Ingeniero Civil / Este trabajo tiene como objetivo recopilar y analizar información referente a reporte de daños, planos estructurales y modelos de edificios de hormigón armado de uso habitacional dañados durante el terremoto de magnitud Mw 8.8 ocurrido el 27 de febrero del 2010 en Chile. Los principales daños observados fueron producidos por flexo-compresión en muros. Estos daños se producen producto de la compresión excesiva de las fibras de hormigón en el borde de muro generada por la interacción de la carga axial y momento flector. Estos daños se evidenciaron principalmente en el pandeo y en ocasiones fractura de su enfierradura principal en el extremo del muro junto con desprendimiento del hormigón. Con este propósito se estudiarán dos edificios que presentaron daños por flexo-compresión en alguno de sus muros. Se incluye además un edificio adicional que no presentó este tipo de daños, distanciado a menos de 100 metros de uno de los edificios dañados, para de esta forma tener condiciones similares de suelo. Se analizarán los edificios mediante modelos computacionales lineales y elásticos, en particular, se analizarán los muros que sufrieron daños por flexo-compresión producto del sismo del 27F, mirando en particular las demandas de deformaciones producto de los desplazamientos de techo esperados, estimadas a partir de las demandas de curvatura. Esto se analizará en base a la normativa vigente. Los resultados de los análisis indican que los muros dañados obtienen deformaciones unitarias del hormigón superiores al 0,003 establecido por la normativa vigente. Estas deformaciones se obtienen cuando se analiza en el sentido de falla que tuvieron los muros, que corresponde a la dirección transversal de los edificios, siendo ésta la dirección más representativa del estudio. En las otras direcciones, se obtienen valores menores que 0,003 para las deformaciones unitarias de los muros analizados. Particularmente, cuando se analiza la dirección longitudinal del edificio, en sus dos sentidos, se obtiene que los muros se encuentran fuertemente acoplados y los modelos entregan bajos desplazamientos de techo. Las conclusiones de este trabajo indican que los muros dañados durante el sismo del 27 de febrero de 2010 efectivamente se dañarían en términos de deformaciones unitarias, siendo los primeros muros en alcanzar su capacidad máxima cuando se analiza en el sentido de la falla de los muros para los edificios dañados. Este estado último de cargas permite determinar cuándo un muro alcanza su deformación elástica y potencialmente el daño. Por otro lado, el edificio no dañado presenta niveles de deformación de los muros menores que para los edificios dañados cuando se asume que la longitud de la rótula plástica es 0,5 veces la longitud del muro en la dirección de análisis. De esta forma es posible correlacionar parte del daño con requerimientos de deformación unitaria en muros y permite entregar una herramienta simple y práctica o un indicador de que se requiere un diseño o detallamiento especial.

Ingeniero Civil Estructural / El sismo de febrero de 2010 dio pie a una modificación de la norma de diseño para elementos de hormigón armado oficializándose el decreto D.S N°60. Este propone dos maneras de estimar el nivel de daño en muros para una determinada demanda sísmica. La primera corresponde a un modelo simplificado de rótula plástica mientras que la segunda considera una aproximación más refinada tomando en consideración la componente elástica e inelástica para estimar las curvaturas últimas. En este trabajo se comienza analizando la componente elástica obteniendo expresiones para la curvatura de fluencia y la capacidad de desplazamiento elástico calibrándolas mediante un modelo de fibras numérico no lineal. Estas expresiones son obtenidas para muros de sección rectangular y T, tanto para el ala como el alma en compresión. Se encontró que la componente elástica es altamente dependiente de la carga axial y la cuantía de refuerzo de borde. Por otro lado, se estudia el impacto del acoplamiento en la componente elástica de los muros mediante un nuevo modelo de muros acoplados por losas, encontrándose una gran disminución de la capacidad de desplazamiento asociada a un acoplamiento alto. El estudio de la componente inelástica, por otra parte, permite obtener expresiones generales para estimar la longitud de rótula plástica en función de la deriva (drift) inelástica y de la deriva (drift) total, las cuales son calibradas a partir de análisis numéricos. Estas ecuaciones son utilizadas luego para estimar las curvaturas últimas de los muros mediante las expresiones (1.1), propuesta por el decreto, y una nueva que reemplaza la expresión (1.2) de la misma norma. Esta nueva ecuación toma en consideración las propiedades de los aceros comúnmente utilizados en Chile y es conservadora obteniendo en promedio un factor de seguridad 2.0 en el cálculo de las curvaturas últimas. Finalmente se observó que estimar curvaturas últimas utilizando el modelo simplificado de rótula plástica, en el cual se asume una longitud de rótula igual a 0.5lw, tiene desventajas pues no es conservadora en un gran número de casos y es excesivamente conservadora en otros.

