Tesis Ingeniería Civil

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Evaluación de energías renovables no convencionales para sistemas de agua potable rural en localidades aisladas
(Universidad de Valparaíso, 2011-10) Vizcarra Gaete, Jorge Andrés; Villalobos Pino, Martín
En los últimos años se ha implementado el Programa Nacional de Electrificación Rural (PER), no obstante, aún existen localidades que presentan deficiencias considerables al respecto y que ven limitadas sus posibilidades de desarrollo. Por otra parte, el interés nacional por el uso de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) se ha manifestado a través del desarrollo de estudios y otras iniciativas. Un caso emblemático es el estudio “Remoción de barreras para la electrificación rural con energía renovables”, convenio del Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF) con la Comisión Nacional de Energía (CNE), 2001, que facilita las condiciones para el empleo de este tipo de energías en zonas aisladas. Es en este contexto que esta memoria estudia la factibilidad técnico económica de tres fuentes de ERNC - solar, eólica e hidráulica - aplicadas en pequeña escala para suministrar electricidad a los sistemas de agua potable rural de zonas aisladas. El objetivo es determinar su factibilidad a nivel de anteproyecto. Adicionalmente, se entrega una metodología simple, para poder identificar los recursos energéticos disponibles en el sector, con una recomendación por región. Paralelamente se evalúan los generadores diesel, para comparar los costos entre estos y las ERNC evaluadas. Finalmente utilizando la metodología propuesta, se elabora un proyecto de mejoramiento de agua potable rural, en la localidad de Puerto Gala, que pertenece a la Comuna de Puerto Cisne, Provincia de Puerto Aysén de la Región de Aysén del General Carlos Ibáñez del Campo (XI región). Las conclusiones en pequeña escala muestran que los costos de instalación, mantención y operación de las ERNC, son inferiores en comparación a los generadores diesel. Dentro de estas energías, aquellas que presenten mayor riesgo de disponibilidad del recurso de generación son más económicas. Ordenadas de mayor a menor costo, estas son: solar, hidráulica y eólica considerando potencias igual e inferiores a 100 [kW]. Palabras claves: Energías renovables no convencionales, generadores diesel, factibilidad técnico económico y Puerto Gala.
Diagnóstico y alternativas de solución para prolongar la vida útil de las carpetas de rodado interior mina
(Universidad de Valparaíso, 2011-12) Burgos Sepúlveda, Francisco Ignacio; Brante Lara, Guillermo
Actualmente en la minería se aprecia una diversidad de carpetas de rodado, que varían tanto en su metodología de instalación como en los hormigones utilizados. Encontrándose incluso variadas alternativas y opciones de carpetas cuya vida útil depende entre otras variables de: Las condiciones del terreno como la presencia de aguas agresivas para el hormigón y las bajas temperaturas que fomentan la posibilidad de los ciclos de hielo y deshielo. Conforme a esto, en la División el Teniente se han desarrollado diferentes diseños que buscan considerar las relevancias que tienen estos factores en el desempeño de las carpetas, considerando el inconveniente que se produce cuando un sector debe detener las faenas afectado por problemas en las carpetas de rodado de las calles, interrumpiéndose la producción hasta que la vía quede libre y reparada para el tránsito de los equipos. Por este motivo, esta investigación busca determinar las razones de los fallos a diferentes edades de las carpetas, aun cuando el diseño es homogéneo en cuanto, a las especificaciones, los espesores resistentes y la calidad del hormigón, pero que difieren en cuanto a su exposición al tránsito de los equipos encargados de la producción. Entendiendo esto, en una segunda etapa se proponen diseños teóricos, que sean capaces de disminuir esa variación en la vida útil de las carpetas, realizando un análisis de sensibilidad de los comportamientos de estos diseños, frente a las variables de diseño actual.
Estimación de los factores de transposición de caudales máximos diarios a máximos instantáneos de la III a la IX región de Chile
(Universidad de Valparaíso, 2011-12) Pimentel Vera, Paulina Alejandra; Kamann Chacana, Pedro
La Hidrología se define como la ciencia que estudia la disponibilidad y la distribución del agua sobre la tierra, en todas sus condiciones y estados, su existencia, distribución y su cuantificación. Uno de los problemas que se presentan en la hidrología, es que en algunas ocasiones solo se dispone de un control limnimétrico del recurso, lo que permite solo la determinación de caudales medio diarios, y no de caudales instantáneos donde estos últimos requieren un control limnigráfico del recurso. Es por ello que la presente memoria tiene por finalidad determinar, en base a modelos no lineales, los factores de transposición de caudales máximos diarios a caudales máximos instantáneos en función de las características geomorfológicas propias de la cuenca. Estos factores se determinaron para régimen pluvial y de deshielo. Para la obtención de los factores de transposición se analizaron tanto los caudales como los parámetros geomorfológicos, correspondientes a las estaciones fluviométricas ubicadas entre las regiones III a la IX, correlacionándolas con un software estadístico. Posteriormente se realiza una comparación entre el factor de transposición entregado por el modelo propuesto en esta memoria y los factores entregados por el método DGA-AC. De acuerdo a este estudio se determina que el modelo propuesto entrega valores que se ajustan más a las características propias de cada cuenca, no ocurriendo lo mismo con los factores de la DGA, ya que al ser estos valores ponderados que entregan, en general, factores de conversión mayores.
Diseño y comparación de demandas de ductilidad para un edificio estructurado con marcos y uno con estructuración mixta
(Universidad de Valparaíso, 2012-05) Gutiérrez Muñoz, Cristian Andrés; Morales Gómez, Alejandro
Tomando en cuenta la frecuencia de eventos sísmicos que afectan a nuestro país, la tendencia de disminuir y/o eliminar secciones de muros en plantas de estructuras (requiriendo luces libres cada vez mayores), y que las construcciones estructuradas con marcos cada vez se incrementa; se hace muy importante dotar de una adecuada ductilidad a las estructuras, a través de una correcta estructuración y un adecuado diseño de elementos resistentes, a fin de que cumplan satisfactoriamente con las probables demandas que los sismos les impongan. Al comparar las envolventes de desplazamientos absolutos de las estructuras, producto de los diferentes registros sísmicos analizados, se observa que en la estructura con marcos se alcanzan los máximos valores, no sobrepasando el 0,61 % de la altura total del edificio, lo que equivale a 0,24 [m]. En cambio, en la estructura mixta, los mayores desplazamientos laterales no sobrepasan al 0,51 % de la altura total, lo que equivale a 0,20 [m]. Cabe mencionar que las diferencias entre los desplazamientos absolutos de ambas estructuras, para una misma dirección de análisis, y considerando un mismo registro sísmico, no son significantes; ya que la diferencia máxima alcanzada es de 3,8 [cm]. En el caso del registro sísmico de Viña del Mar, las demandas de ductilidad y desplazamientos de ambas estructuras, resultan similares. Esto sugiere que la respuesta de ambos casos está muy cercana al rango elástico.
