Ingeniero Civil / La naturaleza del proceso constructivo, que normalmente presenta discontinuidades, obliga a contemplar la eventual materialización de juntas frías de hormigonado como singularidades dentro de las estructuras. Los últimos eventos sísmicos han evidenciado la importancia de una correcta ejecución y localización de éstas para que no se transformen en planos de falla. En la búsqueda de una mayor eficiencia en la construcción y de una mejor transferencia de esfuerzos en el plano de la junta, es que se ha recurrido a diversas formas de materializar las juntas. Dependiendo del tratamiento utilizado se puede optimizar la eficiencia en cuanto a tiempo de ejecución y la consiguiente resistencia al corte y tracción en el plano de unión de los hormigones. En distintas obras de Chile y Europa se ha utilizado nuevos tipos de tratamientos de superficie, los que han sido avalados por distintos estudios. El objetivo del presente Trabajo de Título es estudiar la resistencia al corte y permeabilidad de juntas frías de hormigonado cuando se utiliza una doble malla metálica galvanizada, del tipo hexagonal con aberturas de 19 [mm], como elemento contenedor del escurrimiento en el plano de interrupción del hormigonado, manteniendo el plano regular con una textura adecuada para recibir el hormigón de la segunda etapa. Para esto, se construyeron prismas rectangulares de 20 [cm] x 20 [cm] de sección y 80 [cm] de altura, con una junta de hormigonado que forma un plano oblicuo, generando un ángulo de 27° con respecto a la arista mayor. La efectividad de los distintos tratamientos se evaluó comparando la resistencia al corte en el ensayo de compresión (Slant Shear Test) y la permeabilidad en el plano de la junta. Obteniendo una resistencia al corte promedio para la junta materializada con doble malla metálica de un 104% de la alcanzada para el prisma considerado como patrón, donde se simuló la reparación de una grieta como un plano de fractura obtenido por hendimiento, se concluyó que el factor fundamental para asegurar la estanqueidad y monolitismo a través del plano de la junta es la rugosidad lograda en la superficie de contacto. Además se confirmó que la utilización de la doble malla metálica para materializar las juntas frías de hormigonado, es una solución constructiva viable.

La formación de etringita retardada (DEF) es un fenómeno expansivo que se origina en estructuras de hormigón sometidas a altos niveles de temperatura (>70°C) durante su etapa inicial de curado, esto puede ocurrir en las estructuras de hormigón masivo que desarrollan altas temperaturas producto del calor generado por la reacciones de hidratación del cemento. Es por esta razón, que en estructuras de este tipo se toman costosas medidas con el objetivo de no sobrepasar ciertos niveles de temperatura y así evitar el potencial desarrollo del fenómeno DEF. Este trabajo tiene por objetivo comprobar la hipótesis respecto del efecto inhibidor sobre el fenómeno de formación de etringita retardada (DEF) de las adiciones puzolánicas que se incorporan para la fabricación de la mayoría de los cementos chilenos y de esta forma determinar la posibilidad de flexibilizar las restricciones de temperatura máxima establecidas para los hormigones masivos. El procedimiento experimental desarrollado se basa la metodología implementada por Ross Duggan, denominada Ensayo Duggan, el cual consistió en la fabricación de probetas de mortero confeccionadas con cementos con distintas proporciones de adición, las cuales luego ser sometidas a un curado térmico a una temperatura máxima de 85°C ± 2°C se les aplicó una series de ciclos de humedecimiento y secado, con el objetivo de acelerar el fenómeno expansivo. Luego se tomaron mediciones de longitud periódicas con el fin de determinar el comportamiento expansivo de cada cemento estudiado frente a las condiciones de curado impuestas que favorecen el fenómeno. Paralelamente, se realizaron ensayo de resistencia para determinar la influencia de las altas temperatura de curado sobre la resistencia a la compresión de probetas cubicas de hormigón. Se verificó que el contenido de trióxido de azufre (SO3) es el componente del cemento con mayor influencia en el desarrollo del fenómeno DEF. Se determinó que el cemento con mayor efecto expansivo corresponde al cemento clasificado como Portland Puzolánico el cual coincide con el de mayor proporción de trióxido de azufre (SO3) mientras que el cemento clasificado como Portland puro desarrolla una expansión moderada luego de finalizadas las mediciones. El cemento clasificado como Puzolánico no desarrolla presenta un comportamiento expansivo durante la etapa de estudio, este cemento corresponde al de menor proporción de trióxido de azufre (SO3) al mismo tiempo que corresponde al con mayor contenido de puzolana (≈39%). Respecto a los ensayos de resistencia, se determinó que los cementos con adiciones puzolánicas presentan un aumento moderado de la resistencia a los 28 días producto del curado a alta temperatura, mientras que el cemento Portland sin adición presenta una leve disminución de su resistencia a los 28 días. Estos comportamientos indicarían una disminución de la tasa de desarrollo de la resistencia a más largo plazo.

