Este trabajo presenta una aplicación del método geofísico SASW (“Spectral Analysis of Surface Waves”), queutiliza ondas Rayleigh para determinar las curvas de dispersión de un sitio. Además, mediante un análisis inverso se puede estimar el perfil de velocidades de ondas de corte en profundidad Vs. Existen ensayos como el downhole y crosshole para obtener el perfil de velocidades, pero tienen un costo mayor al del ensayo SASW, el cual se realiza hace bastantes años en otros países mostrando buenos resultados. Desde hace algunos años se ha observado la necesidad de obtener perfiles de velocidad en forma económica y sistemática en el estudio del comportamiento dinámico del suelo. Sin embargo la Norma Sísmica de Emergencia NCH 433 (modificada), en respuesta al terremoto del Maule del 27 de febrero del 2010, exige la estimación del perfil de velocidades de onda de corte de los primero 30 metros de profundidad. La aplicación del método SASW se realizó en dos sitios, uno en la comuna de Maipú y otro en la localidad de Llolleo, donde se contaba con información de donwholes para la posterior validación del trabajo. El equipo utilizado para los ensayos consistió en 2 geófonos de 4,5 Hz, un sistema de adquisición de datos y 3 fuentes de impacto. En las etapas de interpretación y análisis de datos se utilizó un software para obtener la curva de dispersión y perfiles de velocidad, respectivamente. Toda la metodología realizada se presenta en detalle en este trabajo. Los perfiles de velocidad obtenidos alcanzaron solamente 15 metros de profundidad. Se compararon las curvas de dispersión experimental y los perfiles de velocidad obtenidos con el método SASW y con el ensayo downhole de cada sitio. Las curvas de dispersión resultaron ser bastante parecidas al igual que los perfiles, pero estos últimos presentaron una mayor dispersión entre las inversiones realizadas. Debido a esto se comparó la velocidad Vs15 (velocidad promedio de los primeros 15 metros de profundidad) de cada perfil con el Vs15 obtenido a través del ensayo downhole. En general el error fue cercano al 10%, lo que estaría entregando una buena confiabilidad al parámetro Vs15 obtenido a través del método SASW. En conclusión el SASW es un método de rápida aplicación, económico y que entrega buenas estimaciones de la velocidad de onda de corte; sin embargo se recomienda que este ensayo se complemente con exploración adicional que entregue información estratigráfica.

Ingeniero Civil / Las necesidades de crecimiento de áreas como minería y obras civiles han forzado el uso cada vez más frecuente de materiales con partículas de gran tamaño en la construcción de sus geo-estructuras. La caracterización mecánica de estos macro materiales se determina actualmente con ensayos triaxiales de gran escala, los cuales admiten probetas de hasta 100 cm x 180 cm, ensayos in-situ o utilizando técnicas de escalamiento que permiten ensayar probetas que contengan tamaños de partículas admisibles para equipos triaxiales convencionales. Como el uso de triaxiales de gran escala o ensayos in-situ son de alto costo, tiempo y esfuerzo, los ensayos a probetas escaladas se presentan como una alternativa factible y rentable para los diseños actuales de ingeniería. De acuerdo con estudios anteriores (Gesche, De La Hoz y Dorador entre otros), el método de curvas paralelas u homotéticas es la técnica de escalamiento que mejor puede replicar el comportamiento de un suelo granular grueso, sin embargo, debido a una serie de limitaciones del método (contenido de finos, efecto del escalamiento en la dureza y forma de las partículas entre otros), aún se estudia su validez como método de representación de la resistencia de macro materiales. Por lo anterior, se ha propuesto y desarrollado el siguiente trabajo de forma de ampliar el nivel de entendimiento y rango de aplicabilidad de este método. En el presente trabajo se utilizó un material proveniente de una cantera de mármol negro para estudiar la validez del método de las curvas homotéticas al realizar ensayos triaxiales CID a confinamientos de 5, 10 y 20 [kgf/cm2], en donde el tamaño medio de la muestra escalada es aproximadamente 36 veces menor que el de la muestra original. Se estudió como influye la magnitud del escalamiento y el nivel de confinamiento cuando se intenta replicar la resistencia máxima de un suelo granular mediante granulometrías paralelas. Los resultados obtenidos muestran que para replicar la resistencia máxima, el índice de vacíos de ensayo del material escalado debe ser mayor que el del suelo original en una magnitud que crecerá a medida que el nivel de confinamiento sea mayor.