Estimación de curvas de sólido en suspensión y comparación con expresiones empíricas de Fleming ; Dendy y Bolton
(Universidad de Valparaíso, 2012-07) Vicencio Pérez, Mariela Paz; Kamann Chacana, Pedro
Los sedimentos que arrastra o transporta un cauce de río requieren del estudio, pues una gran gama de obras hidráulicas, como canales, abovedamientos de quebradas, bocatomas y principalmente embalses, necesitan de dichos estudios, pues es un factor determinante para el cálculo de volumen muerto de estas. El objetivo principal del presente trabajo de título es obtener un mayor conocimiento de las curvas de gasto sólido en suspensión medio anual en las cuencas chilenas. El estudio se basa en la recopilación de los datos de sedimento y caudal de distintas estaciones seleccionadas desde la Decimaquinta región de Arica y Parinacota hasta la Octava región del Bío-Bío, determinando las curvas de gasto sólido en suspensión medio diario de cada una de ellas, para luego integrar la curva de duración de caudales, consiguiendo el gasto sólido en suspensión y caudal medio anual de cada una de las estaciones. El estudio se basa en comparar los resultados obtenidos de las estaciones con dos métodos empíricos que se utilizan para la estimación de gasto sólido en suspensión medio anual en cuencas cuando no existe información sedimentométrica, la primera de estas son las curvas de Fleming, teoría que se basa en el estudio de 250 cuencas alrededor del mundo, donde distingue cuatro curvas, modelos que dependen del caudal medio anual de la cuenca, diferenciándose por el tipo de cobertura vegetal de esta. El segundo método empírico es el de Dendy y Bolton, cuya teoría se basa en el estudio de 800 cuencas de Estados Unidos de Norteamérica, el cual relaciona el gasto sólido en suspensión medio anual por unidad de área con la escorrentía media anual y el área de drenaje de la cuenca. De acuerdo a los resultados obtenidos en la comparación entre las expresiones empíricas y los datos medios en las cuencas chilenas en estudio, se ajustaron tres modelos distintos tipo Fleming, tipo Dendy y Bolton, y Gasto Sólido Específico; debido a que los métodos empíricos estudiados no son representativos de las estaciones seleccionadas. El objetivo de los modelos propuestos es proporcionar el gasto sólido en suspensión medio anual en cuencas donde no existe información.
Método indirecto para obtener la permeabilidad en las bases granulares de los tratamientos superficiales dobles
(2013-01) Fernandez Navarro, Alvaro Patricio; Brante Lara, Guillermo
Con este trabajo se logró relacionar un método indirecto como el “Método para determinar el Índice de Trituración”, con la permeabilidad aceptada para las bases granulares de tratamientos superficiales dobles (TSD), dado que el Manual de Carreteras (MC) recomienda un límite de permeabilidad mínimo de 0,01 cm/seg, que no es exigido al momento de construir, sino más bien es un requisito de diseño. Esta inconsistencia hace necesario buscar alguna forma de medir directa o indirectamente la permeabilidad de las bases granulares en los tratamientos superficiales dobles, de manera de asegurar que lo construido sea consistente con lo diseñado. Este trabajo tomara como apoyo un estudio previo de la señorita María Eugenia Troncoso Peláez [8], en el cual se analiza la permeabilidad en función de distintos porcentajes de material fino tipo maicillo al interior de una base granular. En este se logró determinar que una permeabilidad de 0,01 cm/seg es obtenida soló cuando se permite un máximo de 5% de material fino tipo maicillo dentro de la base granular. Posteriormente al analizar distintas combinaciones de material fino tipo maicillo al interior de una base granular del mismo modo en que fue realizado el estudio antes mencionado, y llevando a cabo el “Método para determinar el Índice de trituración”, se logró determinar que una base granular con un máximo de 5% de material fino tipo maicillo, tiene un “Índice de trituración de fino” igual a un 7%. Con este resultado es posible concluir que una base granular posee al menos una permeabilidad de un 0,01 cm/seg, (base permeable como lo indica el Manual de Carreteras), cuando se obtiene un “Índice de trituración de fino” igual o menor a un 7%. De esta manera se logra controlar la permeabilidad de una basa granular de forma indirecta, con un método normado (8.202.8 Manual de Carreteras Volumen 8), y de fácil aplicación en obra.
