Ingeniero Civil / El hormigón proyectado ha demostrado ser una excelente herramienta en la estabilización de excavaciones que requieren de sostenimiento inmediato. Tal desempeño se debe al aporte de las resistencias a compresión en edades tempranas, las que se consideran desde los primeros minutos hasta las 12 primeras horas. Actualmente en Chile, se utilizan 2 tipos de ensayos estandarizados para medir las resistencias tempranas a compresión, conocidos como ensayo del Penetrómetro y ensayo de la Pistola Hilti. Ambos son ensayos indirectos, es decir, miden una propiedad distinta del hormigón, pero mediante curvas de calibración, dan cuenta de la resistencia efectiva a compresión. Sin embargo, éstas curvas de calibración tienen limitaciones asociadas a las condiciones bajo las cuales fueron proyectadas, las que no necesariamente son representativas para los hormigones proyectados nacionales (cemento, áridos, equipos, etc.). En este contexto, el presente estudio busca implementar y evaluar un equipo de ensayo que permita determinar la resistencia a compresión del hormigón proyectado en edades tempranas de manera directa, para lo que se adapta un diseño basado en estudios realizados en Europa, Norteamérica y Australia, ya que no existe un equipo de ensayo estandarizado. El nuevo método consiste en ensayar, por secciones, una viga prismática a compresión. Para la evaluación de los resultados se realiza una campaña de ensayos comparativa que junto con considerar los ensayos con el equipo en estudio, considera ensayos con Penetrómetro, Pistola Hilti y Testigos. Con ello, se busca generar una curva característica del desarrollo de la resistencia a compresión para una dosificación de hormigón proyectado en particular, a objeto de analizar cómo se relacionan las resistencias del equipo en estudio con las de los ensayos estandarizados. El trabajo concluye que el método en estudio es adecuado para obtener estimaciones de la resistencia a compresión del hormigón proyectado en edades tempranas en un rango de resistencia entre los 10 y los 100 [kgf/cm²]. Ello implica que el nuevo método cubre por completo el rango de aplicabilidad de la Pistola Hilti, y además, que se complementa adecuadamente con la tendencia de resultados del Penetrómetro y los Testigos, cuyos rangos de aplicación, son respectivamente, inferior y superior respecto del rango de resistencia del nuevo método.

Ingeniero Civil / La normativa chilena actual no considera en sus criterios de diseño las aberturas centrales a nivel basal en muros esbeltos de hormigón armado, siendo que este tipo de muros se realiza con frecuencia, ya sea por solicitudes de arquitectura o simplemente por condiciones de diseño. Es por ello que se torna de suma importancia su investigación y el análisis de su comportamiento. El presente trabajo de título estudia el impacto que generan las aberturas centrales a nivel basal en la estructura mediante un programa que realiza un análisis de elementos finitos no lineal. Se analizan una serie de muros esbeltos con diferentes dimensiones de la abertura sometidos a un análisis tipo pushover monotónico creciente para obtener la respuesta carga-deformación llegando a una deriva de techo del 2%. En total fueron analizados 99 muros, 10 muros con aberturas de diferentes tamaños (desde un piso de altura con ancho de 10% del ancho del muro hasta 3 pisos de altura con un ancho de 60% del ancho del muro), y un muro sin abertura. Estos 11 muros se realizaron para 3 relaciones de aspecto (RA=2.5, 5 y 7.5) y para 3 modelos diferentes. Con los datos obtenidos se estudia el comportamiento de cada uno de los muros, para lograr cuantificar el impacto que genera la abertura. En un comienzo se determina de qué manera afectan la cuantía y longitud de la armadura longitudinal de borde de la abertura en la formación y ubicación de la rótula plástica a lo alto del muro, luego se determina el impacto que genera la abertura en las deformaciones máximas por compresión y tracción. Para ello se busca un factor de amplificación que incluya el efecto del corte y el efecto de la abertura en las deformaciones obtenidas con modelos de flexión, a partir de muros continuos desde la base que se realizan en la etapa de diseño. Con estos resultados es posible determinar cuándo se debe utilizar la expresión o cuando simplemente es necesario considerar la abertura con un análisis de flexión (Modelo de fibras). Se entregan recomendaciones con el fin de facilitar la elección al momento de diseñar muros con abertura. Las expresiones obtenidas para estimar las deformaciones por compresión y tracción fueron calibradas para muros con aberturas de un piso y ancho de abertura de hasta un 60% del ancho del muro, los errores asociados a estas expresiones fueron 25% y 40% respectivamente, dichos errores corresponden a la variación porcentual promedio entre la curva calibrada y la curva obtenida con el programa. Si bien la expresión para las deformaciones por compresión es una buena estimación, se recomienda realizar un análisis de flexión tradicional considerando la abertura, ya que al comparar los resultados de todos los muros con abertura analizados con un modelo de flexión versus un modelo de flexión más corte, se tiene que el error asociado es de un 20%. Dado que el presente trabajo consiste sólo en el estudio de resultados analíticos, se pretende dar pie a una futura investigación experimental relacionada al tema.

