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.

Diseño hidráulico del canal Carpintero y sus obras de arte que se requerirán para el mejoramiento y buen funcionamiento del canal de riego, así como el modelamiento hidráulico del mismo, utilizando el software HEC-RAS v.4.1, desarrollado por el United States Corps of Engineers (USACE), a fin de compatibilizar ambos métodos de análisis y llegar a conclusiones a partir de éstos.

El objetivo general de este trabajo de título es registrar y analizar las variaciones de la frecuencia natural que una estructura pueda tener como resultado de los cambios en el contenido de humedad del subsuelo donde está localizada. Se busca obtener una correlación entre los cambios de frecuencia de la estructura y los cambios en el contenido de humedad del suelo. Se ha observado en el último tiempo que no solo cambios en las propiedades físicas de una estructura provocan alteraciones en los parámetros estáticos y dinámicos de este, si no que también variaciones externas a la estructura. Un ejemplo de lo anterior son cambios en la frecuencia natural de una estructura debido a cambios en el contenido de humedad del suelo de fundación. Un ejemplo de lo anterior corresponde a variaciones de un 3% en la frecuencia natural de la Biblioteca Millikan en California, inmediatamente después de precipitaciones de 100 mm en 48 horas, recuperando la frecuencia previa solo al cabo de 10 días. En Chile también se han observado variaciones debidas a los cambios del contenido de humedad en el suelo. Para el Edificio de la Cámara Chilena de la Construcción, se registró un aumento en la frecuencia del edificio de hasta un 1.2% luego de una intensa lluvia que alcanzó aproximadamente 40 mm entre los días 13 y 15 de Junio de 2007. Se elaboró y ensayó un modelo a escala de una estructura de un grado de libertad, con un periodo cercano a un segundo, empotrada en un suelo constituido por arena con menos de 30% de finos, éstos de baja plasticidad, inicialmente en estado seco. En la parte superior de la estructura del modelo se colocó un acelerómetro para registrar las vibraciones y en el suelo se instalaron tres sensores de humedad a distintas profundidades. El agua de lluvia fue simulada mediante la adición de agua a través un dispensador manual. Cuando se agregó agua por primera vez al modelo se rigidizó producto del efecto de capilaridad. En las ocasiones posteriores que se agregó agua al modelo se observa una disminución de la frecuencia de la estructura en torno al 1.6%, que coincide con aumento en el contenido de agua por sobre el 40% de saturación en la profundidad de suelo que contiene los costados de la fundación y el sello. La disminución de la frecuencia se debió a la perdida de rigidez del suelo generada por la reducción de las tensiones efectivas del suelo. Se concluye que existe una clara correlación entre los cambio de humedad del suelo y variaciones en la frecuencia natural de la estructura. Esta variación de la frecuencia natural se produce cuando el contenido de humedad del suelo cerca de los costados y la base de la fundación está por sobre el 40% de saturación aproximadamente. Sin embargo no se observa que un aumento en el contenido de humedad del suelo bajo el sello de fundación afecte el comportamiento de la estructura.

El Yacimiento Los Pelambres es un yacimiento de tipo pórfido cuprífero adakítico, cuya mineralización corresponde principalmente a sulfuros de cobre, con porcentajes bajos de molibdeno y valores subordinados de oro y plata. El yacimiento se encuentra actualmente en explotación por rajo abierto. Durante la realización de este trabajo, entre los años 1992 a 1993, la explotación se realizaba por el método de hundimiento por subniveles. En esa época, con el fin de lograr una óptima planificación minera, se realizó la caracterización estructural y geotécnica de los niveles superiores de la Mina Este del yacimiento Los Pelambres. En el área de estudio se reconocen cuerpos de diorita cuarcífera, pórfido dacítico y pórfido andesítico, las cuales se habrían emplazado durante el Mioceno Superior en rocas volcánicas asociadas al Cretácico Inferior. Las estructuras predominantes corresponden a fallas inversas de alto y bajo ángulo, orientadas NE. Las fallas inversas de bajo ángulo corresponderían a estructuras secundarias asociadas a la imbricación de secuencias de las de alto ángulo. En general, las rocas del sector estudiado presentan calidad geotécnica variable entre buena (2a-2b) y regular (3a-3b) según la clasificación geotécnica de Laubscher (1990); puntualmente se reconocen rocas de calidad geotécnica mala (4a-4b). Debido a la cercanía de las rocas a la superficie se caracterizan las rocas con lixiviación total de calidad geotécnica mala (4a) y el coluvio de calidad geotécnica muy mala (5b). Los sectores atravesados por fallas, con influencia de 3 a 5 m, se les asigna una calidad geotécnica mala (4b). Las calidades geotécnicas de las rocas de la Mina Este se encuentran controladas principalmente por una combinación del tipo litológico, estructuras geológicas mayores y diversas clases de alteración, conformando las distintas unidades geotécnicas.

