Ingeniero Civil / Este trabajo de título propone y desarrolla una metodología simple para estimar desplazamientos permanentes inducidos en muros de tranques de relaves chilenos producto de solicitaciones sísmicas, basándose en el trabajo de Makdisi & Seed (1978). Al igual que el método original, el procedimiento propuesto calcula los desplazamientos a partir de las aceleraciones generadas en distintos puntos del muro. Para estudiar la respuesta dinámica de un tranque de relaves se implementó un modelo numérico con el software de elementos finitos GTS-NX, caracterizado con un modelo constitutivo hiperbólico y parámetros típicos de algunos de los tranques más importantes del país. Los registros se asocian a distintas superficies de falla potenciales mediante el coeficiente de aceleración máxima, kmax. Los desplazamientos se calculan a partir de la doble integración de los registros de aceleración, asumiendo que los desplazamientos de las superficies de falla se generan al superar el coeficiente pseudo-estático de fluencia ky. Los principales resultados presentan una reducción más pronunciada de la razón ky/kmax a medida que aumenta la profundidad de la superficie analizada, y un aumento en la magnitud de los desplazamientos en comparación al estudio original. De forma complementaria se estudia el efecto del modelamiento de los relaves de la cubeta en la respuesta dinámica del muro y se compara la distribución de aceleraciones y desplazamientos considerando modelos constitutivos elástico y Mohr-Coulomb para el muro. Los resultados indican una baja influencia de los relaves de la cubeta en las aceleraciones de los puntos cercanos al talud aguas abajo del muro y resultados erráticos para modelos configurados con relaciones de esfuerzo-deformación lineales.

Ingeniero Civil de Minas / 22/08/2023

Geólogo / En los últimos años, diversas zonas del mundo han sufrido grandes pérdidas al ser alcanzadas por inundaciones y aluviones (flujos de detritos), por lo que desarrollar estudios relacionados a estos fenómenos se ha transformado en una necesidad. Para abordar esta problemática, en este estudio se desarrolla una metodología determinística para evaluar la amenaza de flujos de detritos, la cual contempla dos etapas con sus respectivas aplicaciones en la cuenca del estero San Alfonso, afluente del río Maipo de la Región Metropolitana. La primera consiste en una metodología orientada a evaluar la susceptibilidad de flujos de detritos mediante la ponderación de factores condicionantes con el uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y la implementación de un análisis jerárquico de procesos (AHP). Los resultados muestran que el AHP permitió realizar un análisis comparativo entre propiedades que no tienen una escala de medición entre sí, bajo tres principios fundamentales: la construcción de jerarquías, el establecimiento de prioridades y la consistencia lógica. Además, esta metodología es aplicable a nivel de cuencas en cualquier ambiente geológico y escala de trabajo. La segunda etapa consiste en una metodología para evaluar la amenaza de flujos de detritos. Como criterios para zonificar en grados de amenaza se incorporan morfologías (abanico y vías aluviales) y áreas de alcance de flujos (conocidos y posibles), en base a la clasificación de tamaño de flujos de detritos de Jakob (2005), agregando como hipótesis que, a mayor volumen de flujo, menor probabilidad de ocurrencia y, por tanto, menor grado de amenaza. Los posibles flujos se simulan con el programa RAMMS-debris flow v.1.6 y sus áreas de generación se definen en base a una evaluación de susceptibilidad de flujos de detritos. Los parámetros de resistencia de las simulaciones se obtienen a partir del retroanálisis de un evento conocido, cuyos datos de entrada se calculan mediante la metodología para estimar parámetros físicos de un flujo de detritos mediante trabajo en terreno y de gabinete (MPF), propuesta en este estudio. De los resultados finales, se desprende que la cuenca del estero San Alfonso presenta zonas de alta, media y baja susceptibilidad de flujos de detritos, siendo la subcuenca NE aquella con mayor inestabilidad. Además, muestra grados de amenaza de este tipo de remoción en masa: muy alto, alto, medio y bajo; siendo los eventos de Clase III, como el ocurrido el 21 de enero de 2013, los de mayor amenaza. Los mapas elaborados para esta cuenca son válidos a una escala 1:20.000.