Ingeniero Civil / Chile es un país que se caracteriza por su considerable actividad sísmica, lo cual tiene un impacto directo en el ámbito de la construcción y el diseño de estructuras. Ante solicitaciones sísmicas se generan desplazamientos horizontales en las estructuras y esto causa que los muros y pilares sean sometidos a cargas cíclicas de compresión y tracción. Un tipo de daño frecuente asociado a estas solicitaciones, es la desintegración del hormigón que recubre las armaduras en estructuraciones en base a hormigón armado, con lo cual los refuerzos de acero se ven expuestos directamente a cargas cíclicas, pudiendo presentar pandeo y fractura ante deformaciones importantes. En esta memoria se estudian barras de refuerzo de diámetros de 16, 22 y 25 milímetros correspondientes a muros de un edificio dañado durante el terremoto del 2010, ubicadas en zonas donde se observó daño por pandeo y fractura de algunas armaduras. Se realizan ensayos a cargas cíclicas con amplitud de deformaciones constantes en el rango plástico, utilizando una relación Largo/Diámetro = 20 para inducir pandeo. A partir de las curvas tensión-deformación obtenidas se busca conocer los ciclos remanentes a la rotura de estas barras, los cuales se comparan con el comportamiento de barras inalteradas utilizando modelos empíricos existentes que relacionan la deformación con los ciclos a la rotura. Se observa pérdida de capacidad a fatiga en las probetas provenientes de barras de refuerzo que sufrieron daño visible por pandeo y de barras aparentemente rectas, ésta se cuantifica a partir de la diferencia entre el número de ciclos a rotura de las probetas y el número de ciclos de probetas obtenidas de barras inalteradas. Se tiene una pérdida de capacidad máxima de 17 ciclos a la rotura para probetas de diámetro 16 milímetros y una pérdida de capacidad de hasta 14 ciclos a la rotura para probetas de diámetro 22 y 25 milímetros. Las diferencias mencionadas son consistentes con una solicitación sobre el edificio de alrededor de 15 ciclos de gran amplitud de deformaciones, originados por las aceleraciones de suelo mayores causadas por el terremoto en la zona. La magnitud de la pérdida de capacidad en las probetas se relaciona con la cercanía de su ubicación original a la zona con daño dentro de la barra de donde se obtuvieron y a las características geométricas del elemento estructural del que formaban parte.

Ingeniero Civil / La siguiente memoria consiste en estudiar el comportamiento de las estructuras prefabricadas de hormigón armado de acuerdo al alcance de la norma chilena NCh2369.Of2003 para el terremoto del 27 de Febrero de 2010, determinar lo que funcionó bien, lo que tuvo problemas y las fallas con colapsos inadmisibles que deben ser evitados en futuros sismos. Primero, se presentan y clasifican los daños observados en inspecciones a edificaciones industriales de informes anteriores más otros 17 casos estudiados. Se seleccionan tres de estos casos a los cuales se les realiza un análisis estructural detallado enfocado en las deformaciones. Luego, se comparan las normativas chilenas vigentes analizando sus espectros de diseño utilizados para determinar los esfuerzos y deformaciones sísmicas de las estructuras. De este estudio se desprende que los diseños de las estructuras por fuerzas funcionaron bien, y que los daños se debieron a las deformaciones excesivas sufridas como consecuencia del sismo, en donde el comportamiento de las conexiones discontinuas fue muy insatisfactorio para estructuras flexibles ubicadas en suelos blandos ya que no fueron capaces de funcionar para las deformaciones reales que se produjeron. Se concluye que es importante un diseño por integridad estructural, capaz de aceptar deformaciones para sismos incluso más severos que los de la norma.