Análisis de los modelos de precipitación-escorrentía para cuencas nivo-pluviales de la 3,4 y 5 región de Chile
(Universidad de Valparaíso, 2013-01) Ramirez Perretti, Leandro Edder; Kamann Chacana, Pedro
Este estudio tuvo por finalidad analizar los modelos de precipitación escorrentía de Turc, Coutagne y Turc-Pike, de manera de aportar al conocimiento de estas relaciones y considerar su aplicabilidad en las principales cuencas nivo-pluviales de la III, IV y V Región de Chile, cuyas características geográficas e hidrológicas serán representadas por las cuencas del río Huasco, río Elqui, río Choapa y río Aconcagua (Ligua-Petorca). Bajo el criterio de que los registros de las estaciones fluviométricas no deben ser alterados por algún tipo de obra, como los canales de regadío, dicho análisis resultó que el estudio estará conformado por 16 subcuencas que se encuentran localizadas en las zonas altas de cada cuenca sobre los 2000(m.s.n.m) de altitud, para lo cual se seleccionaron las estaciones fluviométricas, pluviométricas y de temperatura necesarias para representar las características hidrológicas típicas de cada zona. Debido a la ubicación geográfica que tienen las subcuencas de este estudio, se puede afirmar que éstas se encuentran asociadas a un régimen nivo-pluvial, por lo cual el modelo de precipitación-escorrentía de Grunsky y Peñuelas no aplica bajos los criterios y condiciones de utilización de estas expresiones, por ende el análisis final de este estudio queda reducido a las expresiones de los modelos de Turc, Coutagne y Turc-Pike. Los modelos de precipitación-escorrentía que serán analizados en este estudio, se encuentran en función de las variables de precipitación, temperatura y evapotranspiración potencial, cuyos valores obtenidos en base a registros estadísticos provenientes de la Dirección General de Aguas y del Simulador electrónico de la evapotranspiración potencial en Chile, proveniente de la Comisión Nacional de Riego , son expuestos a un análisis de confiabilidad de los registros, de manera de asegurar datos de entrada en la expresión con el menor error posible. El cálculo de la escorrentía media anual a través de los modelos de precipitación- escorrentía no arrojo buenos resultados, debido que las expresiones estudiadas no lograron estimar la escorrentía real medidas por las estaciones fluviométricas, pudiéndose apreciar un alto porcentaje de error promedio obtenido en las 16 subcuencas analizadas, siendo de un 80% para el modelo Turc, 69% para el modelo de Coutagne y finalmente un 105% para el modelo de Turc-Pike. Por el alto error expresado por los modelos de precipitación-escorrentía, se procede a realizar un ajuste a cada uno de los modelos, de manera de poder expresar una estimación de escorrentía media anual con la mínima expresión de error promedio. De esta manera se logró obtener un mejor ajuste de estimación, llegando a expresiones con un error asociado de un 26% para los modelo de Turc y Coutagne mientras que un 32% para el modelo de Turc-Pike. Finalmente, gracias al análisis realizado al ajuste de los modelos de precipitación escorrentía, se recomienda para la estimación de la escorrentía media anual, la utilización del modelo de Turc o Coutagne para las cuencas del río Aconcagua (Ligua-Petorca) y Choapa, mientras que para las cuencas del río Huasco y Elqui, el modelo de Turc, debido al bajo error parcial que presentan sus estimaciones.
Análisis no lineal de un marco arriostrado tipo diseñado con la NCh 2369. Of 2003
(Universidad de Valparaíso, 2013-04) Silva Mardones, Gabriel Mauricio; Valenzuela Barbosa, Joaquín
Las estructuras industriales son diseñadas con la NCh2369. Of 2003 [INN-Chile] donde la solicitación sísmica se obtiene de un espectro elástico reducido por un factor que depende de la configuración que posee, quedando así la incertidumbre de que pasaría cuando ocurre un sismo de gran magnitud. Por esto se estudia la normativa chilena de diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales (NCh2369. Of 2003) realizando el análisis de un marco arriostrado, compuesto por perfiles de acero que posee conexiones simples, ubicado en la ciudad de Concepción, el cual tiene una configuración comúnmente utilizada dentro de las industrias. En el diseño se usa el manual del instituto americano para la construcción en acero AISC 360-2010 basándose en el método de las resistencias admisibles en donde sólo se efectúa el cálculo de los elementos pilares, vigas, diagonales y pernos de anclajes, dejando fuera del estudio las conexiones entre estos. Teniendo todas las dimensiones de los elementos y de los pernos de anclajes se aplica a cada uno un modelo de no linealidad, como la fluencia en los pernos, el pandeo y fluencia en las riostras y pilares sometiendo, luego la estructura a un sismo con registro no reducido ocurrido el 27 de Febrero del 2010 en la ciudad de Concepción. Al aplicar el registro no reducido se producen las no linealidades tanto en pernos como en riostras provocando daños a estos elementos, logrando disipar energía, permitiendo así que las tensiones no se traspasen a pilares, haciendo que no se produzca un eventual colapso total, cumpliendo con la NCh 2369.0f 2003 [INN-Chile] de permitir la continuidad en la producción.
Modelo de selección de equipos para desarrollo rápido de túneles (RMD) en una empresa constructora
(Universidad de Valparaíso, 2013-05) Véliz Bórquez, Pedro Ángel; Urrutia Zuñiga, Sergio
El presente trabajo de título se basa en el concepto de desarrollo rápido de túneles, una metodología constructiva que ha sido exitosamente probada en Australia en numerosos proyectos mineros. Este método denominado RMD por sus siglas en inglés Rapid Mine Development nació con el objetivo de optimizar los tiempos involucrados en la construcción de túneles de gran sección y frente de trabajo única. Basa su filosofía básicamente en organizar los recursos destinados al desarrollo de un túnel, bajo el concepto de maximizar la utilización de la frente y optimizar las operaciones unitarias y ciclo global de trabajo, empleando tecnologías de vanguardia que cautelen la seguridad, como lo son la perforación de tiros largos, la utilización de equipos de carguío y transporte de gran capacidad, uso de emulsión como explosivo, fortificación con shotcrete con fibra, pernos con resina, entre otros. En particular se aborda el tema de la selección de equipos de perforación, transporte y carguío, unas de las variables más relevantes dentro del concepto de desarrollo rápido de túneles. Para esto se realiza una simulación de operaciones de la construcción de un túnel real incorporando todas las variables necesarias a fin de recrear computacionalmente su construcción. A través de la simulación se puede establecer un modelo de selección de equipos con una sólida base teórica-experimental, en la cual se puede probar distintos equipos y/o combinaciones de estos, situación que en la vida real es imposible de poder realizar por el altísimo costo que involucraría realizar este estudio. Al concluir este estudio los resultados esperados son: - Evaluación técnica-económica para minimizar la incertidumbre en la toma de decisión en la selección de equipos. - Determinación de la eficiencia operacional en la flota de equipos para el Desarrollo Rápido de Túneles. - Aumento de la productividad y disminución del costo unitario mediante la incorporación de equipos de mayor tecnología y prestaciones, frente a los equipos de la metodología tradicional.