En este trabajo se ensayó un marco de acero de escala reducida de dimensiones 1,5mx1,5mx0,8m, con el objetivo de verificar la capacidad que tienen barras de NiTiNOL (aleación de Niquel y Titanio), para disipar energía sísmica. Las barras de NiTiNOL de 48cm de longitud y 2,46mm de diámetro se incluyen como parte del sistema de arriostramientos, en el centro del vano principal de la estructura, la cual se ensaya en la mesa vibradora del Laboratorio de Dinámica de Estructuras del Departamento de Ingeniería Civil, aplicando señales sinusoidales y registros sísmicos reales escalados. Como instrumentación se utilizan acelerómetros, celdas de carga y potenciómetros, con los cuales se obtienen aceleraciones a nivel de losa y sobre el marco, esfuerzo y deformación en barras y desplazamientos laterales del marco. La estructura sin arriostrar tiene un amortiguamiento de 1,55% y periodo de 0,44s. Al incorporar las diagonales el amortiguamiento aumenta a 2,5% y el periodo baja a 0,15s y 0,16s, dependiendo de la pretensión de las barras. Los desplazamientos y aceleraciones en el techo de la estructura se reducen con respecto al caso de la estructura sin diagonales cuando se aplica el registro de Llolleo en su componente N10E reducido al 50%. Con la utilización de diagonales en estructuras reales es posible disminuir la magnitud de los desplazamientos frente a solicitaciones sísmicas. Además, si éstas incorporan materiales SMA (Shape Memory Alloys), se pueden controlar las aceleraciones en la estructura. Los periodos obtenidos de manera experimental verifican analíticamente, al igual que la respuesta ante el registro sísmico escalado al 50%.

Este trabajo valida un modelo de interacción flexión-corte en vigas de hormigón autocompactante liviano, con acero longitudinal de refuerzo y cables pretensados, para tres relaciones de aspecto de corte. Adicionalmente, se ha estudiado la capacidad predicha por diferentes implementaciones del modelo de interacción sobre vigas de hormigón armado tradicional, utilizando distintas relaciones de aspecto de corte. La interacción entre esfuerzos de flexión y corte se realiza mediante elementos con comportamiento de panel (biaxial), mientras que las cargas de pretensado se incluyen como solicitaciones externas. Para caracterizar los materiales modelados, se definen las leyes constitutivas de estos en base a recomendaciones y expresiones de la literatura disponible al respecto. Las leyes definidas se incorporan al modelo de interacción, obteniéndose respuestas analíticas que se comparan con resultados experimentales realizados en la Universidad de Oklahoma, en el caso de las vigas de hormigón autocompactante liviano, y ensayos realizados por Kani (1979) en el caso de vigas de hormigón armado tradicional. Las implementaciones del modelo de interacción: (i) resultante de tensiones nulas en la sección transversal y (ii) deformaciones transversales basadas en un perfil calibrado para muros cortos, son incluidas en la modelación. Se presenta una hipótesis adicional al calcular el perfil de deformaciones transversales: (ii.1) se descuentan las deformaciones por flexión y (ii.2) estas deformaciones no son descontadas. Al analizar vigas de hormigón armado tradicional para un amplio rango de relaciones de aspecto de corte, el modelo de tensiones nulas posee buenas predicciones de capacidad para relaciones altas; mientras que, en general, el modelo con un perfil de deformaciones calibrado posee mejores predicciones para relaciones bajas. Se presentan adicionalmente un modelo de flexión, que no presenta grandes diferencias con los modelos de interacción en capacidad, pero no permite reflejar la fragilidad de las vigas estudiadas (todas de falla por corte). En el caso de las vigas de hormigón autocompactante liviano, el modelo con deformaciones calibradas que descuenta las deformaciones por flexión posee mejores predicciones de capacidad y deformación de las vigas estudiadas, entregando los demás modelos capacidades similares, pero deformaciones que sobre estiman la obtenida experimentalmente.

