algoritmo evaluador de predicción. Se utilizaron dos técnicas distintas para la estimación de los parámetros vibracionales de deformación, curvatura y derivadas de orden superior: diferencias finitas y point least-squares (PLS). Luego, en conjunto con la metodología \textit{Gapped Smoothing} (GSM) se construyeron los indicadores de daño. Se concluyó que aquellos indicadores basados en parámetros estimados mediante diferencias finitas presentaron ser sensibles al ruido experimental y por tanto poco confiables. En cambio, los indicadores basados en parámetros estimados mediante point least-squares presentaron ser sensibles al daño y robustos ante la presencia de ruido experimental. En particular, los indicadores de daño basados en la deformación, curvatura y tercera derivada del desplazamiento normal a la superficie de los modos estimadas mediante point least-squares presentan las mejores predicciones de detección según el algoritmo evaluador. Además, la detección de delaminaciones pequeñas fue realizada de mejor manera por el indicador basado en la curvatura estimada mediante point least-squares. / FONDECYT

En la actualidad existe una gran cantidad de tanques de almacenamiento en la industria petrolera, los cuales deben ser inspeccionados con cierta periodicidad para garantizar su buen estado. El mayor problema que existe en la actualidad es que las refinerías evitan realizar estas tareas debido al prolongado tiempo de inspección y se requiere dejar fuera de servicio a los tanques evaluados. En muchas ocasiones, las inspecciones ofrecen resultados favorables, indicando que los tanques se encuentran en buen estado; sin embargo, con la finalidad de evitar que un equipo quede fuera de servicio durante la inspección, se plantea emplear una técnica alternativa de la emisión acústica, la cual evalúe la integridad de los fondos de tanques de almacenamiento, permitiendo un ahorro de tiempo y dinero a la industria petrolífera. La presente tesis está avocada a implementar y documentar la técnica alternativa de inspección de tanques de almacenamiento API- 650, partiendo de los procedimientos generales de inspección hasta la aplicación en un caso específico, cuyos resultados obtenidos mostraron la gran capacidad del método de Emisión Acústica para evaluar la integrad de los fondos de tanques de almacenamiento. / Tesis

Ingeniero Civil / Diversas son las estructuras que, dadas sus dimensiones y condiciones locales del suelo, presentan múltiples entradas sísmicas. Las ecuaciones de movimiento que describen el sistema son expresadas en términos de desplazamientos totales o relativos al suelo. La teoría muestra que la respuesta total puede ser obtenida a partir de una combinación de respuestas modales, esto puede llevar a interpretar que la contribución de cada modo puede ser analizada directamente a partir de registros de desplazamientos, velocidades o aceleraciones totales; es decir, sin desagregar la componente seudoestática. Muchos estudios experimentales de estructuras con múltiples entradas sísmicas no eliminan el efecto del movimiento del suelo, lo cual genera una incorrecta interpretación de resultados en términos del estudio de la contribución de la respuesta modal, como la evaluación de su energía interna y disipación por amortiguamiento. En el contexto de lo anterior es que en el presente trabajo de título se determinará experimentalmente la real contribución de los modos de vibración de una estructura sometida a múltiples entradas sísmicas, desagregando la componente seudoestática para el cálculo de energía interna, es decir, la respuesta relativa será obtenida como la diferencia entre la respuesta total, medida directamente por los sensores, y la componente seudoestática. La configuración experimental consta de dos estructuras unidas por un resorte, una de las estructuras se dispone sobre una mesa vibradora principal, mientras la otra se instala sobre una mesa vibradora secundaria que a su vez se dispone sobre la mesa vibradora principal. Lo cual permite desarrollar estudios experimentales de una estructura sencilla sujeta a múltiples entradas sísmicas. En una primera etapa se determinan las propiedades dinámicas del sistema estructural mediante ensayos de tipo pull-back y a partir de registros de ruido blanco. Con ello se lleva a cabo una calibración del modelo numérico de la estructura, ajustando la matriz de rigidez y amortiguamiento, y determinando las formas modales que permiten el posterior estudio de la respuesta a partir de los datos experimentales que se obtengan. En una etapa posterior se realizan ensayos con múltiples entradas sísmicas donde se compara la contribución modal y la contribución seudoestática a la respuesta del sistema. La componente seudoestática se determina a partir del ajuste de la matriz de rigidez, calculando su valor directamente. Adicionalmente, se desarrolla un método a partir de ecuaciones de espacio-estado con el que se estima dicha componente. Se concluye que la componente seudoestática aporta significativamente a la energía interna de la estructura, en especial para estructuras rígidas. Por lo tanto, la evaluación de la respuesta de estructuras con múltiples entradas debe ser estudiada considerando esta componente y su aporte de energía.

Las ecuaciones de sistemas lineales de la forma: X'(S)= AX(S) + BU(S) O X (K+1) = AX (K) + BU (K) se identifican de manera natural con las parejas de matrices (A, B) modulo uno, relación de equivalencia que se corresponde con cambios de base en las variables de estado y en las de entrada, mas una realimentación adicional. En este contexto, las familias de parejas (A(H, B(M) aparecen en el estudio de perturbaciones de sistemas, sistemas con retardo, incertidumbre en los valores de los parámetros del sistema, etc. se abordan en particular los siguientes problemas:1) forma canónica local.2) existencia de familias diferenciables.3) estratificación del espacio de parejas de matrices:Diagramas de bifurcación de familias genéricas.

