Ingeniero Civil Mecánico / Un estudio reciente de modelación sísmica de una caldera ha detectado posibles colisiones entre sus elementos interiores. En particular, los haces de tubos que operan en la etapa de sobrecalentamiento y recalentamiento, chocan contra las paredes laterales de la caldera, durante un sismo. Dada la envergadura de la estructura y considerando también las condiciones de operación, no se tiene certeza de cuáles serían los efectos que puede originar el impacto de los tubos interiores. Es por este motivo, que el objetivo principal de este trabajo consiste en plantear una estrategia de solución al eventual problema de choque. La metodología utilizada considera un modelo computacional de tubos cuyo diseño se asemeja en mayor medida a aquel indicado en los planos mecánicos de la caldera. Además, su respuesta dinámica obedece a parámetros sísmicos cuyas solicitaciones son más exigentes, de acuerdo a lo establecido por la norma de diseño sísmica chilena. Para determinar el máximo desplazamiento del haz de tubos durante un sismo, estos son excitados mediante una aceleración sinusoidal, cuya amplitud y frecuencia representa el movimiento del techo de la caldera. Sumada a esta respuesta armónica de los tubos, que superpone los máximos modales, se añade el ángulo de rotación que sufren al nivel de su anclaje con el techo de la caldera. Los resultados indican que es altamente probable que ocurra una colisión entre los tubos de agua y las paredes laterales de la caldera, ya que el desplazamiento máximo que sufre la parte inferior del haz de tubos supera la holgura disponible. Para evaluar la magnitud del impacto, se utiliza la teoría desarrollada para el contacto entre superficies sólidas (esféricas). Donde a partir de la energía almacenada como deformación elástica en el haz de tubos, se determina el trabajo de compresión que realiza la fuerza de impacto, de acuerdo al número de tubos en contacto. Los resultados advierten que el daño no es despreciable. Se estima que la fuerza de impacto entre el tubo de agua y el tubo de pared podría alcanzar los 155 [kN], desarrollando un comportamiento en el rango plástico. Sin bien es cierto que difícilmente ocurra una ruptura catastrófica, el daño local puede ser un sitio de inicio de corrosión, causando problemas de mediano a largo plazo. Una posible solución a este problema consiste en evitar el contacto entre tubos, al interponer una placa en la trayectoria de éstos, mitigando la deformación plástica local.

El objetivo del presente trabajo de título es analizar los daños provocados por el terremoto del 27 de Febrero del 2010, a las estructuras industriales prefabricadas de hormigón armado, e identificar los posibles factores que contribuyeron en ellos. El estudio se realizó en base a inspecciones efectuadas por las empresas prefabricadoras, compañías de seguros y propietarios. Para estudiar los efectos del terremoto, se realizó una recopilación de la información registrada por los agentes enunciados en el párrafo anterior. Del análisis de esta información se establecieron las tipologías de falla y se estudiaron los posibles factores responsables de los daños observados. Un sistema prefabricado sometido a solicitaciones sísmicas, depende en gran proporción del comportamiento de sus conexiones, debido a que son ellas las responsables de transferir las cargas de un elemento a otro, por lo tanto, las conexiones de los elementos prefabricados deben diseñarse considerando factores como la transmisión del aplastamiento, el corte, momento, tracción y compresión, la resistencia frente a solicitaciones durante el montaje de la estructura, la resistencia a las sobrecargas con la finalidad que la falla no se presente en la conexión antes que en los elementos, la compatibilidad geométrica ante la deformación de ellos, y de la estructura en general. El desarrollo del trabajo fue complementado con la revisión de los alcances de la normativa chilena vigente, NCh2369.Of2003, y con la modelación de una nave industrial, con el objetivo de registrar y comparar desplazamientos al realizar una variación en el tipo de suelo y zona sísmica. El análisis de desplazamientos sísmicos se realizó en base a los requerimientos impuestos por la NCh2369.Of2003. Cabe desatacar que los elementos secundarios no son cubiertos por este trabajo. En base a los resultados obtenidos del trabajo realizado, se concluye que el problema detectado en la mayor parte de los daños registrados proviene de deformaciones no consideradas apropiadamente en el diseño ante solicitaciones sísmicas. De igual forma, la normativa vigente para este tipo de estructuras debe presentar cambios que permitan interpretar claramente los requerimientos que impone, y cambios asociados al comportamiento que tuvieron elementos estructurales frente al sismo.

