Ingeniero Civil / Este trabajo experimental fue realizado en una playa de la zona norte de Algarrobo (V Región); sector con alta cantidad de edificios residenciales, donde en algunos de ellos, los usuarios han reportado percepción de vibraciones en elementos estructurales como losas y no estructurales como ventanas. Este estudio es una de las primeras investigaciones sobre la transmisión de vibraciones inducidas en estructuras debido al impacto de olas en el suelo. El estudio es de tipo experimental y corresponde a mediciones en el suelo de playa de zonas próximas a rompientes de olas. Estas campañas se realizaron entre los meses de mayo y septiembre del año 2011. Para el análisis del problema, se definió el rompiente de oleaje tipo plunging como aquel que induce las mayores demandas de aceleraciones debido al impacto en la costa. Esta forma de rompiente se encuentra presente durante todo el año en la zona donde se realizaron las mediciones. Además, para complementar el estudio de las propiedades del oleaje, se analizaron reportes de climas de olas, reconociendo altura media de olas, periodo de llegada a la costa y temporada en el que existe mayor oleaje. Los análisis de las mediciones de aceleración se efectúan para los registros en su extensión total y también segmentados para impactos de olas independientes. Esto permite estimar, por cada ola, las aceleraciones máximas, espectros de respuesta y frecuencias predominantes. En el suelo, las mayores aceleraciones se encuentran en dirección ortogonal a la costa. El valor máximo registrado durante el período de estudio es de 1.9*10-3 g. A partir de las aceleraciones máximas y de su ubicación geográfica se ha obtenido una parametrización para la curva de atenuación de aceleraciones en función de la distancia a la zona de rompiente de olas. Esta ecuación se asemeja a las expresiones para atenuación de energía de ondas de origen sísmico. En la línea de ubicación de los edificios (200 metros desde la zona de rompiente), la reducción de las amplitudes es hasta el 21% del valor máximo registrado. Se han determinado los espectros de respuesta de aceleración para los registros estudiados, considerando razones de amortiguamiento crítico de 2, 5, 10 y 20%. Para el espectro de pseudo aceleraciones el rango de periodo de mayor demanda para las solicitaciones debido a oleaje se encuentra entre 0.05 y 0.35 [s]. Para el registro que contiene las mayores magnitudes de aceleración en superficie, se realiza un análisis de las razones de cambio de espectro según nivel de amortiguamiento. Se ha verificado que para el nivel de respuesta medido la expresión de escalamiento de amortiguamiento de la norma NCh2369 es apropiada. Además, se incluye un análisis de estimación de coeficientes para una curva de ajuste a la curva envolvente espectros de aceleración (Entre 0 y 0.4 [s] de periodo), de manera similar al parámetro alfa de la norma NCh433. En cada eje, se alcanzan aproximaciones desde el 76% a la curva original.

Ingeniero Civil / El presente trabajo desarrolla la implementación de un sistema basado en cámaras de video para la medición de vibraciones estructurales. Dada las limitaciones de montaje y costo de instrumentos como los acelerómetros, normalmente ocupado en Chile, se propone un sistema de monitoreo a través de cámaras comerciales sin la necesidad de intervenir la estructura, es decir, sin recurrir al uso de objetivos o marcadores. Se desarrolla una rutina Matlab para el manejo de imágenes, capaz de realizar tareas específicas de detección y rastreo de puntos de control (esquinas), orientado al monitoreo del desplazamiento y giro relativo de cuerpos. Se recurre a cámaras de video con costes accesibles de mercado y formatos de grabación de alta calidad como las cámaras deportivas GoPro. De forma complementaria se exponen los procesos de edición mínimos para el estudio espacial en vídeos. El sistema propuesto se somete a dos ensayos. El primero se lleva a cabo en laboratorio bajo condiciones controladas y sobre un modelo estructural de cuatro pisos. Paralelamente la estructura se instrumenta con sensores ultrasónicos y acelerómetros para la validación de los resultados del desplazamiento horizontal y los modos naturales presentes en respuesta del modelo. El segundo ensayo se realiza sobre la pasarela vial del centro comercial Costanera Center sin instrumentación alternativa. Los resultados en laboratorio muestran una evidente similitud entre los desplazamientos horizontales registrados por la GoPro y los ultrasónicos. El contenido espectral también se asemeja entre ambos instrumentos y los acelerómetros. Sin embargo, se evidencia la importancia del usuario en el proceso interactivo de medir largos de escala para transformar pixeles a coordenadas métricas. Por otro lado, los ensayos en terreno exponen las limitaciones del sistema en la detección de esquinas para condiciones no ideales y el déficit en el posterior rastreo durante el vídeo. Este hecho se explica, principalmente, por cambios locales de luz producidos por el reflejo del tránsito vehicular.