En el disseny y la caracterització del formigons autocompactants (HAC) tenen implementació tant els propis components de la mescla (volum de pasta y naturalesa de la mateixa, tipus i contingut de fi, estructura del esquelet granular, entre d'altres) com les tècniques d'assaig per a validar els requisits de la autocompactabilitat (fonamentalment son assajos vinculats a la caracterització de la fluïdesa, la viscositat i la resistència a la segregació en fresc). Amb freqüència, les tendències en la dosificació d'aquests formigons responen a extrapolacions de criteris dels formigons convencionals adaptats a criteris empírics, incidir principalment en les característiques del material en estat fresc, però amb un plantejament en general dissociat del sistema de col·locació en l'obra. En aquesta tesis doctoral s'estudia la influència del sistema de col·locació en l'obra. d'una forma indirecta, basada en la consideració de dos estructures tipus del esquelet granular: continua y discontinua. Aquestes estructures s'associen, respectivament, en una primera aproximació, a dos sistemes típics de col·locació, per gravetat o per abocament directe i per bombeig. En ambdós casos s'han considerat diferents nivells de resistència (30 i 60 MPa). L'estudi s'ha fonamentat en la realització d'una amplia campanya experimental on s'ha avaluat i analitzat les diferents característiques que regeixen tant el comportament en estat fresc del formigó autocompactant com el comportament del formigó ja endurit, aquest últim a nivell instantani i a nivell diferit (retracció i fluència). Per a les dosificacions continues, associades al sistema d'abocament directe, s'ha obtingut una major estabilitat davant la segregació i propietats mecàniques instantànies y diferides lleugerament superiors a les discontinues, per als dos nivells de resistència contemplats en l'estudi. De la mateixa manera, en el desenvolupament dels nombrosos treballs vinculats al formigó fresc, s'ha posat de manifest que l'assaig d'extensió de flux pot conduir, principalment en la gamma d'alta fluïdesa, a errors significatius en relació a la detecció de la segregació del HAC. Aquest aspecte s'ha analitzat en profunditat i s'ha proposat un nou assaig per a mesurar la segregació, ràpid, senzill i econòmic, susceptible de ser utilitzat en obra com a criteri d'acceptació o de rebuig del formigó. / En el diseño y la caracterización de los hormigones autocompactantes (HAC) tienen implicación tanto los propios componentes de la mezcla (volumen de pasta y naturaleza de la misma, tipo y contenido de finos, estructura del esqueleto granular, entre otros) como las técnicas de ensayo para validar los requisitos de la autocompactabilidad (fundamentalmente son ensayos vinculados a la caracterización de la fluidez, la viscosidad y la resistencia a la segregación en fresco). Con frecuencia, las tendencias en la dosificación de estos hormigones responden a extrapolaciones de criterios de los hormigones convencionales adaptadas a criterios empíricos, incidiendo principalmente en las características del material en estado fresco, pero con un planteamiento en general disociado del sistema de puesta en obra. En esta tesis doctoral se estudia la influencia del sistema de puesta en obra de una forma indirecta, basada en la consideración de dos estructuras tipo del esqueleto granular: continua y discontinua. Estas estructuras se asocian, respectivamente, en primera aproximación, a dos sistemas típicos de colocación, por gravedad o vertido directo y por bombeo. En ambos casos se han considerado diferentes niveles de resistencia (30 y 60 MPa). El estudio se ha fundamentado en la realización de una amplia campaña experimental en donde se han evaluado y analizado las diferentes características que rigen tanto el comportamiento en estado fresco del hormigón autocompactante como el comportamiento en estado endurecido, este último a nivel instantáneo y a nivel diferido (retracción y fluencia). Para las dosificaciones continuas, asociadas al sistema de vertido directo, se ha obtenido una mayor estabilidad frente a la segregación y propiedades mecánicas instantáneas y diferidas ligeramente superiores a las discontinuas, para los dos niveles de