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Ingeniero Civil / El trabajo de Título está acotado por dos objetivos generales, como se desprende del título del tema: en una primera etapa se creará un catálogo de terremotos, el cual almacenará parámetros sísmicos calculados a partir de registros de terremotos relevantes de Chile. Y en una segunda etapa se evaluará la vulnerabilidad de un modelo estructural simplificado con características del tipo de edificio que sufrió mayor daño para el terremoto del Maule de 2010. Para desarrollar la primera etapa del trabajo será necesaria una recopilación de los registros de aceleraciones de las estaciones instaladas en todo el territorio chileno, además de la actualización de las bases de datos ya creadas, que contienen información de eventos, registros y estaciones. A partir de estas bases de datos, se calcularán los parámetros sísmicos más usados (estos son: PGA, PGV, PGD, Intensidad de Arias, Intensidad Espectral de Housner, Potencial Destructivo, Velocidad Absoluta Acumulada, Intensidad JMA) y almacenarán en el catálogo con la información básica de cada evento, tal como, estación, equipo, tipo de suelo y fuente sismogénica. Este catálogo permitirá analizar gráficamente la tendencia entre los distintos parámetros y PGA para todos los registros. Posteriormente, los registros serán escalados, y de esta manera se fijará un rango de PGA en que los valores escalados se ajustan mejor a los no escalados. Con ello, usar el conjunto de registros que representan mejor los parámetros sísmicos de la base de datos de terremotos Subductivos Chilenos para generar las curvas de fragilidad, usando el análisis dinámico incremental (IDA). Dicho análisis escala los registros y permite obtener la respuesta no lineal de un modelo estructural simplificado para los distintos rangos de PGA. Este método se aplicará para el grupo seleccionado de registros y para todo el universo de registros del catálogo, con ello se compararán las curvas y se identificarán las diferencias. De esta manera es posible concluir la influencia de la selección de los registros en análisis dinámico incremental (IDA) y las curvas de fragilidad estudiadas.

Ingeniero Civil / Al ser Chile un país sísmico, es importante tener claridad sobre los sistemas más útiles al momento de resistir solicitaciones sísmicas. En este sentido cobran importancia los arriostramientos, y por consiguiente, los marcos arriostrados, que son sistemas muy útiles al momento de resistir cargas laterales, como las que provocan sismos y vientos, y disminuir los desplazamientos laterales que sufre una estructura, lo que es fundamental para evitar el daño a elementos estructurales y no estructurales. Sin embargo, el principal problema de los arriostramientos es que son muy propensos a sufrir pandeo ante cargas de compresión, fenómeno que disminuye su resistencia y genera una respuesta histerética asimétrica del elemento. El presente documento tiene como objetivo principal el crear una base de datos actualizada sobre los estudios referentes a arriostramientos convencionales a lo largo del mundo. Para esto, se recopilaron diversas publicaciones recientes (desde el 2008 hasta la fecha) con estudios experimentales y análisis numéricos sobre el tema para poder estudiar sus resultados y obtener conclusiones. Se puso especial énfasis en temas como los tipos de secciones que se utilizan en arriostramientos, los distintos tipos de marcos arriostrados que existen, el pandeo que sufren los elementos y los factores que influyen en dicho fenómeno, entre otros. Finalmente, se concluyó que el pandeo está influenciado, principalmente, por la razón de esbeltez y la razón ancho-espesor del arriostramiento: al aumentar estos parámetros, mayor es la probabilidad de que se sufra pandeo, aunque hay algunas excepciones al variar ambos parámetros en forma conjunta. Además, a nivel mundial, se usan mucho los perfiles tubulares circulares y rectangulares, aunque los doble T presentan una muy buena alternativa. Por su parte, los marcos arriostrados más utilizados debido a su rigidez son aquellos configurados en X, en V invertida y en V. Contrastando con las prácticas constructivas de Chile, se extrañan estudios sobre perfiles XL en arriostramientos, y se notó que las publicaciones carecen de ciertas prolijidades al momento de evaluar los tipos de marcos arriostrados, pues no se hace énfasis en los problemas que pueden generar en vigas y columnas algunos tipos de configuraciones.

