En el presente trabajo se valida un modelo de interacción flexión-corte, el cual es una modificación del modelo tradicional de fibras uniaxiales, agregándole un resorte de corte a cada fibra del elemento, de manera que considera elementos de hormigón tipo panel, con comportamiento biaxial, para obtener la interacción flexión--corte deseada. El modelo se aplica a muros cortos de hormigón armado, con relación de aspecto alto/ancho menor igual a uno, en voladizo, sujetos a cargas laterales en su plano, y con carga axial nula. El objetivo principal de este trabajo consistió en validar la respuesta global, carga versus desplazamiento lateral superior, entregada por el modelo. Con este fin, se analizaron datos de la Universidad de Bogazici, Turquía, de siete ensayos realizados en muros cortos en voladizo y luego se procedió a la modelación de los mismos. Para ello, primero se caracterizaron los materiales usados en cada muro, y una vez definidas las leyes constitutivas fueron incorporadas a los modelos. En general, los resultados obtenidos son coherentes con lo observado en los ensayos, mostrando cambios en la respuesta dependiendo de las propiedades de los materiales y las cuantías de armadura de los muros. En comparación a los resultados de los ensayos, la capacidad máxima obtenida con el modelo de interacción flexión-corte muestra un error promedio de 8.9%, e igual a 20% en el caso más desfavorable, y una desviación estándar de un 7.5% con respecto al total de casos.

Ingeniero Civil / El presente trabajo de título tiene por objetivo identificar los principales modos de falla en perfiles armados XL sometidos a carga cíclica y su vinculación con propiedades geométricas y de comportamiento estructural. Parámetros estudiados son las fuerzas máximas de tracción y compresión, la degradación de la capacidad compresiva, la ductilidad y las fuerzas en las conexiones con la placa gusset y en la intersección de las diagonales. Adicionalmente, se comparan los efectos de utilizar dos espaciamientos de placas separadoras: cada un cuarto y un octavo del largo total del arriostramiento. Para proceder, se realiza un análisis no lineal de tipo pushover en el software de elementos finitos ANSYS Workbench 15. Se estudian en total 74 elementos, con secciones variando en altura de 80 a 400 mm, espesores de 4 a 16 mm y largos de 3 a 6 m. Como resultado, se establece una relación entre el modo de falla y el cociente entre la esbeltez y la compacidad de la sección transversal: perfiles con una relación de esbelteces mayor a 10 tienden a fallar por flexión; cuando la razón está comprendida entre 6 y 10 fallan por flexotorsión, mientras que para valores menores a 6 lo hacen por torsión. Se identifica que los perfiles con una relación de esbelteces menor a 4 no experimentan deformaciones laterales ni aparición de una rótula plástica, por lo cual presentan una alta ductilidad y prácticamente nula degradación en la capacidad compresiva. En cuanto a las fuerzas en las conexiones, los casos más desfavorables se vinculan con perfiles con falla flexotorsional y flexural, ya que las demandas tienden a ser crecientes con la relación de esbelteces para los ejes de las conexiones que concentran las fuerzas más críticas. Finalmente, se recomienda distanciar los interconectores a un cuarto del largo total, por cuanto se aumenta la capacidad de deformación inelástica y se disminuyen las fuerzas en las conexiones. Además, se sugiere evitar la implementación de perfiles con falla flexotorsional, ya que mostraron fallar prematuramente y además, producto de la forma de pandeo, suponen costos de reparación mayores.