resistencia contemplados en el estudio. Asimismo, en el desarrollo de los numerosos trabajos vinculados al hormigón fresco, se ha puesto de manifiesto que el ensayo de escurrimiento puede conducir, principalmente en la gama de alta fluidez, a errores significativos en relación a la detección de la segregación del HAC. Este aspecto se ha analizado en profundidad y se ha propuesto un nuevo ensayo para medir la segregación, rápido, sencillo y económico, susceptible de ser utilizado en obra como criterio de aceptación o rechazo del hormigón. / The design and the characterization of Self Compacting Concrete (SCC) influences not only the mix components (paste volume and nature; binder amount and type; granular skeleton, etc) but also the testing methods that used to validate the self-compactability (usually in terms of fluidity, viscosity and resistance to segregation) In general, SCC mix designs are extrapolations of conventional mix designs adapted with empirical criteria to change the fresh state characteristics. However, this approach usually fails to take into account the casting system. This thesis covers the indirect influence of the cast system based on the consideration of two types of granular skeleton: discontinuous and continuous, for different strength levels (30 and 60 MPa). In this sense, the discontinuous skeleton responds to a pumping cast system whereas the continuous skeleton fits a direct cast system by gravity using a crane and hopper. The study was based on a wide experimental campaign. The results obtained allow the analysis of the characteristics that govern the fresh, hardened and long term behavior of SCC. For the both strength levels studied, the mix with continuous granular skeleton associated with a direct cast system by gravity exhibited slightly higher segregation resistance and mechanical properties as well as slightly smaller creep than mixes with discontinuous granular skeleton. Nevertheless, the results show that the slump flow test is not sensitive enough to reveal the segregation in fresh state concrete, especially in high fluidity SCC. Thus, in order to address this issue a simple apparatus and a rapid method for testing the segregation resistance of SCC were developed in this study. Since the method is simple and due to its economy, it can be directly used in the construction site for an acceptance or rejection of the segregation criteria for SCC.

Este trabajo valida un modelo de interacción flexión–corte en vigas de hormigón armado con adición de fibras de acero. Estas fibras son incorporadas en la mezcla del hormigón, y su principal ventaja radica en un incremento en la ductilidad de los elementos, lo cual contribuye a disminuir los refuerzos tradicionales de barras de acero (longitudinales y estribos). La interacción entre flexión y corte se analizó mediante el uso de elementos tipo panel de hormigón armado en la modelación, es decir, elementos con comportamiento biaxial, mientras que el efecto de las fibras fue incluido en el análisis a través de las leyes constitutivas del material (curvas tensión–deformación). De esta manera, se caracterizó el comportamiento de los materiales a utilizar, adaptando modelos de hormigón tradicional a modelos de hormigón con fibras. Definidas las leyes constitutivas de los materiales, éstas fueron incorporadas al modelo en estudio, obteniéndose respuestas analíticas para ser comparadas con resultados experimentales de ensayos realizados en la Universidad de Oklahoma, con el fin de verificar el modelo de interacción y el efecto de las fibras de acero en las vigas. Dos hipótesis fundamentales se utilizaron en el modelo: (i) resultante nula de las tensiones transversales e (ii) imposición de un perfil de deformaciones transversales que fue calibrado para muros cortos. En general, el modelo de tensiones nulas resultó en buenas predicciones de capacidad y deformación en vigas más esbeltas, mientras que la imposición de deformaciones transversales resultó mejor en el caso de la viga más corta con falla de corte. Al acotar las deformaciones unitarias al momento de fluencia del refuerzo de flexión, este último modelo mejoró su respuesta en términos de ductilidad para todas la vigas.