El objetivo del presente trabajo de título es investigar el uso de un tipo de moldaje, poco usado en nuestro país, como una solución técnica para acelerar los trabajos de construcción de elementos verticales en edificios de hormigón armado. Este sistema es denominado auto trepante. Se espera entregar información suficiente para poder realizar una comparación entre éste y otras tecnologías presentes en el mercado actual. Se trabajó con empresas líderes en el mercado, de donde se obtuvieron las características técnicas y económicas de todos los modelos y sistemas utilizados. Además, se conversó con usuarios con experiencia y se visitaron obras donde se utilizan las tecnologías, con lo que se completó la información necesaria para la realización del trabajo. La técnica del sistema auto trepante consiste en construir una estructura vertical con un molde de altura variable (entre 2.4 y 6 [m]), el cual se apoya sobre los muros ya ejecutados por medio de pernos de anclajes embebidos en el hormigón. Los paneles son elevados mediante gatos hidráulicos que trepan sobre rieles a la posición siguiente. También se realizó un análisis de los problemas que ocurren frecuentemente en cada sistema, así como las ventajas y desventajas que presentan, con lo que se identificaron los riegos de cada tipo de moldaje. Como resultado final se concluye que el sistema auto trepante permite acelerar los procesos de construcción de muros en comparación con los moldajes trepantes convencionales y tradicionales industrializados, manteniendo un alto nivel de calidad; pero su implementación en una construcción determinada, como lo es la caja de ascensores y escaleras de un edificio de oficinas, resulta de mayor costo por m2. Sin embargo, al permitir una mayor velocidad de construcción, existen economías importantes no sólo en gastos generales, sino también en un mejor ordenamiento de la obra, aspecto difícil de cuantificar.

Ingeniero Civil / El presente trabajo tuvo por objetivo analizar el comportamiento de las cepas del Puente Marga Marga, ubicado en Viña del Mar Región de Valparaíso; durante el terremoto del 27 de febrero de 2010. El análisis se realizó a través de un modelo de elementos finitos en el software OpenSees, sometido a la acción de registros de aceleración obtenidos durante dicho sismo y con el cual se determinan los esfuerzos en la base de las cepas. La finalidad era obtener la demanda a la cual estuvieron sometidos dichos elementos. De acuerdo a planos y memorias de cálculo, se determinó la capacidad nominal a flexo-compresión, la cual se compara con la demanda mediante diagramas de interacción PM obtenidos con la rutina Section Designer del software SAP2000. Además se determinó la capacidad nominal al corte de las cepas para compararla con los esfuerzos obtenidos en el análisis en el tiempo y se analizó el comportamiento de los aisladores frente a las solicitaciones sísmicas. Se concluye que la estructura se comportó adecuadamente durante el terremoto del 27 de febrero de 2010, incursionando en el rango no lineal sólo en determinados instantes evidenciando la fluencia de las barras de refuerzo longitudinal. A pesar de que el puente no presentó daños después del terremoto, el presente trabajo concluye que la demanda de solicitaciones estuvo muy cerca de la capacidad nominal de los elementos por lo que el diseño de las cepas carece de holgura para eventos sísmicos de magnitud severa.