Ingeniera Civil / El presente Trabajo de Titulo tiene como objetivo principal la obtención de los perfiles de velocidad de onda de corte en cuatro estaciones de la red sismológica RENADIC y una estación sismológica de la Universidad de Chile ubicada en Lolleo, mediante el método de ondas superficiales MASW (Multichannel Analisys of Surface Waves) y la comparación de estos resultados con ensayos donwhole ya realizados en los mismos sitios. Se presenta una revisión bibliográfica de las ondas sísmicas, en especial de las ondas Rayleigh en las que está basado este método. Se presenta la metodología para obtener la curva de dispersión y el proceso de inversión de los datos para la obtención del perfil de velocidad de onda de corte. Además, se revisa la metodología de los ensayos geofísicos invasivos crosshole y downhole, dando especial atención a la metodología de este último. El método MASW fue implementado con 12 geófonos de 4,5 Hz de frecuencia con los cuales se realizaron ensayos de 5 golpes en cada sitio. A partir de los datos obtenidos, se obtuvo la curva de dispersión de cada sitio mediante un análisis f-k realizado con el software Geopsy. Posteriormente, se realizó la inversión de las curvas de dispersión mediante el módulo Dinver, del mismo software, para obtener el perfil de velocidades de onda de corte. Se reanalizaron datos de ensayos downhole obtenidos por Idiem en cuatro estaciones (Maipú, Peñalolén, Casablanca y Melipilla) mediante el Método Directo y se reanalizaron datos en la estación de Maipú con el Método del Intervalo y el Método del Intervalo Modificado. Se comparan los perfiles de VS de acuerdo a los resultados de ensayos downhole para los 5 sitios, la relación de los resultados con la estratigrafía de cada sector y se comparan los perfiles obtenidos con ensayos downhole y ensayos MASW. Las conclusiones de este Trabajo apuntan a las diferencias en el cálculo de VS30 de acuerdo a la metodología utilizada, la influencia en la clasificación sísmica del sitio, la importancia de la estratigrafía en ensayos superficiales, la necesidad de información complementaria para el análisis de ensayos superficiales, como datos topográficos, estudios anteriores entre otros, y la utilidad de contar con sondajes exploratorios para entregar un resultado confiable y certero.

Este trabajo de título presenta un análisis de la respuesta sísmica que tuvieron nueve sitios con estaciones de monitoreo sísmico durante el terremoto del Maule del 2010, correlacionando la respuesta con el perfil de velocidad de ondas de corte, el parámetro VS30 y la clasificación sísmica correspondiente a cada sitio. Para obtener el perfil de velocidades de ondas de corte se implementó el método SASW de manera de alcanzar al menos 30 m de profundidad. Se realizaron dos mediciones de prueba con este método, y se comparó el perfil de velocidad de ondas de corte con el obtenido con un ensayo Downhole realizado previamente en cada lugar, presentando diferencias dentro de un margen razonable. Si bien este método permitió obtener perfiles de velocidad consistentes con la geología y estratigrafía en muchos de los sitios, el método SASW requiere de personas capacitadas para obtener la curva de dispersión. Esto se hace aún más crítico cuando la velocidad de ondas de corte disminuye en profundidad. Aún más, el proceso de inversión para obtener el perfil de velocidades no tiene una única solución. Es por esto que es necesario contar con gente capacitada que aplique este método, que ojalá se cuente con información de la estratigrafía del sector, y que los resultados sean utilizados con cautela. Las principales conclusiones de este trabajo son que i) en suelos con una distribución de rigidez no monótonamente creciente en profundidad se observó más de un período con altos valores de pseudo-aceleración, lo que se debería traducir en un espectro de diseño con un plateau más extendido para lograr una cobertura adecuada del espectro de respuesta; ii) no se observó en los sitios estudiados una única correlación entre el VS30 y la pseudo-aceleración en superficie, lo que significa que este parámetro por sí solo no es suficiente para la clasificación sísmica de los suelos; y iii) en la cuenca de Santiago si se observó una disminución de la pseudo-aceleración con el aumento de VS30 sugiriendo una buena correlación en estos sitios.

Actualmente en Chile se están diseñando presas de arenas de relaves con alturas superiores a 250 m. A nivel mundial son escasos los antecedentes de construcción y del comportamiento de las arenas cicloneadas que conforman los muros resistentes de estos depósitos baja las altas presiones de confinamiento. El objetivo principal de desarrollar este trabajo, fue analizar el comportamiento de arenas de relaves a altas presiones de confinamiento teniendo como marco de referencia lo reportado en arenas naturales. En particular, lo relativo al impacto de las altas presiones de confinamiento sobre las propiedades de resistencia al corte bajo condiciones drenadas y no drenadas, rigidez del material a pequeñas y grandes deformaciones, así como su efecto sobre sobre la resistencia cíclica. Se presentan resultados de ensayos geotécnicos realizados sobre arenas de relaves de cobre, bajo presiones de confinamiento de hasta 30 kg/cm2 . Los ensayos corresponden a 4 diferentes tipos de relaves, provenientes de 4 operaciones mineras distintas. Se ensayó un amplio rango de presiones de confinamiento, densidades y contenidos de finos, de modo de cubrir la mayor diversidad de casos. Estos ensayos incluyen: granulometría, propiedades índices, compactación, triaxiales estáticos (drenados y no-drenados), triaxiales cíclicos, triaxiales a pequeñas deformaciones y ensayos en columna resonante. La interpretación de los resultados de los ensayos ha permitido establecer un marco de referencia