Ingeniero Civil / Barton (1973) caracterizó la resistencia al corte de diaclasas en escala de laboratorio (~100 mm), desarrollando un criterio de resistencia al corte que considera la influencia de la rugosidad de la junta mediante el Joint Roughness Coefficient (JRC). A pesar de que inicialmente se desarrolló como un parámetro de ajuste, el JRC de diaclasas in-situ, cuyo largo varía en varios ordenes de magnitud, es determinado empíricamente mediante comparación visual con un set de perfiles representativos de pequeña escala elaborado por Barton & Choubey (1977). El objetivo de este trabajo es estudiar numéricamente el efecto de escala y el intervalo de muestreo espacial del perfil en la resistencia al corte de diaclasas bidimensionales sometidas a cargas normal constante. Se utilizaron simulaciones numéricas de elementos finitos de ensayos de corte directo para perfiles de pequeña y gran escala (~100 y ~1000 mm respectivamente), generados mediante el escalamiento de los perfiles standard de Barton & Choubey (1977), considerando además distintos intervalos de muestreo espacial y rugosidades. La elaboración de la geometría de los modelos y sus mallados, la ejecución de las simulaciones y el procesamiento de los resultados fueron automatizados para facilitar los cientos de simulaciones requeridas para el estudio. Los modelos fueron calibrados mediante análisis de sensibilidad, teniendo en consideración la precisión, convergencia y tiempo de cómputo de las simulaciones. Los resultados obtenidos muestran una buena relación con los resultados experimentales y confirman que el intervalo de muestreo en la caracterización de la rugosidad de las diaclasas afecta sus curvas tensión de corte desplazamiento. Las simulaciones de diaclasas de distinta escala, que sólo difieren en su largo y altura de asperezas manteniendo el resto de las propiedades constantes (i.e. propiedades del material, geometría del perfil, condiciones de borde), no muestran diferencias en la resistencia al corte máxima movilizada.

Ingeniero Civil / El estudio de conexiones es fundamental para el diseño de estructuras de acero, ya que son las encargadas de traspasar correctamente los esfuerzos entre elementos y lograr que la estructura trabaje en conjunto. Esto no ocurrió en el terremoto de Northridge de 1994, donde se evidenció falencias en el diseño y el comportamiento de uniones soldadas, dejando como tarea pendiente el desarrollo de nuevas conexiones. La conexión DST se propone como una opción pre calificada para mejorar la ductilidad de los marcos de momento, siempre y cuando se utilicen perfiles T-stubs laminados, cuya disponibilidad es limitada en países como Chile. Dado esto surge la necesidad de comprobar su comportamiento utilizando perfiles T-stubs soldados, los cuales pueden ser una opción ventajosa desde el punto de vista del uso del material y la libertad de dimensionamiento. En este caso la conexión se denomina DBT (Double Built-Up Tee). El presente trabajo de título corresponde a un estudio numérico de conexiones DBT a escala real, con el objetivo de desarrollar un modelo computacional de conexión DBT, mediante el software ANSYS Mechanical v17.2, capaz de reproducir el comportamiento y los diferentes modos de falla de la conexión sometida a cargas cíclicas. Esto con el fin de avanzar en la validación de conexiones DBT para su uso en marcos de momento de tipo SMF. En primera instancia se ofrece una revisión bibliográfica de las principales investigaciones y normativas relacionadas al estudio. A partir de esto se establece el marco teórico, el cual permite entender el comportamiento esperado de la conexión en estudio. Luego se detallan las características de los modelos construidos, tales como geometría considerada, mallado de elementos finitos, condiciones de borde, sistemas de carga, definición de materiales y leyes constitutivas. A partir de esto se muestran los resultados obtenidos y su comparación y validación con los resultados experimentales obtenidos en Salas (2016). Se determinó que los modelos desarrollados son capaces de estimar los modos de falla, resistencia y deformación de ensayos experimentales hasta una rotación entre piso de 0,02 [rad]. Luego de esto se manifiesta una degradación de resistencia de hasta 30% debido al pandeo en el ala de la viga, producto de limitaciones en el modelamiento del material, brindando una estimación conservadora. El modelo no es capaz de captar el efecto de "pinching", pero puede ser estimado mediante cálculos anexos. La conexión es bien representada en términos de rigidez. El efecto de apalancamiento aumenta hasta un 46% las tensiones en los pernos a tracción entre especímenes SE-01 y SE-02. Los modelos validan los resultados experimentales a escala real, cumpliendo con los requisitos de FEMA 350 (2000) y AISC 341 (2016) para conexiones viga - columna en marcos tipo SMF.