Estimación de perfiles de lluvia y contraste de hietogramas de tormentas de diseño para las regiones XV, I, II y III de Chile
(Universidad de Valparaíso, 2013-05) Vivanco Barahona, Pablo; Morales Pino, Yerel
La distribución temporal a nivel horario de la lluvia es un dato primordial al momento de diseñar elementos que ayuden a encauzar los caudales producidos por las precipitaciones en algún lugar del planeta. Los distintos manuales y libros indican que la distribución temporal de la precipitación es fundamental como información primaria para el diseño, pero no existen investigaciones que apliquen para la zona norte de Chile. A partir de esto, este trabajo de título estudiara algunas características de la precipitación para formar así un perfil de lluvia de la zona analizada. Para este trabajo de título se analizaron como primera parte 1.301 tormentas distribuidas de la siguiente manera, 747 tormentas fueron registradas en la XV región de Arica y Parinacota, 481 tormentas registradas en la 11 región de Antofagasta y 73 tormentas registradas en la III Región de Atacama. Como primer intento para observar algún patrón de lluvia se gráfico la totalidad de las tormentas, observando que no se registra algún tipo de distribución que represente a todas las tormentas analizadas. A partir de esto se crean 4 grupos, donde estos representan a cada cuarto del tiempo de duración de cada tormenta, dónde se evaluó a cada evento y en qué cuarto de tiempo se encontraba la máxima profundidad de lluvia y así ubicándola en su respectivo grupo. Con este análisis se determinó que la característica principal de la lluvia en la zona norte de nuestro país es que tienden a concentrar una mayor precipitación en el segundo cuarto del tiempo de la lluvia, esto debido a que al agrupar las tormentas este cuarto de tiempo tiene una mayor probabilidad de ocurrencia que el resto. Al contrario de lo expuesto, es posible indicar que el cuarto de tiempo con menor probabilidad de ocurrencia es el último cuarto de tiempo, infiriendo así que las tormentas en esta zona de Chile tienden a concentrar una mayor precipitación al inicio de la tormenta que al término de ésta. En cada grupo analizado se diseñó curvas de distribución que permiten visualizar los porcentajes de lluvia que pueden caer en alguna tormenta, asignándoles a cada una de estas curvas una probabilidad de excedencia. Teniendo analizado el perfil típico que existe en la zona estudiada se contrastó la distribución del grupo con mayor probabilidad de ocurrencia y menor probabilidad de excedencia con la distribución obtenida con el método de "Bloques alternantes" expuesto por Ven Te Chow [3], dándonos como resultado que el método simplificado expuesto no coincide con la distribución registrada de ningún grupo y dónde la distribución obtenida obedece a lo que sucede en las tormentas registradas en este estudio. Este perfil no requiere de alguna fórmula empírica para obtener tal distribución, sino que se entregan porcentajes que representan la profundidad de lluvia que existe en cada intervalo de tiempo.
Amplificación de momentos y cálculo de factor de amplificación dinámica para el diseño al corte por capacidad de muros de hormigón armado en Chile
(Universidad de Valparaíso, 2013-05) Farfán Herrera, Valeria Alejandra; Morales Gómez, Alejandro
Chile es un país en donde fenómenos sísmicos ocurren periódicamente, es por eso que las edificaciones deben cumplir con los requisitos de diseños estipulados en la NCh 433 Of. 1996 modificada 2009, el decreto supremo N° 60 y el código ACI 318-08, para controlar el daño estructural Y colapso frente a los eventuales movimientos sísmicos. En Chile existen 3 estructuraciones típicas para edificaciones en altura: muros, marcos y sistemas mixtos de hormigón armado, siendo los más comunes los muros que le otorgan mayor resistencia, rigidez y adecuada capacidad de deformación. El diseño de los muros en edificaciones es de gran importancia, ya que de estos dependerá su resistencia, lo cual tiene por objetivo minimizar todo tipo de falla frágil que pueda producir desplazamientos impuestos por un sismo. Una de las fallas consideradas frágiles, es decir, con poca capacidad de deformación en el rango no-lineal, son las producidas por los esfuerzos de corte, por esta razón es fundamental conocer la demanda real de corte. Por otra parte en los que se refiere al diseño a la flexión, solo se determina la cuantía de acero necesaria para que resista los movimientos sísmicos, pero no especifica hasta qué nivel se debe mantener la resistencia. La normativa actual en Chile determina los esfuerzos internos por medio de combinaciones de cargas (cargas permanentes, sobrecarga de uso y solicitaciones sísmicas), caracteriza el terremoto mediante un espectro elástico de pseudo aceleración con 5% de razón de amortiguamiento critico, al cual se le aplica el factor de reducción R* calculando los esfuerzos y deformaciones con un espectro reducido. Para este espectro, se limitan los desplazamientos del orden del dos por mil, obteniéndose para él una respuesta completamente operacional. Es decir, se interpreta la reducción como si se tratara de un diseño sin daños para un sismo frecuente de menor magnitud. Esta metodología deja oculto el verdadero comportamiento de una edificación ante un terremoto. Esta incertidumbre hace necesario saber si el diseño establecido para las edificaciones de muros en la actualidad es el adecuado. Según lo anterior nace la motivación de analizar diferentes estructuras de muros, comparando los resultados del análisis utilizando la normativa actual de Chile con un análisis no-lineal tiempo - historia, con registros sísmicos chilenos del terremoto del Maule (2010).
Verificación del criterio contenido en el Decreto Supremo N°60 para definir el diseño de marcos de hormigón armado en edificios con estructuración mixta
(Universidad de Valparaíso, 2013-05) Urquieta Herrera, María Jesús; Morales Gómez, Alejandro
Los sistemas estructurados con muros, son el principal tipo de estructuración para edificios de hormigón armado en Chile; poseen gran rigidez, por lo que limitan las deformaciones laterales producto de sismos. Por otro lado, los sistemas estructurados con marcos de hormigón armado son más flexibles, poseen mayores períodos y desplazamientos ante solicitaciones sísmicas. Sus deformaciones de entrepiso son menores en los niveles superiores. Cuando la resistencia a la fuerza lateral es proporcionada por la acción combinada de marcos y muros estructurales, es habitual hacer referencia a ellos como un sistema dual o una estructuración mixta (Priestley, 1992). Estos sistemas presentan ventajas desde el punto de vista estructural, ya que poseen las características de ambos sistemas, satisfaciendo las demandas de cargas laterales limitando el desplazamiento de entrepiso, y controlando los daños en la estructura, debido a que la presencia de los muros otorga una mayor rigidez a la estructura ante dichas cargas. El código ACI 318-08, (American Concrete lnstitute, 2008) rige el diseño de marcos de hormigón armado, clasificándolos según su nivel de desempeño como: • Marcos Especiales a Momento: Sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera estable, ante un evento sísmico. El nivel de detallamiento proporciona la resistencia y ductilidad requerida para la condición sismorresistente más exigente, de conformidad a los lineamientos normativos. • Marcos Intermedios a Momento: Sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera limitada, ante un evento sísmico. El nivel de detallamiento proporciona la resistencia y ductilidad requerida para una condición sismorresistente intermedia, de conformidad a los lineamientos normativos.