Ingeniera Civil / La media geométrica ha sido una representación de la componente horizontal ampliamente utilizada para la generación de curvas de atenuación para el diseño sísmico, pero existen otras representaciones que podrían ser más adecuadas para el diseño dependiendo de las características propias de la estructura o del lugar donde se emplace, he aquí la necesidad de convertir curvas de atenuación ya existentes, obtenidas para la media geométrica, a otras definiciones más apropiadas que mejoren la calidad y precisión del diseño sísmico. Para el estudio realizado en esta memoria se recopilan registros de aceleración de las redes de estaciones sísmicas nacionales, RENADIC y ONEMI, y se obtiene información de eventos de magnitud superior a 5.5 Mw ocurridos en Chile hasta el 23 de septiembre de 2015. Los registros son procesados y filtrados conservando aquellos cuyo PGA es mayor al 1% de g. Mediante un estudio se determina que, de un total de 680 registros, asociados a 131 eventos sísmicos, cerca del 80% de los espectros calculados alcanzan un periodo de uso igual o superior a 10 s, permitiendo extender el rango de estudio hasta los 10 s. Las estadísticas presentadas aquí están basadas en el trabajo de Beyer y Bommer (2006), y permiten la transformación de curvas de atenuación a diferentes representaciones de la componente horizontal del movimiento. Las definiciones consideradas son las siguientes: RotD100 o máxima dirección, envolvente, random, GMRotD50, GMRotI50, media geométrica, media aritmética, componentes principales 1 y 2 y componentes ortogonales horizontales (H1 y H2), orientadas según los ejes del equipo de registro en terreno. Adicionalmente, se introduce la componente vertical. Se logró determinar funciones que relacionan la media geométrica con las otras definiciones de la componente horizontal. Los resultados encontrados son similares, pero no idénticos, a los reportados previamente en la literatura. La principal diferencia observada es el efecto de direccionalidad para las componentes horizontales H1 y H2, efecto atribuido a la orientación de los equipos en terreno que permitiría, en la mayoría de los casos, considerar H1 y H2 normal y paralela a la falla respectivamente. Dicha direccionalidad se acentúa para periodos altos, sismos interplaca y magnitudes sobre 6.5 Mw. Para la componente vertical se obtienen factores de conversión mucho menores que para las distintas representaciones de la horizontal, pero con mayor variabilidad, la razón cambia ampliamente entre distintos rangos de periodos, presenta una variación importante con el amortiguamiento para periodos bajos y con la magnitud para periodos altos y es destacable su comportamiento con el mecanismo de falla, siendo mayor para sismos intraplaca en periodos bajos y para interplaca en periodos altos.

Durante un evento sísmico las masas de los componentes de una válvula y su sistema de accionamiento producen solicitaciones (inducidas por la oscilación sísmica) que pueden afectar el correcto funcionamiento de esta, estas solicitaciones se ven acrecentadas para el caso de válvulas de gran tamaño, debido a las grandes masas excéntricas involucradas. La sismicidad en Chile tiene la particularidad de poseer sismos de gran duración en su manifestación de mayor intensidad, con lo que válvulas fabricadas bajo estándares y normas extranjeras podrían funcionar incorrectamente durante una situación de emergencia. El principal objetivo de este trabajo es generar una metodología para diseñar y calificar grandes válvulas de seguridad, considerando las solicitaciones sísmicas y de trabajo (presión, peso propio y dilatación térmica) de estas. Se tomaran como base los procedimientos aplicados en la norma ASME QME-1-2007 (para calificación de equipos mecánicos activos utilizados en plantas nucleares), desarrollándose estos con mayor detalle, complementándolos y aplicándolos al caso de la sismicidad nacional. Para ejemplificar la metodología se estudió una válvula de mariposa de 36 pulgadas de diámetro, calculándose el campo de deformaciones de esta sometida a cargas de trabajo y luego a cargas sísmicas. El análisis se centra en el sistema de accionamiento y sellado, considerando las deformaciones y esfuerzos en el eje, disco, sello y bujes de la válvula. Los resultados obtenidos indican que los esfuerzos en los distintos elementos analizados (tanto para carga de trabajo como para carga sísmica) están bajo los máximos admisibles para los distintos materiales empleados, además las fuerzas de contacto generadas producen fuerzas de roce que están por debajo de la fuerza generada por la motorización especificada con la válvula. Se concluye que la válvula analizada es capaz de mantener su integridad física y operabilidad bajo su carga normal de trabajo y durante un evento sísmico. La metodología de calificación generada permite incorporar cargas de trabajo y sísmicas, analizando la incidencia de las deformaciones producidas sobre el sistema de accionamiento y sellado de la válvula.