El presente trabajo de título forma parte del proyecto FONDECYT Flow Dynamics and Arterial Wall Interaction in Realistic Cerebral Aneurysm Models. El principal objetivo de este trabajo es optimizar la metodología de simulación de la mecánica de aneurismas cerebrales desarrollada en trabajos anteriores [4],[5] en los siguientes sentidos: crear una metodología de reconstrucción para dotar a las geometrías de espesor variable y cuantificar la sensibilidad de los resultados al variar el modelo constitutivo del material de la pared arterial, la cantidad de sifones de la vasculatura precedente al aneurisma, la condición de salida del flujo y el espesor de la pared. El primer objetivo se logró en colaboración con Rojo [2]. Para cumplir el segundo objetivo, se seleccionó uno de los nueve casos reconstruidos en este trabajo de título y se realizaron tres simulaciones estructurales puras, tres simulaciones CFD puras y cinco simulaciones FSI con el programa ADINA 8.3®. Mediante las simulaciones se pudo hallar la proporción en que diferían los resultados al variar los parámetros mecánicos antes mencionados. Se concluyó que la utilización de un modelo elástico equivalente es suficientemente buena aproximación para simular la mecánica de la pared arterial. Por otro lado, se concluyó que los resultados fluidodinámicos están fuertemente influenciados por la creación de flujo secundario producto de la curvatura de la vasculatura precedente al aneurisma. Al realizar las simulaciones, se debe considerar al menos un sifón suficientemente curvo en la geometría. Los resultados de las simulaciones FSI indican que las diferencias más grandes que se producen al variar cualquier parámetro se hallan en el sólido, de hecho los resultados fluidodinámicos, en su gran mayoría, no superan el 10 %. Por otro lado, el parámetro que genera mayor sensibilidad en los resultados es el espesor de la pared. Esta variable produce diferencias cercanas al 60% en el sólido, mientras que la variación de la condición de presión o la elasticidad de la pared, tan sólo producen diferencias del orden del 30 %. Se concluyó que la simulación más precisa desarrollada es la FSI que considera modelo de pared elástica Seshaiyer equivalente, presión normal a la salida y espesor de pared variable. En general, bajo esta metodología los esfuerzos y deformaciones son sobreestimados, mientras que el esfuerzo de corte en la pared es subestimado, lo cual la convierte en una prueba conservadora del riesgo de ruptura.

Ingeniero Civil / El 27 de febrero del 2010 se produjo en Chile un terremoto de gran magnitud, el cual produjo severos daños en algunos edificios habitacionales de hormigón armado. En particular, se observó una falla que se localizó en las plantas bajas y en el borde libre de muros estructurados en forma transversal T. Esta falla se caracterizó por la pérdida del hormigón de recubrimiento, el colapso del núcleo de hormigón, la fractura o abertura de estribos de confinamiento como también el pandeo de la armadura longitudinal. Debido a lo anterior, para estudiar y analizar experimentalmente este tipo de falla, se caracterizó una probeta de hormigón armado emulando el borde libre en compresión del muro T. Además se diseñó una matriz de ensayos con diferentes configuraciones de confinamiento (detallamiento de estribos, espaciamiento de estribos), configuraciones geométricas y de pre-tracción de la armadura longitudinal, esto último para emular la tracción del borde del muro durante un sismo. A partir de los ensayos se analizó y comparó experimentalmente la respuesta global (en relación a la capacidad de carga, el nivel de degradación y la inestabilidad) además de la respuesta interna (en relación a la armadura de confinamiento y de la armadura longitudinal), evidenciándose un comportamiento particular para las probetas con pre-tracción. Éste se caracterizó por una disminución en la capacidad de carga y en algunos casos un corrimiento de la deformación en el máximo de carga, no observándose una reducción o aumento en la degradación comparado con las probetas sin pre-tracción. En las probetas que presentaron confinamiento transversal se evidenció que el nivel de degradación posterior al máximo de carga fue menor comparado con aquellas que no presentaron confinamiento. También se evidenció que la pérdida de carga para deformaciones axiales cercanas a la máxima deformación en compresión para muros, estipulada en la actual normativa, fue menor para las probetas con confinamiento (cerca de un 27% de pérdida en relación a su carga máxima, para detallamiento ACI 318). Se apreció que los ganchos de estribos en 90° no tuvieron un buen comportamiento en cuanto al confinamiento, pues se abrieron, no anclándose al núcleo de hormigón. Se apreció que los estribos de refuerzo transversal en el máximo de capacidad de carga alcanzaron aproximadamente un 25% de la tensión de fluencia, valor por debajo de la suposición de los modelos tradicionales de hormigón confinado. En relación a las probetas con pre-tracción posiblemente la pérdida de capacidad esté relacionada con la velocidad con la que se cierran las grietas y con la pérdida de recubrimiento luego de cerradas las grietas, esto último presentado en el trabajo de Herrera (2013).