Ingeniero Civil / El fenómeno expansivo por formación de etringita tardía en etapa de hormigón endurecido, es un factor a considerar cuando se diseña el hormigón de un elemento estructural de grandes dimensiones, o que por su alta dosificación de material cementicio es necesario considerar los efectos de la generación de calor de hidratación asociada. La aparición de este fenómeno provoca agrietamiento y pérdida de resistencia del hormigón años más tarde del vaciado (2 a 20 años), y se relaciona directamente con altas temperaturas en la etapa inicial de endurecimiento al interior del elemento (núcleo), debido al calor generado por las reacciones de hidratación del material cementicio. Para controlar la temperatura a edades tempranas (que cuando superan los 70 °C, se sabe, puede dar origen a un proceso de transformación del sulfoaluminato de calcio hidratado (etringita) en un monosulfoaluminato de calcio hidratado disperso en la matriz cementicia del hormigón) se toman diversas consideraciones, las cuales están enfocadas en mantener la etringita en un rango de temperatura en el que ésta se mantenga estable. Es deseable desde el punto de vista del proceso constructivo, poder liberarse de estas restricciones, estudiando posibles variaciones a la composición del material cementicio o la incorporación de adiciones, que actúen como inhibidoras de la transformación de la etringita primaria bajo condiciones de curado a altas temperaturas. En el presente trabajo se estudia el efecto de la incorporación de puzolana en reemplazo de cemento portland, como parte del material cementicio, a través de ensayos experimentales, en los que se intenta simular de forma acelerada, el comportamiento durante la etapa de servicio, de un hormigón sometido a altas temperaturas a edades tempranas. A partir de los resultados obtenidos en un periodo de ensayo de 120 días se observa que, al utilizar un material cementicio compuesto con 70% de cemento portland y 30% de puzolana con finura similar a la del cemento portland base, manteniendo el contenido de SO3 dentro del rango típico entre 2,8% a 3,5%, es posible controlar el fenómeno expansivo por formación de etringita tardía. Las probetas que utilizaron este material cementicio, se mantuvieron por debajo de las expansiones sugeridas como indicadoras de potenciales problemas por formación de etringita tardía durante la etapa de servicio.