No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / La lixiviación en pilas es una de las técnicas más utilizadas en el mundo para la extracción de cobre en minerales de baja ley. Sobre la pila se vierte una solución ácida que separa el cobre de la roca, dicha solución percola hacia los sistemas de drenaje ubicados en la base de la pila compuestos por material granular permeable (denominado “overliner”) y tuberías ranuradas de HDPE (polietileno de alta densidad). El objetivo de la memoria es estudiar el impacto del overliner sobre las tuberías e identificar el parámetro del suelo que tiene mayor influencia sobre la deflexión vertical de éstas al aplicar presiones de hasta 3.6 [MPa] equivalentes a una pila de 200[m] de altura. Para lograr lo anterior, se desarrolló un modelo de diferencias finitas en FLAC 2D, el cual fue calibrado con resultados de ensayos de aplastamiento de gran escala a tuberías de 4” de HDPE. El análisis de sensibilidad permitió concluir que el parámetro más determinante en la deformación vertical de la tubería corresponde al Módulo de Young del material granular protector que recubre las tuberías (overliner). Además se observó que el uso de zanjas para la colocación de las tuberías disminuía la deformación de éstas, facilitando la generación de efecto arco.

Ingeniero Civil / Estudios realizados por Stewart et al, 2007, y posteriormente por Lemnitzer et al, 2013, han mostrado que para una pila con restricción al giro en el cabezal (Fixed Head) los desplazamientos por esfuerzo de corte pueden llegar a contribuir en un 40% de los desplazamientos totales, a nivel de terreno, y sugieren que el efecto de corte influye en la determinación de curvas p y. De esta forma, se ha utilizado un modelo de interacción corte flexión para estimar el efecto del corte en la determinación de las curvas p y, modelo inicialmente propuesto por Massone et al, 2006, para el análisis de muros de H.A, extendiéndolo en este trabajo para el análisis de columnas. Dada la geometría de la pila, distintas versiones del modelo de interacción se han validado utilizando la respuesta global carga desplazamiento de ensayos de columnas circulares recopiladas de la base de datos de PEER, 2011, y de Kawashima Lab, 2011, estudiando la respuesta en términos de rigidez, capacidad máxima y desplazamiento al 10% de degradación de capacidad. Estos especímenes fueron seleccionados de forma de observar degradación por corte en la respuesta. Se ha encontrado buena correlación tanto en rigidez como en capacidad, teniendo valores de razón promedio entre el modelo y el ensayo de (V_mod⁄V_exp ) 0.91 para la capacidad máxima y de (K_mod⁄K_exp ) 1.3 para la rigidez, con coeficientes de variación de 0.09 y 0.18, respectivamente, usando el modelo de interacción con un perfil calibrado de deformaciones laterales o expansión (ε_x). Al estudiar la degradación, se ha observado buena correlación al utilizar una discretización en la dirección longitudinal con una razón diámetro largo del elemento (D⁄h_st ) igual a 2.0, obteniendo así un valor promedio de (δ_mod⁄δ_exp ) 0.86 con un coeficiente de variación de 0.38. El modelo de flexión, por su parte, entrega valores de (V_mod⁄V_exp ) igual a 1.1 y (K_mod⁄K_exp ) igual a 1.9. No se consideró el análisis de (δ_mod⁄δ_exp ) por no observar degradación en 6 de 10 casos a grandes deformaciones (δ_mod⁄δ_exp ≫2). Las curvas p y fueron determinadas para un ensayo de una pila Fixed Head, realizado por Stewart et al, 2007, utilizando un procedimiento de ajuste de la respuesta global de un modelo de flexión y a su vez de un modelo de interacción. Se utilizó la forma base de las curvas p y propuestas por API (1993) para una arcilla dura, como una respuesta trilineal. Los resultados muestran que para la curva p y ubicada en la superficie de terreno, la razón entre modelo de flexión e interacción es de (p_(u_Flex)⁄p_(u_inter) ) igual a 0.67 para la resistencia última y de (K_Flex⁄K_inter ) igual a 0.77 para la rigidez inicial. Los desplazamientos por corte contribuyen en un 35% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 3.0 in a nivel de terreno. Adicionalmente, se realizaron análisis de sensibilidad, en donde se determinó que el efecto de corte está concentrado entre la superficie de terreno y una profundidad de 2 diámetros (48 in) y además, se mostró que aumentando al doble la armadura transversal en esta zona se logra aumentar la capacidad en un 7%, para un desplazamiento de 3.0 in, y aumentar la ductilidad de la pila en un 50%. En este caso las deformaciones por esfuerzo de corte contribuyen en un 13% de los desplazamientos totales, para un desplazamiento lateral de 6.0 in, que es el punto en donde se observa degradación.