Ingeniero Civil / Una de las mayores interrogantes en Ingeniería Estructural corresponde a la caracterización de fenómenos no lineales. Estas no linealidades están presentes en una gran cantidad de casos, por lo cual un adecuado modelamiento es primordial. Sin embargo, los fenómenos no lineales pueden ser tan complejos que requieren de una alta carga computacional. En un sistema es posible encontrar diferentes tipos de no linealidades, que pueden depender de la forma, del material (i.e hormigón) o de componentes como aisladores y disipadores. Así, es posible encontrar en la literatura, modelos que determinen el comportamiento de distintos elementos y sistemas como el modelo de histéresis bilineal, modelo de Bouc-Wen, modelo para fuerzas de impacto, modelos de disipación, entre otros. Por otro lado, existen varios análisis que complejizan el problema, tales como tiempo-historia, análisis monotónicos incrementales, elementos finitos ó simulaciones estocástica. La realización de esto implica un gran costo computacional, debido a que los modelos contienen gran cantidad de detalles o es necesario identificar un gran número de escenarios posibles (incertidumbre en la estructura). De acá surge la necesidad de encontrar herramientas computacionalmente eficientes para modelar no linealidades. Recientemente se la demostrado que Simulink es una herramienta que arroja resultados eficientes a la hora de representar el comportamiento de elementos y sistemas complejos. En el presente trabajo, se desarrolla una librería de los elementos comúnmente utilizados en el control de vibraciones de estructuras para Simulink, y se desarrollan ejemplos de implementación con el fin de reducir la complejidad del problema, pero manteniendo las propiedades no lineales.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico. Ingeniera Civil / El Lago Llanquihue se encuentra en la región de Los Lagos y es el segundo lago más grande de Chile (851 km2), con una longitud máxima de 42 km y una profundidad máxima de 317 m. El lago es monomíctico y la estratificación máxima se produce en los primeros días de febrero. Además, en verano la termoclina se encuentra a una profundidad de aproximadamente 40 metros. El tamaño de la cuenca es pequeña y sus principales afluentes son de pequeña magnitud, siendo el principal riesgo para la calidad de las aguas, el potencial impacto de las actividades generadas en el lago o sus alrededores, como lo son las pisciculturas y el vertimiento de residuos. Se estudió las ondas internas en el lago, ya que la importancia de estas ondas radica en energizar la dispersión horizontal y mezcla vertical, además de producir una variedad de procesos químicos, físicos y biológicos. Para esto, se simuló la hidrodinámica del lago Llanquihue con el modelo en tres dimensiones Delft3D-FLOW, entre agosto de 2014 y marzo del 2016, con el fin de estudiar las ondas internas afectadas por la rotación terrestre y conocer cómo afecta en ellas la variación de la estratificación térmica. El bajo número de Burger en el lago, igual a 0,1, indica que la rotación terrestre es importante y hace posible la generación de ondas internas Kelvin y Poincaré. Los datos de salida de la simulación fueron procesados mediante espectros de potencia rotacional, espectro wavelet y filtros pasa banda, con el fin de observar la variación estacional de las ondas. Los resultados mostraron que las ondas internas Poincaré, que dominan en la mayor parte del año, tienen un periodo cercano al inercial, siendo esta onda más intensa en el periodo de máxima estratificación en la zona del epilimnion, mientras que en tiempos previos a la estratificación máxima, la onda domina en el metalimnion. Por otro lado, luego de eventos de gran intensidad de viento, se presentan las ondas internas Kelvin, que se propagan en sentido horario por los bordes del lago, y su periodo varía de acuerdo al grado de estratificación. Además, luego de realizó una simulación con vertimiento de contaminantes, se obtuvo que su dispersión en el lago depende fuertemente de la estratificación.