Ingeniero Civil / El objetivo principal del presente Trabajo de Título es estudiar la efectividad de un ensayo de medición de la resistencia del hormigón a la penetración de ión cloruro, el método Nordtest NT Build 492, comparándola con la del método ASTM C 1202, a través de ensayos a hormigones con dosificaciones típicas de las correspondientes a hormigón marino y teniendo como referencia un hormigón convencional para uso estructural. Se contempla además investigar la influencia de la incorporación de fibras sintéticas de PP (macrofibras) en el comportamiento de estos hormigones bajo ambos métodos de ensayo. Las variables principales del estudio son la incorporación de microsílice para mejorar el comportamiento del hormigón frente a la penetración de ión cloruro y especialmente su efectividad para controlar la mayor permeabilidad asociada a la inclusión de fibras sintéticas en el hormigón; por otro lado, el nivel de microfisuración inducido en las probetas, previo a los ensayos de penetración de cloruros, variable implementada mediante la aplicación de dos niveles de carga, 20% y 40% de la carga de rotura en compresión. Esto último, a fin de verificar la influencia de la fisuración en el proceso de difusión de cloruros para los distintos hormigones ensayados. De los resultados de los ensayos comparativos realizados se deduce, por una parte, la existencia de una correlación aceptable entre ambos ensayos que hace posible asociar niveles de coeficientes de difusión correspondientes a las distintas clases de permeabilidad a cloruros de hormigones que establece la ASTM C 1202. Por otro lado, se verifica que la inclusión de microsílice resulta decisiva para la obtención de hormigones de calidad aceptable para obras expuestas a ambiente marino, cuando las especificaciones contemplan la incorporación de macro fibras sintéticas como medida de control de la fisuración de la estructura. Finalmente, se recomienda investigar para distintos tipos y contenidos de fibra sintética el comportamiento frente a la penetración de cloruros de hormigones marinos, variando la composición de la matriz cementicia del hormigón.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / El terremoto del Maule de 2010 ocurrido en Chile dejó un gran número de edificios de las construcciones modernas con daños, éstos debido a requerimientos arquitectónicos, poseen discontinuidades del tipo bandera. Un muro bandera se produce cuando hay una extensión de la longitud del muro para los pisos superiores, es decir, a partir de cierta altura el largo del muro cambia, generando una abertura en los bordes de los edificios. El nivel de discontinuidad en la base no ha sido tratado experimentalmente y por lo tanto es necesario observar su impacto estructural. En esta investigación, se estudia experimental y analíticamente el comportamiento de muros esbeltos de hormigón armado tipo bandera frente a una carga axial constante y un desplazamiento lateral cíclico, para así poder comparar los resultados obtenidos con modelos de elementos finitos o modelos predictivos utilizados en trabajos anteriores. Para lograr llevar a cabo el estudio experimental, se dispone del laboratorio de estructuras recién construido que contempla un muro y losa de reacción, al que se diseñó y construyó un sistema restricción lateral y carga axial. Se construyen cuatro probetas de hormigón armado las cuales fueron diseñadas con una altura al punto de aplicación de la carga lateral de 2.8m, un espesor de muro de 15cm y una longitud de 90cm. Todos los ensayos son realizados bajo las mismas condiciones de carga axial constante y carga lateral cíclica aplicada a nivel de techo. Para la obtención de las deformaciones principales, se han instrumentado todos los muros a ensayar con strain gages, LVDT y fotogrametría. Los resultados experimentales muestran que el impacto de la abertura es relativamente bajo, dado que todos los muros tienen capacidad y deformaciones de techo similar, sin embargo la utilización de discontinuidad acelera la degradación, demostrando que los muros banderas, en especial el de mayor discontinuidad, fallan antes que el rectangular. Los modelos en elementos finitos realizados son capaces de capturar de buena forma la respuesta, mostrando la degradación y falla obtenida en los ensayos al incorporar un modelo de acero con pandeo, además el mayor efecto de discontinuidad tipo bandera se obtiene ejecutando modelos de muros con mayor relación de aspecto (edificios altos) con aberturas pequeñas, debido a la alta concentración de daño en la discontinuidad.