Ingeniera Civil de Minas / Los esfuerzos in situ son aquellos que son intrínsecos del macizo rocoso y se dividen en esfuerzo tectónico y gravitacional. Estos son una de las condiciones iniciales más importantes para estimar las solicitaciones que pueden desarrollarse en una obra de ingeniería de rocas. El buen conocimiento permite diseñar adecuadamente las labores mineras, obteniendo así excavaciones estables y más seguras. El objetivo general de este trabajo es desarrollar una metodología que permita ajustar estadísticamente un modelo representativo de una base de datos de mediciones de esfuerzos in situ, junto con relacionarlo con el tectonismo de la región. La metodología propuesta para establecer el modelo de esfuerzos in situ queda dada por cuatro partes: 1. Filtrar la base de datos, usando el criterio de Chauvenet para la carga litostática y la regresión lineal del criterio de Mohr-Coulomb. 2. Formar el modelo sujeto a tres restricciones: intervalo de confianza del criterio de Mohr-Coulomb, primer invariante de esfuerzos y razón de esfuerzos b=(σ_2-σ_3)/(σ_1-σ_3). 3. Plantear una serie de modelos que se diferencian en su cantidad de parámetros. La función objetivo se define a partir de los errores cuadráticos entre los esfuerzos principales del modelo y la base de datos. Para identificar el modelo óptimo se utiliza selección estadística de modelos. 4. Calcular las orientaciones para el modelo seleccionado. Los modelos obtenidos se comparan con modelos propuestos por otros autores y aceptados en la literatura. Esta comparación entrega magnitudes y orientaciones de los esfuerzos consistentes, lo que permite concluir que la metodología presentada estima adecuadamente el comportamiento de la base datos. La siguiente tabla presenta el tensor de esfuerzos obtenidos para Chile y Canadá. Chile Canadá Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] EN 0,002 0,000 0,002 0,121 EV 0,010 0,309 0,005 0,000 NV 0,007 0,235 0,006 0,000 EW 0,021 9,462 0,020 10,387 NS 0,011 5,648 0,028 18,200 V 0,027 0,000 0,026 0,000 Se evalúa el impacto de los esfuerzos in situ en el diseño de diversas labores mineras subterráneas, tales como pilares, caserones y galerías. Las variables utilizadas para medir el impacto son: la carga promedio sobre el pilar, la magnitud de la sobre-excavación en caserones, la zona fracturada en túneles y el impacto en el diseño de soporte en galerías. Los resultados ilustran que cuando los esfuerzos presentan un comportamiento hidrostático la estabilidad de las excavaciones es mayor. Se aprecia que las tendencias obtenidas en función de la razón de esfuerzos horizontales y verticales (k), son lineales para pilares, caserones y túneles. En el caso del soporte el espaciamiento de los pernos disminuye y el espesor de shotcrete aumenta, a medida que aumenta la razón de esfuerzos k. Parte de este análisis demuestra que existen diversos factores que afectan el diseño de labores mineras, sin embargo, es importante como paso inicial y base conocer el estado preexistente en la roca y sus propiedades geomecánicas.