Ingeniero Civil Mecánico / Los sistemas rotativos tienen gran importancia en la industria, debido a la existencia de diversas máquinas que utilizan este principio para su funcionamiento. En este contexto, la mantención de estos equipos es un tema que cada vez toma más peso en la industria debido a los incentivos económicos existentes por mejorar la disponibilidad de los activos de la empresa. Dentro de las técnicas de mantención existentes, la mantención predictiva se ha vuelto cada vez más atractiva con el avance de la tecnología. Esta estrategia de mantención consiste en evaluar la condición de operación de la maquina en tiempo real. Esto permite, mediante el monitoreo de ciertos parámetros, detectar una condición anormal en su funcionamiento y así intervenir en el momento preciso antes de que ocurra la falla, aumentando así la disponibilidad del activo, sin incurrir en una sobre mantención de éste. El objetivo de este trabajo es desarrollar un algoritmo inteligente que permita la identificación de fallas en un sistema rotativo, mediante la comparación con patrones de falla previamente identificados. Para la realización de este trabajo se identifican tres etapas claves; En primer lugar la adquisición de datos experimentales del sistema rotor operando bajo los modos de falla más comunes para este tipo de sistema. Luego, se crean patrones con los datos más representativos obtenidos anteriormente a fin de construir una base de datos de los modos de falla. Por último, se debe desarrollar un sistema de aprendizaje supervisado que permita, por medio de la comparación con los patrones anteriormente definidos, la identificación de la presencia de potenciales fallas en un sistema en funcionamiento. Se consideraron inicialmente 4 modos de fallas: desbalance, roce entre componentes rotatorios, picadura en pista externa del rodamiento, y falla en el rotor del motor, en donde se descartó el modo de falla del motor, ya que su falla no fue visible en las mediciones obtenidas. A partir de los otros 3 modos de falla se estudian la incidencia de distintos parámetros relevantes a fin de construir diferentes bases de datos sobre las cuales se prueba el algoritmo. Se realizaron pruebas sobre distintas bases de datos, para caso de modos de falla actuando solos como también múltiples. Se concluye que el algoritmo consigue resultados óptimos en el caso de los modos de falla individuales, mientras que para el caso de modos de falla múltiples el algoritmo tiene una menor precisión, llegando incluso a no detectar algunas fallas. Para este último caso se sugiere realizar modificaciones al algoritmo que permitan obtener resultados concluyentes.

Ingeniero Civil Mecánico / El daño en una estructura, y la acumulación del mismo, producen cambios en su respuesta dinámica. La idea básica del monitoreo de vibraciones es medir las características dinámicas de la estructura, durante su vida útil, y usarlas como una base para la identificación del daño. Durante los últimos años, han surgido numerosos métodos para detectar daño en estructuras. Sin embargo, la mayoría de estos métodos no toman en cuenta el efecto de la distribución, ni el número de sensores. En trabajos anteriores, se han desarrollado sólo métodos para distribuir adecuadamente una cierta cantidad de sensores en estructuras simples (unidimensionales). Debido a lo anterior, en el presente trabajo se propone determinar una distribución óptima de sensores, que permita detectar daño en una estructura compleja (bidimensional o tridimensional). En particular, se determina la distribución óptima de 27 sensores en un perfil canal de acero estructural, con el fin de verificar si esta distribución es mejor que otras, como por ejemplo una distribución uniforme. Para optimizar la distribución de sensores, se utiliza el método de optimización conocido como algoritmos genéticos. Este método se basa en la teoría de la evolución de Darwin, haciendo evolucionar a una población de individuos hasta encontrar al más adaptado. En este caso, se desarrollan 2 algoritmos genéticos, uno secuencial y otro paralelo. El primero se utiliza para determinar los mejores parámetros de entrada como el tamaño de la población y las probabilidades de reproducción. El segundo, se utiliza para determinar la distribución óptima, ya que posee una mayor rapidez de cálculo y disminuye el problema del estancamiento en óptimos locales. Para verificar si la distribución óptima de sensores es mejor que otras distribuciones, se crean 4 escenarios de daño experimentales en donde 3 de ellos poseen una cierta dificultad para ser detectados. Luego se compara la detección de daño entre la distribución óptima y las otras distribuciones, para cada uno de los escenarios de daño. Se logra encontrar una distribución óptima que posee un valor de ajuste superior a las demás distribuciones cuando el daño en la estructura es de carácter moderado, es decir, existen grietas con un largo entre 25 y 50 [mm], y ubicadas en alguno de los bordes de la estructura. Esta memoria es parte del proyecto Fondecyt de iniciación 11110046 desarrollado por la Dra. en Ingeniería Mecánica Viviana Meruane Naranjo, Profesora Guía de la respectiva memoria.