Utilización de losas de geometría optimizada reforzadas con fibra como alternativa a tratamientos superficiales en la solución de rodadura de caminos básicos
(Universidad de Valparaíso, 2013-06) Salgado Piña, Diego Javier; Brante Lara, Guillermo
Desde el año 2003, la Dirección de Vialidad ha impulsado el programa de caminos básicos, que tiene por objetivo mejorar la calidad de vida de los habitantes que colindan con caminos no pavimentados. Esto se logra incorporando soluciones básicas, que corrigen la capa de rodadura de las vías, disminuyendo o eliminando el polvo generado por el tránsito. Estas alternativas son de fácil implementación y económicas, satisfaciendo los objetivos planteados por el programa. Las soluciones básicas más usadas para la Región de Valparaíso son los tratamientos superficiales, que debido a su rápida y económica ejecución, han cumplido con los objetivos planteados por el programa. Sin embargo a pesar de lo anterior, muchas veces su valor de implementación llega a ser considerable, y es necesario buscar nuevas alternativas que generen los mismos beneficios pero con menores costos. los pavimentos de hormigón han estado desarrollando nuevas tendencias en lo que respecta a su materialización, generando diseños con espesores de losas más delgados, que aseguran un funcionamiento eficiente y económico. Debido a esto se hace necesario evaluar si su participación es comparable, desde el punto de vista económico, al momento de considerarlas como una alternativa en la solución de los caminos básicos. la memoria de titulo se basa en poder establecer si las losas de geometría optimizada reforzadas con fibras, son alternativa viable al comparar costos de construcción y parámetros de mantenimiento, con los métodos tradicionales de tratamientos superficiales en la solución de la capa de rodadura de caminos básicos. Para ésto se analiza la capa de rodado de la ruta G-84, la cual presenta una carpeta del tipo granular, en la que mediante ensayes se determina si cumple las condiciones mínimas para servir como sub-base de pavimentos rígidos. Los ensayos realizados a la ruta G-84, determinaron que la capa de rodadura existente proporcionaba las condiciones mínimas de sub-base para pavimentos rlgidos. Debido a lo anterior, se compararon económicamente todos los procesos constructivos que incluyen la implementación de las losas con geometría optimizada reforzadas con fibras con los tratamientos superficiales. Se establecieron 2 alternativas de espesores de base para los tratamientos superficiales, el primero contemplo el espesor original con el que se intervendría la ruta, y que correspondía al programa de "Conservación de la red básica de la ruta G-84, Provincia de San Antonio", del cual se obtuvo un presupuesto menor al de las losas, pero con una diferencia de 20% entre ellos. Para la segunda alternativa se obtuvieron espesores acordes a los análisis realizados en la ruta, en los que se estableció que los espesores originales no daban solución al tránsito proyectado, debido a sectores que presentaban una mala calidad de sub-rasantes. Además se consideraron espesores de losas que se ajustarían a la vida útil de los tratamientos superficiales, obteniendo resultados de presupuestos más económicos para las losas. Debido a lo anterior se estableció que las losas de geometría optimizada reforzadas con fibra, son una opción viable en la solución de la capa de rodadura de los caminos básicos, solo si éstos presentaban una carpeta granular que aportara las condiciones mínimas de apoyo como sub-base para pavimentos rígidos. Ya que se determinó que los costos de implementación estaban en directa relación con la calidad de rodadura existente.
Evaluación y comparación de la respuesta sísmica de un edificio de hormigón armado diseñado según la norma Chilena vigente y visión 2000
(Universidad de Valparaíso, 2013-06) Araos Rojas, Sebastián Andrés; Morales Gómez, Alejandro
Chile es un pais de alta sismicidad. Año a año los edificios y estructuras se ven afectados por sismos de pequeña, mediana o gran intensidad, tanto así, que posee el sismo de mayor severidad y duración del mundo: mayo de 1960 en Valdivia; y otros no tan lejanos, como el de marzo de 1985, ocurrido en la zona central del país y el reciente mega terremoto del 27 de febrero del 2010. Por otro lado, cada evento telúrico que afecta al país nos deja una enseñanza en el diseño sismorresistente de las edificaciones. Estos terremotos producen diferentes fallas en los elementos estructurales diseñados, lo que implica que los ingenieros civiles busquen nuevas formas de diseñarlos para que a futuro se comporten de manera satisfactoria ante un sismo de gran magnitud. En Chile antes del sismo del27 de Febrero del 2010, se utilizaban las disposiciones de la Nch 433 of.96 Mod 2009 "Diseño sísmico de edificaciones (Ref.5), pero debido al daño que presentaron algunas edificaciones fue necesario agregar nuevos antecedentes a la normativa entrando en vigencia el 14 de Febrero del 2011, el reglamento que fija el diseño sísmico de edificios Decreto Supremo N° 61 (Ref.6), el cual viene a reforzar las recomendaciones de la antigua norma, siendo más rigurosa en la clasificación del tipo de suelo, requisitos de diseño; incorporando un espectro de desplazamiento para el cálculo de las deformaciones sísmicas y modifica la elaboración del espectro de diseño. (Ref.3) Además, en la normativa de diseño de elementos de hormigón Armado ACI318- 08 (Ref. 13), se incorpora el nuevo reglamento que fija los requerimientos de diseño y cálculo para el hormigón armado el Decreto Supremo N° 60 (Ref.12), el que viene a reforzar las exigencias para los muros especiales de hormigón armado y los estándares de diseño y cálculo de elementos de hormigón armado. Se agrega a lo anterior, que la mayoría de las metodologías y códigos sísmicos de edificaciones, consideran un solo nivel de amenaza sísmica para el cual la edificación no debería colapsar pero no tienen un esquema de verificación del comportamiento ante sismos más frecuentes pero menos severos. Debido a esto, es que en 1995 un grupo de ingenieros en Estados Unidos, elaboran nuevos criterios de diseño basados en el desempeño que pueda presentar una estructura, proponiendo evaluar el comportamiento de un edificio ante cuatro escenarios sísmicos diferentes, asociándole a cada uno, un nivel de daño. El presente trabajo diseña un edificio según la normativa chilena vigente. Se compara con otro diseño en base a las recomendaciones del documento Visión 2000 (Ref.4), que se basa en la filosofía del diseño por desempeño. Por último, a través de un análisis no lineal se compara ambos diseños evaluando la capacidad de deformación, ductilidad y demanda de esfuerzos internos en los muros.