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Al someter muros estructurales esbeltos de hormigón armado (HA) a grandes solicitaciones sísmicas, es de esperar que estos incursionen en el rango no lineal debido a la fluencia de las barras de refuerzo longitudinal, lo que produce rótulas plásticas, especialmente en la base. Es común que se alcance la capacidad al momento en la base, lo que afecta principalmente el primer modo de vibrar. Sin embargo, el corte basal puede ser afectado por modos superiores una vez que se alcanza la fluencia flexural en la base, lo que puede derivar en una subestimación del corte basal. Este fenómeno es conocido como la amplificación dinámica del corte, la que no se encuentra incorporada en la actual normativa chilena para el diseño. A fin de investigar la demanda de corte debido a modos superiores, un estudio experimental es realizado en cinco probetas con escala 1:10. El programa considera muros de corte de HA en voladizo con sección rectangular y una masa total de 1 [ton], concentrada en 5 niveles. Los muros consideran discontinuidades comunes en construcciones locales (abertura central, muro bandera), y son materializadas sólo en la base de las probetas, y una de ellas no considera ni armadura de corte ni detallamiento de borde. Éstas son montadas en una mesa vibradora unidireccional para imponer las forzantes. Las probetas son de 2.15 [m] de alto, 15 [cm] de largo y 4 [cm] de espesor. Los ensayos son concebidos para alcanzar el rango no lineal y la excitación de modos superiores, a fin de estudiar la amplificación dinámica no lineal del corte. Adicionalmente, se obtienen mediciones experimentales del fenómeno para muros construidos según la práctica local, y los resultados de un muro base son comparados con los de muros con discontinuidades que presentaron problemas para el terremoto del 2010 en Chile, analizando cómo la amplificación impacta estas estructuras. Los muros son ensayados con una forzante sintética escalada en tiempo, basada en la registrada en Constitución para el sismo del 2010 en Chile, y el registro de Llolleo para el terremoto de 1985 en Chile. Todas las probetas son sometidas a la forzante sintética (Constitución) con una escala en aceleración incremental de 10% a 200%, también se aplica la señal de Llolleo al 100 y 150% de ser posible. El daño se concentra en la base de los muros, principalmente debido a flexión con alguna participación del corte. Para el registro sintético una amplificación promedio de 1.26 es obtenida, y un descenso de la resultante de fuerzas laterales cercana a 0.38hw. El aumento de la intensidad del registro, hace que la amplificación llegue a 1.8. En tanto ésta disminuye notablemente con señal con bajo contenido de frecuencias (Llolleo). No se observan diferencias significativas en la amplificación del corte cuando se incorpora una abertura central en la base, ni para el muro bandera, aun cuando el agrietamiento y modo de falla es diferente en estas probetas. La demanda de ductilidad y el aumento de periodo fundamental no muestran correlación cuando se aplican 2 señales diferentes, en tanto que el contenido de frecuencias y la intensidad de Arias infieren directamente en la amplificación. La amplificación medida es bien correspondida con la estimación por medio de la formulación de Priestley, et al. (2003), y se propone un ajuste del corte amplificado según la Intensidad de Arias efectiva del ensayo / Este trabajo ha sido financiado por Fondecyt.