Ingeniero Civil de Minas / Los métodos de estabilidad gráficos corresponden a una herramienta empírica de diseño en donde se relacionan el tamaño de la geometría excavada, la competencia del macizo rocoso y la estabilidad de la excavación. Uno de los parámetros que incide en la estabilidad del caserón corresponde al factor de esfuerzos A , el cual es función de los esfuerzos inducidos sobre la pared y el UCS de la roca. Para la obtención de estos esfuerzos, Mathews (1981) desarrolló gráficos derivados del modelamiento numérico 2D en función de los esfuerzos in-situ y la geometría de la excavación. El objetivo de esta memoria es el desarrollo de nuevos gráficos de estimación de esfuerzos inducidos a partir del modelamiento numérico 3D y el análisis del impacto que éstos producen en el cálculo del factor A y en consecuencia en el diseño de caserones. La metodología propuesta consiste en 2 etapas: Modelamiento numérico, la cual se centra en la realización de curvas para estimación de esfuerzos inducidos, utilizando el software de modelamiento numérico en tres dimensiones RS3, con el objetivo de extender a geometrías 3D los gráficos propuestos por Mathews. Impacto en el diseño, se centra cuantificar el impacto generado en el cálculo del factor de esfuerzos. Para esto se realizan 1000 casos sintéticos de caserones, con diferentes geometrías y distintas condiciones de esfuerzos, a los cuales se les calcula el factor de esfuerzos utilizando tanto las curvas de Mathews como las nuevas curvas. Finalmente se aplican estos resultados a la base de datos de Mawdesley (2002) de manera de observar el impacto generado en el gráfico de estabilidad y en el radio hidráulico máximo permisible. El primer resultado de este estudio indica que en el caso de techos y paredes de término, las nuevas curvas de esfuerzos inducidos, derivadas del modelamiento numérico 3D, presentan grandes diferencias con la curvas propuestas por Mathews, esto repercute significativamente en el cálculo del factor A, pudiendo obtenerse resultados completamente distintos dependiendo de los gráficos utilizados. Por su parte en el caso de las paredes de término no se observan diferencias significativas entre ambos gráficos. Con respecto al impacto en el diseño, el principal resultado obtenido muestra que la utilización de las nuevas curvas de estimación de esfuerzos sobre techos y paredes de término trae como consecuencia la obtención de radios hidráulicos permisibles significativamente mayores a los de la metodología convencional, observándose diferencias promedio de 20% y 30% respectivamente. Por su parte, en el caso de las cajas no se observa un impacto significativo. Finalmente se recomienda la utilización de una base de datos histórica que contenga la totalidad de la información requerida (geometría de caserones y esfuerzos in-situ) con el propósito de evaluar de una manera más prolija el impacto de las nuevas curvas.

Los requerimientos actuales para el diseño sísmico de elementos de hormigón armado exigen un adecuado detallamiento de las zonas donde se espera que ocurran deformaciones inelásticas. En dichas zonas, se espera que los valores alcanzados por la amplitud de las deformaciones unitarias sean significativos, ya que durante sismos moderados dicha amplitud puede sobrepasar el 2%. A partir de ensayos cíclicos en elementos estructurales de hormigón armado, se observan tres modos de falla que pueden asociarse a la pérdida de ductilidad. Estos modos de falla son los siguientes: falla por compresión en el núcleo de hormigón debido a falta de confinamiento, pandeo por compresión en las barras de refuerzo longitudinal y fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal. El presente trabajo de título tiene como objetivo estudiar alternativas que permitan modelar la fatiga de bajo número de ciclos en las barras de refuerzo longitudinal en elementos estructurales de hormigón armado. El trabajo, de carácter teórico, pretende proveer información referente a la degradación de la capacidad resistente en el refuerzo longitudinal considerando la degradación cíclica producto de la fatiga de bajo número de ciclos, considerando además el efecto conjunto del pandeo al cual éstas barras son susceptibles de experimentar. En la actualidad, existe un modelo numérico de plasticidad concentrada desarrollado por Massone y Moroder (2009), validado por Lacaze (2009), capaz de representar la degradación en la capacidad resistente del refuerzo longitudinal producto del pandeo. Utilizando este modelo como base se incorporan diferentes alternativas que permiten modelar la degradación cíclica en el refuerzo. En este caso la metodología aplicada consiste en utilizar modelos de fatiga de materiales existentes en la literatura. Con esto es posible implementar el modelo de degradación cíclica para así determinar el efecto conjunto del pandeo y de la fatiga de bajo número de ciclos. La validación y calibración del modelo se realiza en base a los resultados experimentales disponibles en la literatura. Al comparar los resultados analíticos con los resultados experimentales, fue posible cuantificar la disminución en la capacidad resistente del material, llegando a disminuciones cercanas al 25%, dependiendo de la amplitud de deformación a la cual está sometido el espécimen. El modelo es capaz de representar el efecto que considera que a mayor amplitud de deformación, menor es la cantidad de ciclos para la falla del elemento. Por otra parte, el modelo permite representar la degradación cíclica del material pero no fue posible representar la última etapa de la degradación cíclica, correspondiente a la fractura del refuerzo producto del daño progresivo que experimenta el elemento.