Análisis y comportamiento de pavimentos de losas cortas de hormigón apoyados sobre suelos de baja capacidad de soporte
(Universidad de Valparaíso, 2013-06) Tapia Perez, Sebastián Mathias; Brante Lara, Guillermo
El presente trabajo de título tiene como propósito, ampliar el conocimiento existente sobre una nueva metodología de diseño de pavimentos de hormigón, conocido como: pavimentos de losas cortas de hormigón. El estudio, estará enfocado en el análisis y comportamiento de pavimentos de losas cortas, apoyadas sobre suelos de baja capacidad de soporte, es decir, subrasantes correspondientes a CBR < 3 %. Además, se evaluará los efectos para dos capas granulares, correspondientes a una subbase granular de CBR=50% y una capa de mejoramiento de CBR=10%, tanto en el rendimiento estructural de un pavimento de hormigón de losas cortas, como en un suelo de subrasante de mala calidad. Para lo último, se estimará una relación entre el espesor de una capa de apoyo y el aumento en el valor del módulo de reacción de la subrasante, K. Para llevar a cabo lo planteado, se requiere un análisis tensional de losas, el cual se realizará a partir de un programa basado en el método de elementos finitos, ISLAB2000. El análisis se efectuará en términos de tensión y deflexión de la losa, y de acuerdo con la teoría de Westergaard, en el que se consideran las configuraciones de carga interior, borde y de esquina. Los resultados indicaron que, al disminuir el largo de losa, las tensiones disminuyen, sin embargo, las deflexiones que experimenta la losa aumentan. Por otro lado, el rendimiento estructural de un pavimento de hormigón de losas cortas, no se verá afectado por la presencia de una capa granular, al menos para espesores inferiores a 25 cm, es decir, los niveles de tensiones y deflexiones de la losa serán muy similares a las de un pavimento sin la consideración del material granular. Mientras que el efecto que tiene una capa granular sobre un suelo de subrasante de baja capacidad de soporte, este estudio llega a la conclusión, de no incluir un aumento en el valor del módulo de reacción de la subrasante, K, cuyos espesores de material granular sean menores a 25 cm.
Determinación de variables influyentes en estabilidad de pavimentos de mezcla asfáltica caliente mediante método Marshall
(Universidad de Valparaíso, 2013-07) Páez Gómez, Denisse; Brante Lara, Guillermo
Las mezclas bituminosas utilizadas en la ejecución de un pavimento deben conseguir determinadas características estructurales y funcionales requeridas en un pavimento flexible para garantizar su resistencia y durabilidad durante el período de diseño. Actualmente los controles de calidad sobre la mezcla en planta suele realizarse mediante el ensayo Marshall, extrayendo una muestra de la planta asfáltica y determinando su resistencia a las deformaciones plásticas. Sin embargo, la calidad final del producto, es decir, de la mezcla extendida y compactada sólo se controla mediante la extracción de testigos para la determinación de su densidad y compactación con la densidad Marshall patrón, o en casos de mayor exigencia se emplean equipos de retroanálisis realizando evaluaciones del pavimento ya existente. La temperatura de las mezclas asfálticas varía significativamente desde su producción en planta hasta la conformación de la estructura de pavimento, especialmente en el proceso de compactación. Estas diferencias de temperatura de la mezcla de un punto a otro generan segregación, microfisuras, superficies onduladas, desgarramientos y especialmente cambios en las propiedades mecánicas y estructurales de la mezcla. De la misma forma, variables de diseño como el porcentaje de asfalto y el módulo de finura pueden tener la misma incidencia en la capacidad estructural del pavimento. En este estudio de laboratorio se determinó y cuantificó la influencia que las variables de diseño de mezclas y del proceso constructivo de un pavimento asfáltico tienen en la capacidad estructural de carpetas asfálticas de graduación semi-densa. Los resultados indican que las principales variables que influyen en la estabilidad de un pavimento son el porcentaje de asfalto, temperatura de compactación y módulo de finura. Para el análisis de tracción indirecta (ITS) se determinó que las variables influyentes son las mismas que para la estabilidad Marshall. De acuerdo a modelación desarrollada en base a los resultados obtenidos en laboratorio, como también al uso del método de diseño AASTHO y el software de diseño estructural del método empírico mecanicista BISAR 3.0 creado por Shell bitumen, se desarrollaron dos metodologías de control de calidad aplicable en terreno en base a las variables mencionadas anteriormente.