Magíster en Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / Chile concentra un alto número de sismos a lo largo de su historia. Uno de los más fuertes en los recientes años ocurrió el 27 de Febrero del 2010 en la región del Maule. Entre los daños producidos por este fenómeno se detectan aplastamiento del hormigón, pandeo de barras de refuerzo longitudinal y fractura de estas mismas. Una unidad estructural común en las construcciones es el muro bandera. Éste elemento se define como un muro que, por diseños arquitectónicos, cambia de longitud entre pisos. El modo de falla de la mayoría de ellos se encuentra en el piso inferior. Se manifiesta a través de una grieta horizontal en el borde del muro. Algunos autores en la literatura desarrollan modelos predictivos para comportamientos de este tipo de elementos y los comparan con muros rectangulares. En ellos concluyen que cuando se presenta este tipo de unidad estructural sin discontinuidad tiene mayor resistencia que uno con perforación. Además, losn autores indican que, ante un mayor desplazamiento de techo, la rótula plástica se desarrolla en una mayor longitud, siempre y cuando sea contenida dentro del alto de la abertura. Según lo anterior, en esta tesis se comprueban dichas teorías a través de cuatro ensayos experimentales de muros de 2.65m de alto, 15cm de espesor y largo basal de 0.9m. En el primero, la probeta base es rectangular; mientras que, del segundo al cuarto, son tipo bandera con perforaciones de distinto tamaño. A través de fotogrametría, se rescatan los desplazamientos y deformaciones en coordenadas cartesianas del área comprendida por el muro. Para cada ensayo se describe el comportamiento global del ensayo. Luego de eso, se analiza el comportamiento de deformaciones de tracción en la fibra extrema, curvatura y deformación en las direcciones principales. Los resultados indican que aumenta el largo de la rótula plástica a medida que aumenta el nivel de deriva. Además, se enfoca en el sector de la abertura. Por otra parte, se capta una nueva discontinuidad creada por la armadura de refuerzo que bordea la abertura. En ella se concentran grandes deformaciones que, en el caso de la probeta 4, definen la zona de falla. Esta anomalía se muestra para los tres casos de muros bandera acentuándose en el último. Su comportamiento hace relación a que el largo de desarrollo de la barra es menor y no se logra total adherencia entre el hormigón y el acero. Finalmente, se propone un modelo puntal-tensor para cada sentido de la carga lateral. En éstos, se logra interpretar los modos de falla. A su vez, al comparar con fotogrametría, las deformaciones de las barras horizontalmente distribuidas y los refuerzos de borde son consistentes con el nivel de deriva cuando las barras entran en fluencia. También interpreta adecuadamente el efecto de la barra discontinua. En este caso, para la probeta 4 identifica la mayor solicitación en ese punto.

Ingeniero Civil / En la práctica constructiva actual se ha hecho frecuente el uso de muros esbeltos con secciones compuestas o complejas, entre los cuales se encuentran los muros T, que constituyen el objeto de estudio de la presente memoria. Específicamente se estudia en forma analítica el efecto que tiene el confinamiento y la cuantía de borde en el comportamiento de este tipo de muros ante la aplicación de una carga pushover, para lo cual se trabaja con el programa SAFE-Toolbox, el cual corresponde a una plataforma de elementos finitos que permite estimar la respuesta de un elemento estructural ante la aplicación de una determinada carga. En primer lugar, se valida el elemento tipo shell con capas mediante la comparación con experimentos disponibles en la literatura. Luego, se recopila información sobre las características más frecuentes que se pueden encontrar en los muros de sección transversal T de los edificios chilenos (enfocándose en la Región Metropolitana), de modo de generar una base de datos lo suficientemente robusta para desarrollar un montaje experimental: definiendo dimensiones de las probetas, armadura, cuantías de borde, etc. Finalmente, se desarrollan modelos numéricos de muros T en el programa SAFE-Toolbox para estimar analíticamente los resultados que se pudieran obtener del experimento.