Debido a la naturaleza sísmica de nuestro país, el desempeño de los muros estructurales de edificios es de suma importancia para el buen funcionamiento frente a solicitaciones sísmicas. Por esto, esta memoria tiene como objetivo principal verificar y estudiar la capacidad de corte de muros cortos de hormigón armado, a través de un modelo puntal tensor. A pesar que este método nace de la necesidad de mejorar el detallamiento de la armadura presente en el hormigón, su uso no solo se restringe a esto, si no que también puede utilizarse para el diseño y modelamiento de estructuras. El modelo que se utiliza en esta memoria encuentra su base en el modelo de Hwang et al. (2001). A pesar de que el modelo propuesto se basa en los conceptos de estos autores, éste es completamente diferente en la manera en que determina el esfuerzo último de corte de los muros cortos de hormigón armado, ya que éste basa su búsqueda del esfuerzo de corte en las deformaciones promedio que los muros tienen tanto horizontal como verticalmente, las que dependen del desplazamiento entre pisos (“drift”) que presenta el muro, en vez de basarse en una distribución de fuerzas. Estos parámetros fueron calibrados a través de un modelo de elementos finitos, para caracterizar las condiciones de los muros que se pretendían modelar en esta memoria. Esta modificación definiría el mecanismo vertical u horizontal cuando éstos no presenten armadura distribuida en su configuración. De esta manera queda definida la deformación unitaria cuando los tensores (vertical u horizontal) alcancen su capacidad. Los resultados del modelo propuesto fueron comparados respecto de distintos parámetros de los muros de hormigón armado, para de esta manera, determinar la dependencia del modelo con los parámetros. Además los resultados fueron comparados de manera específica con los resultados de los ensayos, para verificar si la tendencia del modelo era similar a la de los ensayos. El comportamiento del modelo fue similar al de los ensayos, lo que valida el análisis realizado, a pesar de que estos sobreestimaran la capacidad del esfuerzo de corte último de los muros de hormigón armado.

Ingeniero Civil / Nuestro país se caracteriza por ser altamente sísmico debido a las condiciones geotectónicas de su territorio. Por otra parte, el mercado de la construcción constituye uno de los principales exponentes del crecimiento que nuestro país ha experimentado en los últimos años, y en donde el hormigón armado (HA) es el material más utilizado en edificación en altura. Los elementos estructurales de HA que más falencias presentaron en el pasado terremoto fueron los muros y en particular los elementos de borde o puntas de muro . El daño se focalizó principalmente en los muros de subterráneo, y se caracterizó por una grieta horizontal acompañada del pandeo del refuerzo longitudinal ubicado en los bordes del elemento. Esto se genera debido a que el descascaramiento prematuro del hormigón perimetral libera de restricción lateral a las barras longitudinales de refuerzo, las cuales se pandean y generan una pérdida considerable en la resistencia del elemento. En el contexto de las modificaciones a la normativa vigente para el diseño de estructuras de hormigón armado en nuestro país, se hace entonces necesario conocer la respuesta de estos elementos y comparar las observaciones experimentales con los modelos que se encuentran actualmente en la literatura, para así desarrollar criterios normativos que ayuden al diseño de estos elementos estructurales. En el presente trabajo de título se modela la respuesta de elementos de borde, a partir de distintos modelos de hormigón confinado y acero, y posteriormente se compara la respuesta analítica con la respuesta empírica. Los datos experimentales se obtienen del trabajo de título de Pablo Polanco (2012), en donde se ensayan 10 elementos de borde a escala sometidos a compresión pura, cada uno con distintas dimensiones y configuraciones de confinamiento. Adicionalmente, se incluyen otros 14 ensayos que son parte de la tesis de Jesús Núñez (2013). Los resultados tanto teóricos como experimentales muestran como el confinamiento genera una degradación más lenta de la capacidad del elemento de borde, siendo el modelo de Legeron & Paultre el que mejor predice la respuesta del hormigón confinado. La pretracción de un 2% genera una pérdida de capacidad cercana al 35% en elementos de borde sin confinamiento y cerca de un 15% en aquellos confinados. Un modelo de pérdida de capacidad por pérdida de recubrimiento es propuesto con el fin de capturar este fenómeno.