Metodología para el control de compactación de suelos con el uso del densímetro SDG 200 comparable con el método del cono de arena en bases granulares para pavimentos
(Universidad de Valparaíso, 2013-07) Reyes Caimanque, Rodrigo Esteban; Brante Lara, Guillermo
El presente trabajo analiza la utilización de un nuevo sistema para el control de compactación de suelos, el densímetro SDG 200, el que por medio de espectroscopía de impedancia eléctrica (EIS) permite la separación de los efectos del contenido de humedad y la densidad del suelo en la respuesta de éste al sondeo electromagnético. Este equipo se presenta como un método no destructivo, fácil de utilizar con el que se obtienen resultados en forma rápida y directa. Para ver que tan confiables pueden ser los resultados obtenidos con el equipo se hace necesario investigar al respecto. Para utilizar el equipo se deben ingresar las características del suelo en donde se va a controlar la compactación, estas características se ingresan a partir de los resultados obtenidos en los ensayos de granulometría, límites de consistencia y Proctor Modificado. El equipo entrega resultados de acuerdo con las características del suelo ingresado, por lo que es de vital importancia que estas sean representativas del lugar a controlar. Además, se deben ingresar las compensaciones de densidad compactada húmeda y porcentaje de humedad, para lo cual es necesario realizar controles en 3 a 5 puntos representativos del terreno, utilizando el densímetro SDG 200 y algún otro método normado y calcular estas compensaciones como el promedio de las diferencias obtenidas. Para llevar a cabo este trabajo se realizó la comparación de los resultados entregados por este equipo con los obtenidos con el método del cono de arena, realizando ensayos con ambos métodos en los mismos puntos. Los controles de compactación se realizaron en bases granulares utilizadas para la construcción de pavimentos que cumplen con la banda granulométrica TM-50c, se analizaron dos bases granulares en las que se realizaron 27 y 12 comparaciones respectivamente. Al comparar los resultados obtenidos con el densímetro SDG 200 y los obtenidos con el método del cono de arena, se registraron grandes diferencias, que demuestran que el equipo no entrega resultados confiables. Los resultados obtenidos con el densímetro SDG 200 se ven influenciados por las características de los materiales ingresados al equipo, y dada la heterogeneidad que presentan las bases granulares, se presentó una gran variabilidad de resultados. También se demostró que los resultados obtenidos con el densímetro SDG 200 se ven influenciados por la temperatura del suelo, obteniendo resultados mayores a medida que la temperatura disminuía. Se plantearon ecuaciones utilizando regresiones multivariables, agregando el efecto de la temperatura del suelo como otra variable al momento de realizar la compensación, utilizando estas ecuaciones los resultados se aproximan más a los resultados obtenidos con el método del cono de arena, que los obtenidos al realizar la compensación como el promedio de las diferencias de las primeras pruebas como lo establece el manual de uso del equipo, sin embargo siguen existiendo grandes diferencias que pueden resultar significativas al momento de realizar un control de compactación, además esto es poco práctico ya que se requiere tener controles a distintas temperaturas para poder realizar la regresión.
Estimación de curvas de gasto sólido en suspensión, comparación con expresiones empíricas y análisis de la geomorfología de las cuencas
(Universidad de Valparaíso, 2013-08) Robles Castro, Cristian Andrés; Morales Pino, Yerel
El estudio del arrastre y/o transporte de sedimentos en los ríos y cauces ha sido tema de investigación en la hidrología, debido a que estos sedimentos pueden ser un factor negativo e intervenir en las obras proyectadas por los ingenieros, tanto a corto como largo plazo. Dentro de las obras que pueden verse afectadas por la acumulación o el simple flujo masivo de estos sólidos se encuentran los canales, bocatomas y principalmente los embalses. La zona centro-sur y sur del país presentan los mayores niveles de precipitaciones, por lo cual es fundamental conocer la realidad del arrastre de sólidos en suspensión que en estas zonas ocurre. Debido a lo anterior es que se busca conocer si los métodos empíricos ya creados son realmente aplicables en estas zonas del país, junto a esto también se crea un modelo en el cual la pendiente media de la cuenca es involucrada como un factor primordial. El presente trabajo de título se basa en la recopilación de los datos de sedimentos y caudal de distintas estaciones seleccionadas desde de Séptima región del Maule hasta la Decimosegunda región de Magallanes, determinando las curvas de gasto sólido en suspensión medio diario de cada una de ellas, e integrando posteriormente la curva de duración de caudales, dando como resultado el gasto sólido en suspensión medio anual y el caudal medio anual de cada estación. Se utiliza el software GrassGis el cual utiliza imágenes satelitales y que permite determinar el área de la cuenca aportante, la pendiente media de la cuenca y el largo del cauce principal. Con esta información se genera un modelo que permite analizar las variables de caudal medio anual, pendiente media de la cuenca y peso específico estimado del sólido en suspensión, mediante una función de gasto sólido en suspensión medio anual. Los modelos empíricos utilizados para comparar el gasto sólido en suspensión anual medido son: (1) las curvas de Fleming, las cuales están basadas en el estudio de 250 cuencas distribuidas en el mundo, y que señala la existencia de cuatro curvas que dependen del caudal medio de la cuenca y se diferencian por el tipo de cobertura vegetal existente. (2) El segundo modelo empírico utilizado es el creado por Dendy y Bolton, el cual se basa en un estudio realizado a 800 cuencas ubicadas en Estados Unidos de América. Este modelo relaciona el gasto sólido en suspensión medio anual por área con el área de drenaje de la cuenca y la escorrentía media anual. En función de los resultados obtenidos, la aplicación de los métodos empíricos de Fleming y Dendy y Bolton, no se asimilan a la realidad de las zonas del país en estudio, es por esto que se ajustaron dos modelos, uno tipo Fleming y otro tipo Dendy y Bolton, además se determinó un nuevo modelo de tres variables. Estos modelos permiten obtener el gasto sólido en suspensión medio anual en cuencas donde no existe información sedimentométrica.
Comportamiento mecánico de bases granulares con adiciones de material degradable producto de las cargas del tránsito
(Universidad de Valparaíso, 2013-12) Lebuy Pedraza, Bárbara Elena; Brante Lara, Guillermo
El reconocido desarrollo económico de nuestro país nos mantiene en constante búsqueda de nuevas alternativas para brindar una infraestructura de comunicación y transporte suficientes para sostener este crecimiento. Si bien es un gran desafío, representa una muy generosa oportunidad para innovar en el diseño y tecnologías en los pavimentos, y así satisfacer las necesidades de conexión mediante proyectos viales. Factores influyentes como el tránsito, las condiciones ambientales, las características de los materiales y las consideraciones de diseño son determinantes en la conducta de los pavimentos a lo largo del tiempo. Asimismo, estos factores se relacionan con deterioros estructurales donde particularmente, en los pavimentos flexibles compuestos por las capas granulares de base y sub – base, las repeticiones de las cargas aplicadas por los diversos vehículos que circulan por el pavimento provocan tensiones, hundimientos o desplazamientos que, en exceso, pueden generar fallas funcionales y/o estructurales. Es claro que la investigación sobre pavimentos es imposible sin un conocimiento completo del comportamiento mecánico de los suelos y es bajo este contexto, que el presente trabajo de título estudia el comportamiento de las bases granulares que conforman los pavimentos flexibles, debido a la relevancia que éstas poseen por tratarse de una capa que otorga gran parte del drenaje y soporte estructural que manifiesta un pavimento. A fin de entender este comportamiento, se hace fundamental el conocer los materiales que componen dicha capa, y es aquí donde juega un rol fundamental un material degradable llamado comúnmente “maicillo”, el cual según el método de clasificación USCS corresponde a una arena arcillosa o limosa. Material fino que es adicionado habitualmente a las bases granulares limpias en la Región de Valparaíso. El objetivo es determinar el efecto que este material provoca en las propiedades de las bases granulares considerando la cantidad de material incorporado, donde la simulación de un deterioro del pavimento a lo largo de su vida útil bajo un constante tránsito vehicular es expresado por un ensaye normado de Trituración. Paralelamente se evalúa la pérdida de propiedades en bases granulares que forma parte de pavimentos flexibles construidos hace varios años, a modo de comparar este deterioro existente con el simulado en laboratorio. Finalmente utilizando la metodología de trabajo propuesta se elabora un completo análisis del comportamiento de las bases granulares, donde el origen del material fino degradable es maicillo, bajo un diseño que inicialmente cumple todos los parámetros exigidos para su aceptación y forma parte de un pavimento flexible que es expuesto a lo largo de su vida útil a un constante tránsito vehicular. Concluyendo que el inminente deterioro que producen las cargas del tránsito puede ser mitigado al restringir en una primera instancia los parámetros actuales utilizados en el diseño de las bases granulares de estos pavimentos como lo es la cantidad de material fino degradable adicionado a las bases, debiendo sugerir además, una restricción que limite el parámetro de permeabilidad y enunciar el uso como parámetro exigido el ensaye de Trituración en los suelos.