Ingeniera Civil Mecánica / La presente investigación se basa en la evaluación de daño en estructuras a partir de un análisis de sus vibraciones. La evaluación de daño tiene como objetivo el identificar los daños en una etapa temprana y diseñar una estrategia de mantenimiento coherente, lo que finalmente conlleva no solo beneficios económicos, sino también de seguridad. El estudio de daño mediante el análisis de vibraciones se basa en el hecho de que al someter una cierta estructura a un estímulo adecuado, ésta presenta una cierta respuesta vibratoria. Las características de dicha respuesta dependen, entre otras cosas, de las características de la estructura analizada, por lo que al cambiar las características de dicha estructura, cambian por consiguiente las respuestas vibratorias obtenidas. Este hecho permite realizar el proceso inverso, al conocer cómo cambia la respuesta vibratoria, se puede conocer el cambio producido en las características de la estructura, y entonces identificar la presencia de daño estructural. En trabajos anteriores se han desarrollado algoritmos de detección de daño para estructuras simples utilizando redes neuronales. Estos algoritmos han demostrado funcionar bien en estructuras simples, pero resultas ser métodos muy costosos (en recursos computacionales y tiempo de entrenamiento) para estructuras complejas. La opción que se propone es trabajar con una metodología alternativa de aprendizaje supervisado basado en una aproximación lineal basada en el principio de máxima entropía. Se analiza una estructura espacial de barras, donde se utilizan como parámetros sensibles al daño las frecuencias naturales y los modos de vibración, mientras que la rigidez del material se usa como medida del daño en la estructura. En una primera etapa se modela la estructura mediante el método de elementos finitos utilizando MATLAB. Luego de validar dicho modelo utilizando datos experimentales se procede a modelar la estructura con distintos escenarios de daño, lo que permite crear una base de datos. Ésta base de datos es utilizada por el algoritmo de identificación de daño. Dicho algoritmo modela algún escenario de daño desconocido como una combinación lineal de los datos contenidos en la base. Los ponderadores asociados a la combinación lineal se determinan aplicando el principio de máxima entropía. En particular el método es evaluado con dos escenarios de daño que luego son corroborados con datos experimentales. Para el caso en que se inflige un daño que disminuye en un 60% la rigidez de la viga (simulado reemplazándola por una de aluminio), se obtiene que al utilizar datos numéricos para encontrar los modos y frecuencias naturales, el daño es detectado de forma mucho más precisa que para el caso en que se utilizan los datos experimentales (donde no se identifica correctamente el lugar donde se ubica el daño). Esto se debe a que el apoyo que prestan las otras vigas a la rigidez de la estructura hacen que el grado de daño no sea lo suficientemente significativo como para que el método lo detecte correctamente. Por otro lado, para el caso en el que una de las vigas se retira completamente de la estructura (disminución de rigidez de un 100%), se presenta un error cercado al 20% en el grado del daño al utilizar los datos experimentales, pero tanto al utilizar datos numéricos como al utilizar datos experimentales, se identifica correctamente el lugar donde se ubica el daño.

El objetivo principal del presente proyecto es hallar un modelo del alcance de las ondas vibratorias, producto de una voladura, para un terreno determinado, mediante datos reales obtenidos de los diferentes ensayos realizados. De la misma manera, se complementará realizando una comparación entre los cálculos efectuados con la data real y los resultados teóricos. / Tesis