A medida que el hombre ha ido creando nuevas estructuras como grandes edificios. Estos se realizan sin importar que no cumplan con los límites de resistencia impuestos por los materiales tradicionales como son el hormigón armado o las estructuras hechas de perfiles de acero. En éstas estructuras, las columnas forman parte esencial de ellas, ya que a través de éstas se transmiten a la base las acciones a las cuales queda sometida la estructura. Es por esto que para grandes esfuerzos en elementos como columnas, hace un tiempo en países como U.S.A. y Japón, entre otros, se han utilizado desde hace más de veinte años columnas compuestas. Las cuales se encuentran formadas por hormigón armado y además perfiles de acero. Las columnas compuestas pueden ser clasificadas en tres tipos: secciones de acero embebido en hormigón armado (steel reinforced concrete, SRC), secciones circulares de acero rellenas de hormigón armado (concrete filled tuve, CFT) y secciones rectangulares de acero rellenas de hormigón armado (rectangular concrete filled tuve, RCFT). Esta sinergia existente entre ambos materiales entrega distintas ventajas: (1) en columnas CFT o RCFT, el acero incrementa la resistencia y ductilidad del hormigón por su efecto de confinamiento, el hormigón inhibe el pandeo local del perfil de acero y a la vez hace innecesaria la utilización de moldajes; (2) en columnas SRC el hormigón previene el pandeo local del perfil de acero y a la vez sirve como protector del fuego. Ahora, en base a las normativas existentes y las distintas investigaciones desarrolladas en distintos tipos de columnas compuestas. El objetivo principal de la presente memoria de título fue formular recomendaciones de diseño de columnas compuestas de acero y hormigón, sometidas a esfuerzos de tracción, compresión, flexión y corte. Para que puedan ser utilizadas en Chile como recomendaciones de diseño para el ingeniero que desee información más ordenada acerca del diseño de este tipo de columna. El resultado final de diseño propuesto para cada uno de los distintos tipos de columnas sometidas a cada uno de los distintos esfuerzos, fue que las normativas americanas se destacan en sus resultados en comparación con códigos europeos. Y a la vez para aquellos tipos de ensayos en los cuales no se encontró datos experimentales para poder llevar a cabo la comparación, se sugiere al lector diseñar, según el criterio que posea, entre alguna de las dos normas americanas. En base a los resultados obtenidos en la presente memoria de título. Se recomienda llevar a cabo estudios experimentales, de tal forma de obtener en base a datos reales el comportamiento de las columnas compuestas sometidas principalmente a esfuerzos de corte y de flexión pura. Los cuales no se encontraron datos experimentales de algunas columnas para poder llevar a cabo la comparación de cual método sería el apropiado.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / En este trabajo se presentan simulaciones numéricas de la distribución de temperatura y velocidades en una vivienda que utiliza un sistema de calefacción pasiva, Muro Trombe tipo Escalonado, con el objetivo de calefaccionar viviendas que se encuentran alejadas de la red eléctrica (SING). Este diseño innovador se caracteriza por poseer muros de concreto (masa térmica) equispaciados a una cierta distancia para mejorar la captación de energía solar y así aumentar la eficiencia térmica de la habitación. Las dimensiones exteriores; 2.5 [m] de alto, 5 [m] y 7.5 [m] de largo, para la pared superior e inferior respectivamente. Estos forman un ángulo de 45° con la horizontal inferior, aumentando la captación solar de la pared vidriada y producir mayores gradientes de temperaturas y velocidades al interior de la habitación. Las simulaciones se realizaron con el método de volúmenes finitos utilizando el software comercial (ANSYS Fluent 17.1), con el método de turbulencia k-ϵ Standard y el modelo de carga solar, incluyendo el método de ordenadas discretas (DO), el cual modela superficies semitransparentes (vidrio) con espesores pequeños. Se presenta una evaluación térmica del sistema utilizando los datos climáticos horarios para un día típico de invierno y verano en la localidad de Putre, Región de Arica y Parinacota. Se encontró que las temperaturas promedio en la habitación son de 20 [°C] y 30 [°C] para invierno y verano respectivamente. Se forma el fenómeno de capa limite hidrodinámica en la pared superior, alcanzando un valor de 0.1 [m] para el día más caluroso y 0.08 [m] para invierno. Esto se debe a la condición de no deslizamiento y a la viscosidad del fluido. Durante el día más frio, la energía máxima almacenada por la masa térmica es de unos 1800 [KJ] y durante el día más cálido es de unos 2200 [KJ]. Esta energía se entrega desde las columnas de concreto al aire en la habitación durante periodos sin insolación. Para futuros trabajos se propone considerar más parámetros para describir el entorno urbano y realizar un modelo a escala real de una vivienda típica del norte Chileno. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por: CONICYT-PCHA/Magíster Nacional/2014 - 22140560