El crecimiento poblacional y económico del Perú ha generado la necesidad de construir un mayor número de edificaciones y vías de comunicación sobre el territorio nacional. Esto conllevó a realizar proyectos en zonas de riesgo, tales como laderas de ríos y faldas de cerros, donde la topografía del terreno genera dificultades para la ejecución de las obras y los fenómenos naturales como derrumbes e inundaciones causan grandes pérdidas económicas y humanas. A esto se le suma que nuestro país se encuentra en una zona altamente sísmica, debido a la interacción de las placas tectónicas Sudamericana y de Nazca, intensificando los problemas ya antes mencionados. A pesar de la existencia de taludes diseñados en estos lugares, existen factores desencadenantes como sobrecargas sísmicas, cambios en las condiciones hidrogeológicas o la reducción de los parámetros resistentes del suelo que podrían generar la desestabilidad de estos, causando el colapso de estructuras aledañas. Buscando una forma de mitigar estos efectos, se derivó en el uso de muros de contención. Estas son aquellas estructuras diseñadas y construidas para resistir la presión lateral del suelo cuando hay un cambio en la elevación del terreno que excede el ángulo de reposo del mismo, y en ciertos casos empujes hidráulicos como en las defensas ribereñas. El uso generalizado de muros de contención no solo ayuda a contener algún evento potencialmente catastrófico, sino también a preverlo y evitar su ocurrencia. Este tipo de estructuras son usuales y utilizadas como protección en proyectos de ingeniería, como en carreteras que suelen construirse al borde de abismos y usan estos elementos para evitar derrumbes; también se pueden encontrar muros de contención en lugares con desniveles o en sótanos, soportando los empujes de tierra. Asimismo, se pueden llegar a usar en pequeñas represas soportando empujes de grandes masas de agua, en estos casos se tienen algunas consideraciones adicionales. Por último, las alas de los estribos de los puentes son calculadas para soportar las cargas de empujes de tierras existentes y la contención de líquidos evitando la erosión del terreno por el mismo cauce del río. La presente investigación, está orientada a desarrollar el análisis de estabilidad de muros de contención en voladizo, al aplicar el método empírico de Mononobe-Okabe, así como el método General de Equilibrio Límite (GLE); con ellos se busca determinar la respuesta sísmica y la variación de esta con respecto a las distintas zonas sísmicas del Perú. Finalmente, al interpretar los resultados obtenidos se podrá aportar y dar recomendaciones acerca del análisis sísmico de muros de contención en el Perú. / Tesis

Los tanques para almacenamiento de agua son estructuras esenciales y por esta razón es de vital importancia conocer su comportamiento estructural cuando son sometidos a eventos sísmicos severos. Este trabajo muestra las respuestas sísmicas de tanques cilíndricos circulares de Concreto Armado (CA) para almacenamiento de agua apoyados sobre un sistema de aislación del tipo péndulo friccional (FPS, friction pendulum system) bajo solicitación sísmica uni- y bidireccional. Para el análisis sísmico se consideró que el tanque posee comportamiento elástico lineal, además se empleó un modelo mecánico equivalente para representar la interacción tanque-agua, y se utilizó un modelo histerético del tipo bi-axial para representar el comportamiento inelástico no lineal del sistema de aislación. Los parámetros para representar el modelo de análisis son: (H/R) la razón altura del agua-radio interior del tanque, (e/R) la razón espesor de la pared del tanque-radio interior del tanque, (Tb) el período objetivo de vibración del sistema de aislación, y (μb) el coeficiente de fricción del sistema de aislación. Se utilizaron 21 pares de registros del movimiento sísmico del suelo los cuales fueron previamente seleccionados y escaldos. Finalmente, se procedió con el análisis de la respuesta sísmica en el tiempo para estudiar el efecto del movimiento bi-direccional, y los efectos de los parámetros de estudio sobre la respuesta sísmica de tanques de CA para almacenamiento de agua de base aislada. Las respuestas sísmicas del sistema tanque-agua de base aislada muestran una efectividad en la reducción de los valores de la fuerza cortante basal en comparación con su equivalente de base fija del orden de hasta 73% para H/R = 0.5; 83% para H/R = 1.0; y 91% para H/R = 2.0. / Water storage tanks are essential structures and for this reason it is vital to know its structural behavior when they are subjected to severe seismic events. This work shows the seismic response of base-isolated