En esta Memoria de Título se estudia la vulnerabilidad sísmica de las viviendas de albañilería reforzada de bloques de hormigón que se han construido en la zona norte del país en los últimos 47 años. Con este propósito se utiliza la información relacionada con los daños observados en 19 tipos de viviendas de seis conjuntos habitacionales ubicados en la zona epicentral de los terremotos ocurridos el 20 de diciembre de 1967 (Ms= 7.3), el 13 de Junio del 2005 (Ms=7.8) y el 14 de Noviembre del 2007 (Mw 7.7), zonas en que las intensidades macrosísmicas fueron entre VII y VIII grados en la escala MSK-64. Para evaluar la vulnerabilidad sísmica estructural de las viviendas se utilizaron métodos cualitativos y cuantitativos simples considerando la información técnica disponible de cada uno de los proyectos. Los métodos cuantitativos corresponden a los propuestos por Meli, Lourenco y Roque y Gallegos para edificios de albañilería. De los resultados del estudio se concluye que: La clase de vulnerabilidad a la cual pertenece este tipo de construcción corresponde a la Clase B de la clasificación considerada en las escalas de intensidades macrosísmicas internacionales (MSK-64 o EMS-98). Esto representa una clase de mayor vulnerabilidad que la asignada por estas escalas a las construcciones de albañilería reforzada construidas en los últimos 40 años. Los índices de vulnerabilidad que se relacionan de mejor forma con los daños observados son el índice de densidad de muros por unidad de piso propuesto por Meli (dn) y el índice dado por la relación entre el área de muros en una dirección de la planta y el peso total del edificio propuesto por Lourenco y Roque (2). Teniendo en cuenta las relaciones destacadas en el punto anterior, para evitar que se produzcan daños del tipo severo o grave que obliguen a deshabitar y demoler este tipo de viviendas en un escenario como el producido por los terremotos destacados, se recomienda que la densidad de muros por unidad de piso sea mayor que un 2% o bien que el valor de 2sea mayor que 0.175 m2/ton cuando se trate de viviendas de un piso y que 0.04 m2/ton cuando se trate de viviendas de dos pisos. Teniendo en cuenta los valores anteriores se puede estimar el comportamiento de este tipo de viviendas ante una situación como la generada por los terremotos que han afectado la muestra de viviendas estudiadas, estimación que es necesaria realizar en las viviendas construidas con bloques huecos de hormigón que se ubican en otras ciudades de la región y las cuales no han sido afectadas hasta la fecha por terremotos como los considerados en el estudio.

Muros de hormigón armado con una proporción de altura versus largo menor a dos, son importantes componentes estructurales en edificios de muros con grandes aberturas y en casi todas las estructuras nucleares. El comportamiento de estos muros cortos en eventos sísmicos es de importancia ya que estos son diseñados para proporcionar rigidez lateral y resistencia en un edificio o estructura. Actualmente, las normas y códigos se enfocan en muros que generalmente fallan por flexo-compresión, mientras que un muro corto está gobernado por los esfuerzos de corte los que son más difíciles de predecir que las fallas por flexión. En este trabajo se modificó el modelo de Viu (2009), con orígenes en el modelo de Hwang et. al (2001), los que corresponde a un modelo puntal-tensor de compresión reducida para muros cortos, capaz de predecir la resistencia al corte asociada a una falla de compresión diagonal. Este modelo considera un sistema de tres mecanismos resistentes para muros de hormigón armado: diagonal, vertical y horizontal. La modificación principal corresponde a la introducción de un parámetro α que representa la porción del tensor de la armadura vertical distribuida que no se transmite como esfuerzo a la fundación. La respuesta mejora considerablemente al permitir a este refuerzo transmitir el 70% del esfuerzo a la fundación. A pesar de las mejoras, el modelo podría resultar en sobre-estimaciones de la fuerza en los puntales inclinados, causando tracciones en el puntal principal, e indicar degradación de capacidad con el aumento del refuerzo vertical distribuido. El modelo fue calibrado a partir de una base de datos existente de 252 muros, incluyéndose muros con doble empotramiento, así como muros en voladizo y una amplia gama de valores asociados a la geometría, refuerzo y propiedades de los materiales. Con esta formulación, el promedio de la relación de capacidades de corte del modelo y del ensayo, es de 0.95 con una desviación estándar relativamente baja de 0.20, al compararlo con otros modelos disponibles en la literatura.