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Ingeniera Civil / El terremoto del 27 de febrero de 2010 dejó numerosos daños que afectaron parte de la obra gruesa de las construcciones en el país. Uno de los patrones más observados fue a nivel de subterráneos y primer piso donde suelen variar la distribución estructural y forma de los muros. Las cabezas de los muros es la zona donde se encuentran las mayores deformaciones de compresión producto de las cargas de flexión y compresión provocando el descascaramiento del muro. Éste fenómeno deja expuestas a las barras de refuerzo, enfrentándolas a la acción sísmica sin restricciones laterales mas allá de los estribos, provocando inevitablemente pandeo en ellas. Esta Memoria de titulo tiene como propósito comprender, a través de ensayos experimentales, el comportamiento a la fatiga con bajo número de ciclos de las barras de acero utilizadas en la construcción de elementos de hormigón armado. Se quiere determinar el número de ciclos que son necesarios para que distintas barras de refuerzo fallen por fatiga tras exponerlas a niveles altos de deformación. Además se desea incorporar el pandeo de las barras, ya que en la literatura actual no se ha abordado éste tema. El objetivo de cargar las probetas de forma cíclica es simular un movimiento sísmico y ver el comportamiento de cada una de ellas variando sus características geométricas. Con éste propósito se varían seis relaciones largo/diámetro (L/d) en el caso de barras Φ 8 y 4 relaciones L/d para Φ 16 sometiéndolas a diferentes rangos de deformaciones que varían entre un 1% y un 5% aproximadamente. Además de demostrar que la relación largo/diámetro tiene poco impacto en el comportamiento de las curvas (obteniéndose un leve aumento en el número de ciclos para el mismo nivel de deformación), se observa la similitud con los modelos existentes en la literatura.