Comparación de métodos de diseño sísmico para una estructura de muros especiales: Método de diseño basado en las fuerzas y método de diseño basado en los desplazamientos
(Universidad de Valparaíso, 2013-12) González Ossandón, Alejandro; Morales Gómez, Alejandro
Chile es una país en el cual el diseño sismorresistente de estructuras es fundamental, ya que se encuentra ubicado en una zona de alta sismicidad, donde ros terremotos son una amenaza constante para las construcciones. Estos terremotos inducen fuerzas y desplazamientos en las estructuras (Priestley et ál., 2007), lo que ha hecho que los métodos de diseño se basen en una de estas acciones para determinar la demanda sísmica sobre las estructuras. Particularmente, en estructuras de hormigón armado, en que la respuesta ante acciones sísmicas es generalmente inelástica, por lo que lo ideal en estos casos es un diseño cuyo resultado sea una estructura dúctil, es decir, que la estructura pueda deformar inelásticamente para el desplazamiento impuesto por un terremoto, sin pérdida considerable de resistencia (Priestley et ál., 2007). Actualmente, el método utilizado en Chile y otros países es el "Método de Diseño Sfsmico Basado en las Fuerzas", que consiste en determinar la demanda sísmica para un sistema estructural dado, en dos direcciones horizontales y perpendiculares, a partir del corte elástico basal de la estructura determinado con espectros de pseudo-aceleración. En el caso de Chile, esta situación se evalúa según la norma NCh433 Of.1996 Mod.2009 y D.S W61 (V. y U.), para esto es necesario conocer el periodo fundamental de oscilación de la estructura, el cual depende de la masa y rigidez del sistema estructural. Posteriormente es necesario reducir el esfuerzo de corte basal elástico por un factor de modificación de la respuesta, que está relacionado con la ductilidad y materialidad del sistema estructurar, este factor puede ser distinto para las dos direcciones horizontales perpendiculares analizadas, ya que el periodo fundamental de la estructura puede ser diferente en las dos direcciones analizadas, dependiendo de la configuración estructural. Luego, se distribuye el esfuerzo de corte basal entre los elementos estructurales en proporción a su rigidez elástica, y con esto determinar la ubicación de potenciales rótulas plásticas, es decir, donde los elementos de la estructura puedan responder inelásticamente frente a acciones sísmicas. Finalmente se comparan los desplazamientos de la estructura con los desplazamientos límite de la norma. Así, en caso de no cumplir con el límite se debe rediseñar el sistema sismorresistente, lo que puede requerir de varias iteraciones. El proceso de diseño sísmico basado en las fuerzas puede ser resumido como se muestra a continuación. Estimar las dimensiones estructurales. Estimar la rigidez de los elementos, basado en las dimensiones de los mismos. Estimar los períodos naturales en ambas direcciones de análisis. Estimar ef corte elástico de diseño a partir del espectro de aceleración. Obtener el nivel de ductilidad de la estructura y por ende el factor de reducción. Calcular las fuerzas sísmicas. Analizar las estructura bajo fuerzas sísmicas Diseño y ubicación de elementos que potencialmente responderán inelásticamente. Verificar desplazamientos . El método de diseño sísmico basado en las fuerzas tiene problemas fundamentalmente en el procedimiento, que se basa en la estimación de fa rigidez elástica para determinar el período fundamental y la distribución de fuerzas entre los elementos estructurales (Priestley et ál., 2007). Esto es un problema, debido a que la rigidez es dependiente del nivel de carga axial al que se encuentran solicitados los elementos, de resistencia y cantidad de armadura de refuerzo, los que no se conocen hasta el finar del procedimiento. Por otro lado, no es adecuado asignar las fuerzas sísmicas a los elementos en base a su rigidez elástica porque los diferentes elementos. estructurales (por ejemplo muros) no llegarán a su límite de fluencia al mismo tiempo, es decir, tienen diferentes deformaciones de fluencia. Este trabajo busca comparar dos métodos de diseño sísmico aplicados a un edificio de hormigón armado, estructurado con muros. En primer lugar el método de "Diseño Sísmico Basado en las Fuerzas", utilizado actualmente, y posteriormente un nuevo método que pretende mejorar las deficiencias mencionadas anteriormente, este es el método de "Diseño Sísmico Basado en los Desplazamientos", en el que se caracteriza a la estructura de múltiples grados de libertad por una estructura sustituta de un grado de libertad con propiedades físicas y geométricas equivalentes , en donde la rigidez del sistema es representada por la rigidez secante al máximo desplazamiento y una representación equivalente del amortiguamiento de histéresis para la respuesta máxima. La comparación de los métodos se hará mediante el análisis y diseño de una estructura compuesta por un sistema de muros estructurales especiales, de acuerdo al código ACI 318-08.

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