del comportamiento de las arenas de relaves a altas presiones, con las siguientes conclusiones principales: La rotura de partículas no es tan pronunciada como en algunas arenas naturales, La envolvente de resistencia drenada no es sensible a las altas presiones ni al rango de contenido de finos ensayados, La resistencia no drenada promedio disminuye al incrementarse el contenido de finos, pero son comparativamente mayores que los reportados en la literatura técnica para arenas naturales, El módulo de deformación tangente inicial (Ei), para el rango de densidades y presiones ensayadas, es poco sensible al rango de contenido de finos ensayados (12% - 30%), Se observa un fuerte incremento en el módulo de corte máximo por efecto de las presiones de confinamiento e índice de vacíos, Para presiones de confinamiento mayores que 10 kg/cm2 , no hay cambios significativos en el valor de la resistencia cíclica (Rc), La aplicación de los factores de ajuste por sobrecarga (Ky anisotropía K típicos, indicados en la literatura técnica para arenas naturales, puede implicar la subestimación del valor de la resistencia cíclica en arenas de relave.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Geotécnica / Los altos niveles de producción de cobre en la actualidad, junto con la baja ley de los yacimientos, hacen que se generen cantidades importantes de desechos llamados relaves. El almacenamiento de grandes volúmenes de relaves obliga al estudio del comportamiento tanto estático como sísmico de este material, de manera de asegurar la estabilidad mecánica de las presas de relaves. En este contexto es de gran importancia estudiar la resistencia de los relaves frente al fenómeno de licuación, materia del presente trabajo. Diversos estudios han mostrado que el nivel de presión de confinamiento afecta la resistencia cíclica de arenas, proponiéndose el factor de corrección Kσ. Análogamente, se ha observado que el nivel de corte estático inicial también afecta la resistencia cíclica, a raíz de lo cual se ha introducido el factor de corrección Kα. Sin embargo, el efecto acoplado de ambas variables, que corresponde a la condición real de terreno, no ha sido debidamente investigado. Consecuentemente, mediante ensayos triaxiales cíclicos no drenados consolidados tanto isotrópicamente como anisotrópicamente, se ha estudiado el efecto conjunto de ambas variables en la resistencia cíclica de arena de relaves, para distintos niveles de densidad relativa inicial. Los resultados obtenidos del efecto acoplado de la presión de confinamiento y el corte estático en la resistencia cíclica de arena de relaves, se han resumido a través del parámetro Kσα. Este factor se presenta gráficamente con la intención de advertir donde la combinación de presión de confinamiento y corte estático inicial (en términos del parámetro α) tiene efectos positivos o negativos en la resistencia cíclica de arena de relaves. El análisis de datos indica una sobrestimación de la resistencia al usar el producto de los factores por separado (Kσ x Kα), en comparación al uso del factor acoplado Kσα, para cada una de las densidades estudiadas. Los resultados experimentales muestran que existe en definitiva dos modos de desarrollo de deformaciones. Por un lado, está el caso donde la probeta claramente exhibe deformaciones axiales cíclicas, identificándose la falla por un nivel de deformación entre los peaks de compresión y extensión. Por otro lado, está la condición de una reducida deformación cíclica, pero un marcado desarrollo de deformación acumulada hacia la zona en compresión, identificándose la falla por el nivel de deformaciones máximo acumulado. Cada uno de estos modos depende de la combinación de densidad relativa, presión confinante, corte estático y nivel de solicitación cíclica.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Geotécnica / La información experimental disponible de la resistencia cíclica de suelos arenosos proviene en su mayor parte de resultados de ensayos triaxiales cíclicos, bajo una condición de consolidación isótropa. Sin embargo, en la naturaleza prevalece el caso donde existe esfuerzo de corte estático inicial previo a la aplicación de la carga cíclica no-drenada. Experimentalmente se ha observado que la consolidación anisótropa influye en la resistencia cíclica de materiales arenosos, aun cuando los resultados reportados a la fecha no son concluyentes y en algunos casos resultan contradictorios. En la práctica actual, el efecto del corte estático inicial es incorporado a través del factor de corrección, K, el cual corrige la resistencia cíclica obtenida en ensayos con consolidación isótropa. En esta investigación se estudia la influencia del esfuerzo de corte estático inicial en la resistencia cíclica en una arena de relaves cicloneada, con 18 % de finos no-plásticos. Con el objeto de cuantificar el factor de corrección, K, se realizaron ensayos triaxiales cíclicos bajo condiciones de consolidación tanto isótropa como anisótropa, Todos los ensayos se llevaron a cabo con una presión de confinamiento efectiva igual a 1 Kg/cm2. Las densidades relativas utilizadas, post-consolidación isótropa, fueron iguales a 45% (caso suelto) y 75% (caso denso). Los valores de esfuerzo de corte estático inicial usados fueron 0.0; 0.1; 0.2; 0.4; 0.6; -0.2 y -0.4 Kg/cm2. Para los estados de carga en compresión, el factor de corrección, K, alcanza valores máximos de 1.8 para el material suelto y 1.3 para el denso. En extensión, en cambio, K, resulta consistentemente menor a la unidad. Se concluye que el esfuerzo de corte estático inicial afecta la resistencia cíclica, siendo mayor su influencia en suelos sueltos que en suelos densos. Aunque esta conclusión difiere de la mayor parte de las investigaciones publicadas internacionalmente, confirma tendencias reportadas por autores japoneses.