circular cylindrical Reinforced Concrete (RC) water storage tanks with Friction Pendulum System (FPS) under uni- and bi-directional horizontal earthquake ground motions. For the seismic analysis, tanks were considered to have a linear elastic behavior, the tank-water interaction was represented by an equivalent mechanical model, and the inelastic non-linear behavior of the isolation system was represented by a bi-axial hysteretic restoring force model. The parameters of this study are: (H/R) the waterheight/ tank-inner-radius ratio, (e/R) the tank-wall-thickness/tank-inner-radius ratio, (Tb) the target vibration period of the isolation system, and (μb) the friction coefficient of the isolation system. Twenty-one pairs of selected and scaled ground motions were utilized. Time-history analysis was used to study the effect of bidirectional ground motion, as well as the effects of study parameters on seismic response of base-isolated RC water storage tanks. Seismic responses of baseisolated systems, when compared to base-fixed systems, show an effectiveness of FPS isolation system in the reduction of basal shear force values up to 73% for H/R = 0.5; 83% for H/R = 1.0; and 91% for H/R = 2.0. / Tesis

El litoral peruano está en una región con elevada sismicidad ya que pertenece al Anillo de Fuego del Pacífico; sin embargo, el departamento de Lima no ha experimento un movimiento sísmico de gran magnitud desde 1746, lo que ha generado que se acumule gran energía que, si fuera liberada en un futuro, provocaría grandes daños. No solo por la magnitud del sismo, sino también por la vulnerabilidad de la infraestructura presente en las ciudades costeras. Esta vulnerabilidad aumenta en residencias informales de albañilería, debido a que no hay asesoramiento profesional en su diseño y construcción. La vivienda se ubica en el Asentamiento Humano Daniel Alcides Carrión del Cercado de Lima, específicamente en el jirón Enrique Meiggs 1160 Mz. C lote 18, y fue encuestada, mediante una ficha de trabajo previamente preparada, para conocer sus características estructurales y sus principales problemáticas. Con la información recopilada, se modeló la vivienda en el programa Etabs v19.0.0 y, mediante un análisis pushover en ambas direcciones, se pudo determinar la curva de capacidad de la vivienda y el punto de desempeño. Posteriormente se obtuvo las curvas de fragilidad empleando la metodología Hazus y se interseco con el punto de desempeño para calcular la probabilidad acumulada para cada estado de daño. Finalmente, se determina la matriz de probabilidad de daño de la estructura y se analiza la vulnerabilidad sísmica.

Este trabajo tiene como objetivo analizar el comportamiento de un tramo elevado de la línea 5 del Metro de Santiago durante el sismo del 27/02/2010. En dicho tramo, existe una red de acelerómetros de 12 sensores, que registró dicho sismo, que es el de mayor magnitud que ha afectado a la estructura. La estructuración del tramo es tipo viaducto. Cuenta con un sistema de aislación consistente en placas de neopreno reforzadas, apoyadas sobre capiteles de hormigón postensado soportados por pilares tipo cajón. Sobre las placas de neopreno, se apoyan vigas de hormigón pre y postensado que soportan la losa de hormigón postensado del viaducto. Este estudio comprende un análisis de los registros obtenidos para el sismo del 27/02/2010, tanto en el espacio del tiempo, como en el espacio de las frecuencias. Se comparan las aceleraciones máximas en campo libre, cepa y superestructura; y se determinan desplazamientos por doble integración de los registros en el tiempo. Del análisis de aceleraciones máximas se desprende que en dirección longitudinal, sobre el tablero la aceleración es menor que en la cepa y en las direcciones transversal y vertical son mayores. Además, existe amplificación de las aceleraciones en el tope de la columna, respecto a la base de ésta, en ambas direcciones horizontales. En dirección transversal, es notorio el cambio de frecuencias predominantes entre la viga y la cepa. A través de un análisis espectral, se identifican tres modos en la dirección longitudinal: 1,36 Hz, 2,47 Hz y 6,96 Hz; tres modos en la dirección transversal: 1,25 Hz, 3,03 Hz y 6,76 Hz; y dos modos en la dirección vertical: 5,04 Hz y 7,21 Hz. Además, se calibra un modelo computacional considerando comportamiento no lineal, de manera que reproduzca la respuesta real de la estructura durante el evento sísmico mencionado. Esto se realiza variando la rigidez de los resortes horizontales que modelan el suelo, la rigidez de los apoyos de neopreno, la rigidez del hormigón de la estructura, y el amortiguamiento modal de la estructura.