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo consiste en obtener el campo de deformación de una probeta de acero SAE 1020 sometida a flexión, a partir de mediciones del campo de desplazamiento a través de correlación de imágenes digitales con cámaras DIC (Digital Image Correlation). Este sistema DIC, es un mé-todo óptico no destructivo para medir el campo de desplazamientos y deformaciones en todo punto. Sin embargo, el proceso de captura digital de imágenes está sujeto a muchas fuentes de ruido y error. Esta situación, define el principal foco de estudio de reducir el efecto del ruido experimental y los errores numéricos en la obtención del campo de deformaciones, en donde los resultados obtenidos son comparados con la solución del problema de flexión, utilizando elementos finitos. De esta forma, el trabajo realizado es necesario como fase preliminar para el estudio de fenómenos más complejos, tales como, el estudio de propagación de grietas en materiales considerando el efecto microestructural, así como también en materiales frágiles, por mencionar algu-nos. La primera parte del trabajo, contempla una revisión detallada de la bibliografía y estudio de la teoría, junto con la obtención de desplazamientos utilizando correlación de imágenes digi-tales. Para esto, se propusieron dos técnicas de preparación de las probetas para la correlación de imágenes digitales. La primera, por medio del salpicado de tinta con un cepillo y tinta en spray negra. La segunda propone el estampado del patrón de manchas con tinta gráfica por medio de un timbre fabricado por cortado laser. Esta última, implicó los mejores resultados en la obtención de desplazamientos. Posterior a la preparación de probetas, se definen los parámetros de opera-ción de la máquina del ensayo, para luego obtener los desplazamientos de las muestras utilizando el software propio de las cámaras DIC. Los parámetros de correlación de mejores resultados fue-ron un sub set de referencia de 17x17 pixeles y distancia de paso de 5 pixeles, presentando un error promedio de dos órdenes de magnitud menor a la escala de los desplazamientos medidos. La segunda parte, busca la reducción del ruido en los campos de deformación por medio de tres métodos diferentes. El primer método propuesto busca suavizar el campo de desplaza-mientos de forma previa a la obtención del campo de deformación por diferenciación numérica. Este método alcanza una reducción de un 88.5% del error promedio, con respecto a los campos de deformación obtenidos directamente sin suavizar. El segundo, utiliza el método Pointwise Least-Squares, por ajuste de mínimos cuadrados, alcanzando una reducción del 80,5%. Finalmen-te, el último método, busca la disminución del ruido inherente en el campo de deformación, de-finiendo sobre él una función de costos regularizada, cuyo mínimo implica el campo de mejor rendimiento. Este último método alcanza una reducción del 72,28% del error promedio. Del trabajo realizado, se observa que el montaje experimental y la calibración de las cáma-ras tienen la mayor influencia en los errores de los desplazamientos medidos. En cuanto a los mé-todos de reducción del error en el campo de deformación, el más efectivo corresponde al suavizado de los desplazamientos mediante la aproximación de la transformada de coseno discreta.