Ingeniero Civil / Los muros de hormigón armado con discontinuidades a nivel basal son bastante comunes en edificaciones chilenas. Estas discontinuidades afectan directamente en cómo se traspasan los esfuerzos ante eventuales solicitaciones, al no tener una sección transversal regular, la hipótesis de bernoulli de secciones planas no es apropiadas, ya que la discontinuidad genera una variación en el flujo de cargas la cual invalida la hipótesis; es por esto que surge la necesidad de estudiar el comportamiento de este tipo de muros frente a acciones sísmicas con más detalle. La presente memoria tiene por objetivo principal la construcción y ensayo de cuatro probetas de muros a escala de hormigón armado con una abertura en su base, tres de ellos son muros rectangulares y uno tiene además losas en el sector de la abertura, de manera de aumentar la rigidez en esa zona y considerar este efecto en futuros análisis. Adicionalmente se realiza un modelo tipo puntal-tensor de una de las probetas y se realiza una comparación respecto a los resultados que se obtienen experimentalmente del ensayo. El ensayo consiste en inducir sobre cada muro a través de un actuador hidráulico una carga pseudocíclica en su parte superior, así como también una carga axial constante del 10% de la resistencia nominal a compresión del hormigón, y observar cual es su comportamiento en cuanto a deformaciones y esfuerzos resultantes dado el tamaño de la abertura presente en su base. Se compara la respuesta de los muros y sus capacidades de deformación respecto a una probeta base sin discontinuidades. El muro con la abertura más pequeña es la que menor impacto genera en la respuesta de la probeta, así mismo, la abertura más grande es la que mayor impacto genera, disminuyendo considerablemente las capacidades de carga y deformación de la probeta respecto a la probeta base. Además se logra que las tensiones registradas experimentalmente sean consistentes con las teóricas obtenidas con un modelo tipo puntal-tensor.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica. Ingeniero Civil / Este estudio resume los resultados de un estudio analítico de Muros de Hormigón Armado (MHA) chatos y esbeltos, con y sin aberturas. El objetivo principal de este estudio es evaluar el efecto de aberturas y del pandeo de las barras longitudinales en MHA, modelando probetas experimentales disponibles en la literatura, y realizando variaciones paramétricas relevantes. Para lograr este objetivo, el presente estudio mejora la representación uniaxial de la curva tensión-deformación del acero en el elemento de membrana propuesto por Rojas [1], incorporando el modelo del pandeo en barras longitudinales propuesto por Massone y Moroder [2]. La exactitud de la técnica del modelamiento del elemento mejorado es corroborada, comparando simulaciones con datos experimentales de MHA disponibles en la literatura. Finalmente, se incorporan a nivel paramétrico diferentes aspectos como tipo de muro (sólido o con abertura), razón de aspecto, nivel de carga axial, cuantía de borde, deriva inicio de techo, y razón entre longitud libre y diámetro de la barra (relación L/d), de manera de ampliar el espectro de resultados. Resultados indicaron que el elemento mejorado fue capaz de reproducir los resultados y formas de falla experimentales, incluso en los casos con abertura. En general, el efecto del pandeo no causó mayor impacto en la respuesta global de muro para una relación L/d menor a 6, tanto en muros sólidos como en muros con abertura en el borde. Sin embargo, para L/d > 6 el pandeo produjo un impacto significativo en la ductilidad global de muro. Por otra parte, los resultados del modelo mostraron que la abertura, localizada en el borde sobre la base de muro, causó un impacto en la pérdida de capacidad por desplazamiento global de muro. Sin embargo, la pérdida de la capacidad por desplazamiento causada por la abertura está condicionada por dos parámetros: razón altura y largo de muro (hw/lw), y razón largo y espesor de muro (lw/tw). En la medida que la razón hw/lw disminuye, y la razón lw/tw aumenta, la abertura causa un impacto menor en la capacidad por desplazamiento global de muro, ya que el comportamiento inelástico de muros muy chatos (hw/tw < 2) está limitado por poseer una elevada resistencia a la flexión, por lo cual, la ductilidad está restringida; mientras que muros delgados (lw/tw > 12) tienen poca resistencia a las tensiones de corte, por lo cual, la ductilidad también está restringida.

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.