Ingeniero Civil Mecánico / El trabajo trata sobre el estudio de aneurismas cerebrales, siendo éste un punto o área débil en la pared de un vaso sanguíneo que se estira y/o abulta, formando una estructura con forma de saco o burbuja con una pared adelgazada que puede romperse y causar una hemorragia. El objetivo de este trabajo es realizar un estudio de las condiciones de borde en un modelo geométrico CAD de aneurisma cerebral mediante simulaciones CFD comparando los resultados de los casos simulados. Las condiciones de borde consideradas para el estudio son perfiles de velocidad parabólico y de Womersley, para la entrada y condiciones de presión, para la salida: atmosférica, constante, pulsante y modelo de Windkessel las cuales se ajustan a condiciones fisiológicas. Las simulaciones se realizaron en el software ANSYS 17.0 variando las condiciones de borde, realizando 8 casos No-Newtonianos y 1 caso Newtoniano. La simulación muestra que el comportamiento fluido dinámico se ajusta a lo reportado en la literatura, obteniéndose bajos esfuerzos de corte en la pared (WSS) del domo del aneurisma, siendo estos un orden de magnitud menor que en la pared arterial. Se obtienen WSS altos en la zona del cuello del aneurisma, siendo los esfuerzos en el domo un 98% menor que en el cuello. La magnitud de la velocidad es menor en el aneurisma registrándose una velocidad entre 54-68% menor en la parte superior del domo con respecto a la entrada del aneurisma. Las diferencias entre los casos simulados presentan diferencias menores al 3% en velocidad y diferencias menores al 10% para los WSS. El valor de Oscillatory Shear Index (OSI) muestra diferencias en su mayoría entre un 0-5% con respecto al caso base. Por su parte, la presión muestra diferencias altas debido a que el gradiente depende de la condición de salida, obteniéndose diferencias promedio de 85%, 28% y <2%, para los casos de presiones atmosférica, constante y pulsante, respectivamente al comparar con el modelo de Windkessel. Se concluye que las variables de velocidad, WSS y el OSI están dominadas por la velocidad de entrada. Las pequeñas diferencias obtenidas en estas variables indican que es posible simplificar el modelo en cuánto a la condición de presión, pudiendo usar cualquiera de las 4 utilizadas, recomendando usar la mas simple para así reducir el tiempo requerido para mediciones y análisis geométrico, reduciendo el tiempo total de análisis médicos.

Ingeniero Civil de Minas / La pequeña y mediana minería son sectores con múltiples desafíos en aspectos de seguridad, reducción de costos y aumentos de producción. Los desafíos relacionados a costos y producción pueden ser atendidos con la incorporación de la planificación y simulación minera. Por estos motivos surge la importancia de buscar y/o implementar nuevos software de simulación que puedan ser adquiridos a un menor precio pero que sigan cumpliendo con las expectativas de los software tradicionalmente usados. Debido a esto, el objetivo de esta memoria es realizar una comparación técnica entre los programas de simulación ProModel y Delphos Simulator (DSim), orientada principalmente a la velocidad de ejecución, flexibilidad y facilidad de uso de ambos software. El propósito es buscar nuevas alternativas a software frecuentemente utilizados en minería, que requieren de un mayor presupuesto para adquirirlos. La validación de los modelos se hizo comparando el modelo generado en DSim y el generado en ProModel, lo que entregó una diferencia del 0.03% en la producción lograda por ambos software. El motivo de esta diferencia se debe en cierta medida al layout, al recorrido realizado por los LHDs y la cantidad de decimales que soportan ambos software. Para modelos con pocas variables, como el caso de estudio, ProModel tiene tiempos de corrida de simulación al menos 6 veces menores que los logrados en DSim y menor utilización de recursos (procesador) del equipo. DSim ofrece mucha flexibilidad, pero que requiere de altas habilidades de programación para construir un modelo en un tiempo razonable. DSim es mucho mejor para modelar sistemas de gran tamaño o que poseen un layout cambiante en el tiempo, ya que es más fácil reutilizar códigos e ir implementando los nuevos sobre el modelo preconstruido. En cambio, ProModel es mucho mejor para modelar sistemas pequeños debido a que el software cuenta con una interfaz de botones y elementos de simulación que facilitan la construcción de los modelos, además de que el layout de una mina puede ser importado fácilmente. Para el caso de estudio considerado es mejor ProModel. Si el layout fuera pequeño pero existiera una alta cantidad de tareas o interacciones de equipos, ya sea entre LHDs, equipos de preparación u otros, DSim sería más útil ya que la flexibilidad que posee permite abordar el modelo se simulación de diferentes maneras. No se puede indicar con certeza cuál de estos software es mejor, sino que dependiendo de las necesidades del usuario, se debe definir cuál software es más útil o más práctico para realizar un modelo de simulación.