Doctor en Ciencias, Mención Geología / Uno de los rasgos más sobresalientes de los Andes Australes es la curvatura de sus principales estructuras incluida la faja plegada y corrida de Magallanes desde una orientación N-S al norte de los 52°S a una orientación ~E-W en Tierra del Fuego. Esta estructura fue descrita por Wegener en el año 1929, postulando que sería producto del movimiento hacia el oeste de América del Sur; en sus reconstrucciones Patagonia habría formado un margen continuo con la Península Antártica. A pesar que más de 100 años han pasado desde la idea original de Alfred Wegener, la pregunta sobre si esta curvatura es producto de un plegamiento oroclinal o bien una estructura heredada es aún tema de debate. Los datos paleomagnéticos herramienta fundamental para discriminar sobre el origen de esta curvatura son escasos en la región, y muchas veces, de calidad cuestionable. En esta tesis, presentaré los resultados de un estudio paleomagnético y de anisotropía de susceptibilidad magnética (AMS) obtenidos a partir de 146 sitios, muestreados entre los 50°S y los 55.5°S. Se muestrearon 85 sitios en rocas sedimentarias marinas de edad Cretácico-Mioceno de la faja plegada y corrida de Magallanes y cuenca de Magallanes; 16 sitios fueron muestreados en rocas sedimentarias marinas y volcánicas de edad Cretácico Inferior correspondientes al relleno sedimentario de la cuenca de Rocas Verdes y a depósitos del arco volcánico que la rodeaba; 4 sitios fueron muestreados en rocas del complejo ofiolítico que formaba el piso oceánico de la cuenca de Rocas Verdes. Finalmente, 41 sitios fueron muestreados en intrusivos del Batolito Fueguino de edad Cretácico-Eoceno. Los resultados de AMS muestran que la fábrica magnética está controlada por procesos tectónicos que, en algunos casos, oblitera por completo la fábrica sedimentaria; hacia el antepaís, la fábrica sedimentaria está mejor preservada. En general, existe una buena correlación entre la lineación magnética y el pliegue de los ejes, a pesar que a escalas locales se observan ciertas diferencias. En las rocas intrusivas del batolito fueguino la fábrica magnética es variable sin una orientación determinada. Los resultados paleomagnéticos obtenidos en sedimentos y roca volcanoclásticas en el área de Isla Navarino y Península Hardy no pasan el test de plegamiento, indicando una remagnetización durante el Cretácico medio. Al observar todos los resultados, vemos que aparece un patrón sistemático de rotaciones, en donde las magnitudes están controladas temporal y geográficamente: las mayores rotaciones se registran en rocas de edad Cretácico medio y en la parte más interna del orógeno (al sur de la Falla Magallanes-Fagnano). Este patrón de rotaciones el patrón de rotaciones fueguino apoya un plegamiento oroclinal de la región interna del orógeno Fueguino asociado al colapso y obducción de la cuenca de Rocas Verdes. Durante esta etapa ocurrieron alrededor de 50° de rotación antihorario, las que continuaron durante el Cretácico Tardío y Paleoceno, concomitante con la exhumación de Cordillera Darwin y el avance de la faja plegada y corrida de Magallanes hacia el antepaís.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / La norma chilena que regula el diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales es la norma NCh2369.Of2003. Esta norma referencia a modo complementario el estándar AISC Seismic Provisions for Structural Steel Buildings , el cual presenta diferencias conceptuales respecto a la norma chilena, siendo la más importante la definición del mecanismo de disipación de energía sísmica. En la práctica norteamericana se espera que la disipación de energía ocurra sólo en elementos puntuales del sistema sismorresistente (fusibles), lo que requiere que la incursión inelástica de estos elementos esté ampliamente distribuida en altura, de modo de maximizar la disipación de energía y evitar mecanismos frágiles. En un contexto industrial, donde las estructuras se diseñan en gran parte para servir a la operación de equipos y maquinaria, lograr un detallamiento que permita una distribución amplia de plastificación de elementos fusibles no es simple, dada las irregularidades usuales de masa, rigidez y geometría que presentan las estructuras. Considerando lo anterior, la práctica chilena, además de los elementos fusibles tradicionales define el anclaje estructura-fundación como un punto de disipación adicional. La ventaja de este enfoque es que permite limitar en la base la cantidad de energía que ingresa a la estructura, reduciendo el daño de esta durante terremotos severos. Esta práctica ha mostrado un comportamiento exitoso en los últimos once terremotos de magnitud Richter-Kanamori mayor a 7.5. De manera de estudiar el impacto en el comportamiento sísmico de la aplicación de una u otra práctica, en este trabajo se diseñan paralelamente dos estructuras arriostradas típicas del rubro de la minería chilena utilizando los requisitos de NCh2369 y AISC. El comportamiento estructural se caracteriza por medio de los parámetros de desempeño y la metodología indicados en el estándar FEMA P695. Se estudia adicionalmente para cada práctica la distribución de energía sísmica entre los diferentes mecanismos de disipación y el efecto de incorporación de disipación adicional en el anclaje. Se observa que la utilización de un anclaje dúctil mejora el comportamiento estructural, reduciendo la demanda sobre los elementos resistentes y aumentando la ductilidad general. Se aprecia también que la incorporación de disipación adicional en el anclaje aparece como un medio eficiente de reducción de la demanda sísmica.