Ingeniero Civil / El objetivo principal de este trabajo de título es realizar un estudio comparativo de parámetros generales de respuesta sísmica y del diseño de elementos estructurales principales, a través de un análisis modal espectral, de 18 edificios en altura de hormigón armado, identificando las diferencias que resultan de aplicar el nuevo código. Los principales requerimientos relevantes establecidos en los decretos supremos 60 y 61 que fueron considerados en este trabajo son el espectro de diseño que depende de una nueva clasificación de suelos, las limitaciones al corte basal, carga axial en muros menor o igual a 0.35*f'c*Ag, y el confinamiento en muro, sumado a los ya establecido en las normas Nch433 of.1996 y Nch430 of.2008, como limitaciones al esfuerzo de corte en muros y a las deformaciones sísmicas. Una vez recopilada la información de interés del diseño original de un edificio, este se modificó incorporando los nuevos requerimientos de los decretos 60 y 61 para generar un nuevo diseño. Estos dos fueron comparados para así obtener la variación de algunos parámetros de respuesta sísmica, de los volúmenes de hormigón y el tonelaje de acero requerido. De acuerdo a los resultados, el requerimiento de confinamiento normativo es responsable de modificaciones en el 100% de los edificios estudiados tanto por el incremento de acero requerido como en el volumen de muros, generando incluso variaciones superiores al 10% en volúmenes de hormigón y/o toneladas de acero. Esto último debido a que en edificios habitacionales, la gran mayoría de los muros tienen espesores menores a los 30 cms, por lo que para realizar el confinamiento fue necesario modificar su sección. Los resultados obtenidos muestran variaciones en cuanto a volúmenes de hormigón de hasta sobre 15%, mientras que la variación de toneladas de acero alcanza en algunos casos cerca del 10% llegando en un caso a superar el 38% de aumento, siendo los edificios ubicados en suelos tipo D, los que muestran mayores diferencias. Los edificios ubicados en suelo tipo A requieren una menor cantidad de acero en muros debido a las menores solicitaciones sísmicas, mientras que los edificio sobre suelo tipo B sufren menores al 5% en cuanto a volúmenes de hormigón en muros y menores al 10% en toneladas de acero. Se observaron cambios en los desplazamientos relativos de los centros de masas y de los puntos de máximo desplazamiento proporcionales al factor S que acompaña al nuevo espectro de diseño. Sin embargo, como se ve en los casos de edificios en tipo de suelo B, la modificación de algunas secciones genera un cambio en la rigidez del edificio en una o ambas direcciones, por lo que los desplazamientos en estos edificios disminuyen. Adicionalmente, se tomaron los edificios que presenta mayores cambios en volúmenes de hormigón y toneladas de acero debido al nuevo código, correspondiente a dos edificios diseñados sobre suelo tipo D, y se realizó el mismo análisis considerando un nuevo diseño sobre suelos tipo B y C, obteniendo como resultados variaciones que muestran importantes reducciones en los materiales necesarios, principalmente en el acero requerido en muros. De la misma manera, se escogió un edificio cuyo suelo de fundación se consideró de tipo B y se realizó el mismo análisis sobre suelos tipo C y D, con lo que se observó una variación de más del 6% en el caso del volumen de hormigón requerido y superior al 40% en el caso del acero necesario en muros.