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Ingeniero Civil / Los muros cortos de hormigón armado son usados comúnmente en estructuras las cuales necesitan tener resistencia a demandas sísmicas, es por esta razón que es necesario poder tener una herramienta que permita construir la respuesta carga-desplazamiento, y más importante aún que permita determinar la capacidad máxima que resiste el elemento estructural. En este trabajo se implementan modelos para predecir la capacidad al corte de muros cortos de hormigón armado mediante la formulación tipo panel. Esta formulación considera al muro de hormigón armado como un solo elemento, el cual representa el estado de deformaciones y tensiones promedio del muro corto. Se asume que la dirección principal de tensiones del elemento, es igual a la dirección principal de deformaciones con el fin de simplificar el análisis. Para representar el comportamiento de los materiales se utilizan leyes constitutivas recomendadas en la literatura, en el caso del hormigón se considera la degradación de la capacidad de compresión debido a las fisuras provocadas por la tracción en el hormigón. Para poder obtener la zona de degradación de la curva carga-desplazamiento, se modificaron las leyes constitutivas del acero de refuerzo distribuido vertical, agregando la descarga cíclica de éste con el fin de poder predecir la deformación en la cual comienza la degradación del muro Los modelos implementados se pueden diferenciar en dos categorías; (i) modelos con ángulo variable y (ii) modelos con ángulo fijo. En el primer caso, se considera que la dirección principal de tensiones y deformaciones (dirección de la falla), es variable para cada estado de desplazamiento, lo que genera inconsistencia en la predicción de la deformación del puntal de compresiones para niveles altos de deriva. Para los modelos con ángulo fijo se propone una dirección de falla fija la cual depende de la relación de aspecto y el nivel de carga axial. Esta dirección es obtenida, suponiendo el estado de deformación del elemento tipo panel mediante las calibraciones de expansión lateral (Massone, 2010) y expansión vertical del muro (utilizada en el trabajo de Villar, 2010). En términos de capacidad, los resultados de las comparaciones con la base de datos experimental de 252 ensayos revelan que los modelos con ángulo fijo tienen mejores predicciones que los modelos de ángulo variable. La razón promedio entre la capacidad predicha versus la capacidad experimental son valores cercanos a uno, y a su vez tienen un menor nivel de dispersión. Los valores promedios son iguales a: 0.77 para mod. ε_t y ε_L , 0.78 para mod. ε_t y σ_L=N/A 0.97 para mod. " α_((f_c=f_ct)) y 〖 σ〗_L=N/A", 0.87 para mod. " α_((f_c=〖0.5f〗_ct)) y 〖 σ〗_L=N/A", 0.85 mod. " α_((f_c=f_ut)) y 〖 σ〗_L=N/A". Las dispersiones fueron iguales a: 0.31, 0.28, 0.27, 0.24 y 0.24 respectivamente Se compara las repuestas globales predichas por los modelos de ángulo fijo con los datos experimentales, Terzioğlu (2011). Los modelos con ángulo fijo sobreestiman la deformación experimental, teniendo un nivel de dispersión no despreciable. Para muros con poca cuantía de refuerzo distribuido los modelos no logran capturar la respuesta carga-desplazamiento, sobreestimando de sobremanera la ductilidad del muro.