Ingeniero Civil de Minas / El plan de negocio asociado a la División Chuquicamata de CODELCO considera una transición desde la explotación por rajo abierto a una explotación subterránea utilizando el método de block caving, cuya tasa productiva en régimen alcanzará las 140 ktpd. Para sustentar el ramp-up de 7 años, y la consecutiva extracción en régimen de la mina, se ha estimado incorporar área socavada a 4.000 m2 al mes en los macro bloques (MB) centrales, valor que resulta desafiante según comparación con valores típicos de la industria. El objetivo general de este estudio es cuantificar, la tasa de incorporación de área socavada para el sector productivo de los 2 MB centrales de la configuración de block caving PMCHS. Como objetivos específicos se espera determinar si se satisfacen los requerimientos del proyecto y evaluar el comportamiento de la tasa en distintos escenarios. Siguiendo una metodología de simulación se construye un modelo computacional en el software de simulación ProModel®, que permite estimar la tasa de incorporación de área para un sistema que integra las operaciones de socavación, apertura de bateas, debilitamiento dinámico con explosivos (DDE) y extracción de mineral de producción. De acuerdo a 6 escenarios simulados (que consideran diferentes condiciones de simultaneidad de las actividades de incorporación de área), se observa que las operaciones de desarrollo de chimeneas piloto y perforación de tiros para el DDE limitan la capacidad de incorporación de área del sistema. Al adelantar estas operaciones en el escenario base con emulsión, se puede alcanzar 4.203 m2/mes, cumpliendo el requerimiento de la operación. La capacidad máxima del sistema se observa al evaluar el caso anterior pero con una altura de socavación de 10 m en vez de 20 m, alcanzando 5.560 m2/mes. Para el escenario con ANFO, no es posible cumplir el requerimiento a menos que se disminuya la altura de socavación a 10 m, llegando a los 4.417 m2/mes. Cabe destacar que, a pesar de que la implementación de una altura de socavación de 10 m parece ser beneficiosa para la tasa de incorporación de área, no se han cuantificado los efectos en el tiraje. Una altura de socavación más baja podría producir mayores colgaduras y una granulometría mayor en las primeras extracciones de mineral. Se recomienda estudiar estos factores antes de considerar esta opción como viable para el mejoramiento de la tasa. Según los resultados de sensibilidad, no se puede mantener una producción mayor a las 16 ktpd y cumplir con el requerimiento de incorporación de área. Se recomienda, adelantar apertura de área en meses donde es posible extraer a una tasa mayor a 4.000 m2/mes para poder compensar la falta de capacidad en el futuro. También se recomienda tener cuidado con la pérdida de horas operativas, y la baja de rendimientos de los jumbos radiales, ya que ambos han demostrado estar fuertemente relacionados a la tasa de incorporación de área. Por último, se recomienda fuertemente realizar una campaña de recolección de datos cuando comience el hundimiento de los MB centrales del proyecto el año 2019 para poder calibrar este modelo. Otra opción viable es realizar algunos ajustes al modelo para poder calibrarse con alguna mina en operación actualmente. Si se validan sus resultados podría ser de gran ayuda en la implementación de casos de estudio y futuros proyectos. / 17/11/2019