Wissenschaftliche Arbeiten zeigen einen Zusammenhang zwischen der Eigenfrequenz des Spinnennetzes, dessen Geometrie, dem Eigengewicht der Netzspinne und der äquivalenten Vorspannung. Hypothese dieser Masterarbeit ist, dass die Eigenfrequenz von Spinnennetzen konstant ist. Die vorliegende Masterarbeit zeigt jedoch, dass dies nur bedingt richtig ist. Wir belegen dies mit unseren Experimenten mit verschiedenen Individuen der Spinnenart Argiope Argentata durch Ermittlung derer Eigengewichte und der Eigenfrequenzen der erbauten Spinnennetze. Unsere Daten zeigen, dass die Webnetzspinne die Netzvorspannung nicht proportional zu ihrem Eigengewicht erhöht, so dass die Eigenfrequenz für verschiedene Netze nicht konstant bleibt. Es wird das Vorhandensein eines Eigenfrequenzbereichs vermutet, da ihr Gewicht und ihre Möglichkeiten zur Vorspannung in einem bestimmten Bereich liegen. Eigenfrequenzen von Spinnennetzen werden mit dem in dieser Arbeit erweiterten Schwingungsmodell und auf Basis verö entlichter Arbeiten berechnet. / Previous theoretical work links the natural frequency of a spiderweb to its geometry, the spider's weight, and the equivalent preloaded tension. A common assumption is that the natural frequency of spiderwebs created by a spider species is constant. However, our study proves that this is not necessarily true. More speci cally, there exists a range of natural frequency for spiderwebs from the same species, as the spider's weight, the geometry and the preloaded tension of a spider's type have a range. We conduct our experiments with di erent ArgiopeArgentata spiders by collecting the spiders' weight and the natural frequency of the webs. Our empirical data show that as the web spider weight increases, the preloaded tension does not increase proportionally and thus, the natural frequency does not remain constant for di erent webs. Natural frequencies are calculated with our adjusted model and published theoretical work. / Tesis

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Las vibraciones son efectos mecánicos presentes en diversas estructuras y mecanismos de soporte. Dichas vibraciones pueden presentar beneficios o perjuicios para los sistemas mecánicos. Para evitar las consecuencias perjudiciales de las vibraciones, se estudian y se evalúan formas de aislar o disipar sus efectos. Bajo este enfoque de estudio, en la especialidad de Ingeniería Mecánica se desarrolló un módulo estructural que tiene como objetivo mostrar los efectos de las vibraciones a través de patrones de vibración que ocurren al perturbar dicha estructura con una fuerza excitatriz proveniente de un actuador (se referirá al mismo como “trabajo previo”). En la presente tesis se desarrolla un sistema electrónico y una interfaz digital que, en su conjunto, expanden el potencial de dicho módulo educativo, permitiendo al estudiante apreciar de manera interactiva las señales de vibraciones en los dominios de tiempo y frecuencia para un mejor análisis visual. Para el sensado de vibraciones, se utilizó un sensor de efecto Hall y una interfaz programada en LabView. La precisión de dicho sensor fue comparada con un acelerómetro de alta prestación (Bruel&Jaer) en un escenario de trabajo desarrollado en el laboratorio de Acústica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En los resultados se concluye que se puede detectar y mostrar las señales en tiempo real con una frecuencia cuyos picos presentan un error máximo de 0.79 % con respecto al elemento patrón (acelerómetro). Por otro lado, se realizó la calibración del generador de vibraciones (actuador) de la estructura metálica y se halló que la frecuencia medida por el sensor de velocidad (codificador) presenta un máximo error del 6% con respecto a un elemento patrón (tacómetro). Por último, se registró los datos de una zona específica de la estructura ante un impacto de un martillo de goma para poder registrar las vibraciones en un archivo de texto, el cual posteriormente se procesó con una hoja de cálculo en Excel. Con dichos resultados, las frecuencias de resonancia halladas en la presente tesis son diferentes a las frecuencias experimentales halladas en el trabajo previo por 39.59 %. Así mismo se obtiene 36.19 % de error al comparar los resultados del trabajo previo con los resultados analíticos. Sin embargo, este error se reduce a 17 % cuando se compara los resultados de la presente tesis con los resultados analíticos.

Ingeniero Civil Mecánico / El presente documento tiene por objetivo comunicar el contenido del trabajo que se realizó como memoria para optar al título de Ingenierio Civil Mecánico, durante el transcurso de la asignatura ME69F: Trabajo de Título. Este curso es impartido por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile. El tema a tratar corresponde al Modelamiento y Caracterización de Elementos Elásticos y de Amortiguación para una Suspensión de Auto Solar. Este tema comprende principalmente los temas de dinámica de cuerpos rígidos, análisis modal y mediciones de frecuencias en estructuras. El vehículo en estudio es el Eolian 2, que cuenta con dos ruedas delanteras de dirección y una trasera de tracción. Cada rueda cuenta con una suspensión independiente que corresponde a un resorte cilíndrico de compresión como elemento elástico y un amortiguador cilíndrico como elemento de amortiguación. El objetivo principal es modelar y estudiar la suspensión del Eolian 2, tomando en cuenta las frecuencias en respuesta a perturbaciones del camino y proponer mejoras para futuros diseños de autos solares. Los objetivos especí cos son: realizar un modelo matemático del auto, realizar una simulación computacional de la respuesta del auto bajo distintas condiciones, obtener datos experimentales del auto construído y ajustar el modelo matemático a los datos experimentales para encontrar los valores reales de la suspensión del auto.