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https://repositorio.udec.cl/handle/11594/190

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Análisis de las cargas vivas en puentes carreteros chilenos desagregados según macrozona.
(Universidad de Concepción, 2024) Ortiz de la Maza, Javiera Paz; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
Los puentes son fundamentales para el desarrollo de un territorio. Su vida útil se ve afectada por las cargas de tráfico a las que están expuestos. Para mantener la seguridad y capacidad de servicio, es esencial conocer las cargas reales que soportan. En Chile, los puentes se diseñan según el Manual de Carreteras, basado en antiguas especificaciones de diseño de Estados Unidos y su patrón de carga vehicular propuesto en 1944. Este patrón de carga fue actualizado en Estados Unidos en 1993. Sin embargo, ambos patrones se propusieron con datos limitados y no hay información sobre si son o no apropiados para representar las cargas de tráfico nacionales. La Dirección de Vialidad controla y registra rutinariamente el pesaje de camiones. Cada pesada incluye un número correlativo de la lectura, la patente del vehículo, la fecha y hora de la pesada, la velocidad de circulación sobre la balanza, el largo estimado del vehículo y la tipología vehicular según la clasificación del Ministerio de Obras Públicas. Estos datos son la base de este estudio. El objetivo es realizar un análisis de las cargas vivas en los puentes carreteros de Chile utilizando datos de pesaje obtenidos de ocho estaciones de pesaje fijas ubicadas en las macroregiones del país. El análisis consideró el peso bruto total, el peso por eje, la frecuencia de tránsito y la tipología vehicular. Los datos son analizados mediante scripts de programación en Python. Los resultados se presentan mediante mapas y gráficos, y se realiza una comparación geográfica de las variables de interés. En conclusión, este estudio aborda la relevancia de conocer las cargas reales a las que están expuestos los puentes carreteros en Chile, tomando en cuenta que su diseño se basa en especificaciones obsoletas de Estados Unidos. A través del análisis de datos de pesaje recopilados en estaciones fijas distribuidas por las macrozonas del país. Los resultados, se presentan en mapas y gráficos, los cuales subrayan la necesidad de actualizar las normas de diseño para reflejar mejor las condiciones actuales del tráfico vehicular en Chile.
Aplicaciones de redes neuronales artificiales para el diseño óptimo a flexión de vigas de hormigón armado.
(Universidad de Concepción, 2024) Parra Vergara, Sebastián Nicolás; Cendoya Hernández, Patricio; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
The application of artificial intelligence (AI) algorithms has experienced exponential growth in recent years, finding application of these models across a broad spectrum of problems in various areas of science and engineering. We are in an era of technological revolution where new methodologies based on AI algorithms require the handling of new theoretical and computational tools developed to streamline decision-making processes and optimize resources. In the field of AI, the use of techniques such as Artificial Neural Network (ANN) algorithms becomes an interesting area of exploration. This work addresses the formulation of an AI algorithm based on Artificial Neural Networks (ANNs) applied to flexural design of straight rectangular reinforced concrete beams. The process involves using analytically determined beam data, employing a cost optimization model for the beam, and ensuring compliance with current regulations. A total of 1302 beams, considering different restraint conditions, concrete strength, and lengths, are provided for training the networks. Ultimately, the results demonstrate that this algorithm possesses satisfactory capability to learn how to design beams subjected to flexure from the provided data. It successfully generalizes the flexural design process even for diverse initial conditions not considered during the training phase, achieving prediction errors on the order of 10-4 for architectures with no more than seven neurons in the hidden layer. Furthermore, a user-friendly graphical interface has been implemented to facilitate the use of these artificial neural networks, enabling the flexural design of straight reinforced concrete beams without the need for programming or structural knowledge.
Calibración de un modelo numérico para un edificio no convencional de hormigon armado.
(Universidad de Concepción, 2024) Estay Espinoza, Monserratt Alejandra; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio; Opazo Vega, Alexander; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
The development of numerical methods and monitoring tools has encouraged the study of the behavior of existing structures, leading to the generation of updated digital models that reduces differences between observed and analytical behavior. This, together with the interest in their application in medium-rise buildings of architectural value, is the main motivation for studying the Edificio Innovación of the Universidad del Bio-Bio. For these reasons, the main objective of this project was to calibrate its numerical model based on experimental measurements. To achieve this objective, the building was modeled using the ETABS software. The model error was calculated based on the differences between numerical and experimental frequencies, resulting in 12% error for the preliminary baseline model. From the model, 18 potentially significant variables were identified for its dynamic behavior. Among these, twelve were modules of elasticity (stiffness) and six were loads distributed on each floor (masses). Then, a sensitivity analysis was applied, using the quoFEM software, employing the LHS sampling method. A total of 100 iterations per variable were performed, and from this analysis, three variables were identified as significant using Sobol’s Indices. Two of the variables pertained to the modules of elasticity of walls and columns on the first and last floors, while the last one corresponded to the distributed load applied on the fifth floor. Regarding these results, the influence of the elastic modulus of the first floor is expected because these represent a fundamental part in the transmission of loads from upper floors to the base. As for the load applied on its last floor, its influence can be explained due to the displacements relative to the building’s base increasing in height , and the mass at this level may amplify torsional moments, affecting the behavior of the building. With these three variables, the building calibration was conducted, also using the quoFEM program, along with the NL2SOL optimization method. The calibration produced different optimal solutions (local optima), which could be due to a limited amount of experimental data with which to discriminate solutions. To overcome this problem, it was decided to calibrate the model with Boxplot Diagrams, resulting in an 5% error with respect to experimental measurements.
Efectos del aumento del peso del eje frontal de buses interurbanos en puentes simplemente apoyados.
(Universidad de Concepción, 2025) Villanueva Suárez, Agustín; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
El transporte terrestre de personas vía buses interurbanos es de gran relevancia para la conectividad nacional. Debido a medidas de seguridad adicionales que se les están exigiendo a las empresas de transporte, principalmente en la cabina de los buses el peso del eje frontal de los buses interurbanos podría aumentar 350 kilogramos. Esta memoria tiene por objetivo evaluar efectos estructurales de este potencial aumento del peso del eje frontal de buses interurbanos en puentes, para aportar con información relevante a los organismos tomadores de decisión. Utilizando datos de la estación de pesaje Curacaví se determinaron los efectos estructurales: (1) momentos flectores; (2) fuerzas cortantes; y, (3) deterioro por fatiga, generados por buses interurbanos de eje frontal simple en puentes simplemente apoyados menores y medianos. Se compararon las demandas de momento flector y fuerza cortante antes y después del aumento de peso. Además, se compararon las demandas considerando el peso adicional con los patrones de cargas utilizados en el diseño. Finalmente se realizó un análisis de deterioro y disminución de la vida útil de un puente tipo producto del aumento de peso. En los tres aspectos evaluados se obtuvieron mínimas variaciones respecto del caso base. Los aumentos porcentuales de la demanda a momento y corte respecto del original fueron en promedio del 2% en los casos más desfavorables. Se determinó que la gran mayoría de buses interurbanos, con excepción de algunos pocos outliers, siguen estando dentro de la demanda de diseño esperada por ambos patrones de carga. Finalmente, el análisis de deterioro entregó que la vida útil del puente tipo evaluado se redujo aproximadamente de un 0,97%, lo que se traduce en alrededor de 9 meses menos de vida útil respecto de los 75 años que se proyectan.
Evaluación de desempeño sísmico de edificio de soporto colector de polvo diseñado según NCh2369:2023.
(Universidad de Concepción, 2024) Sanhueza Yévenes, Sebastián Benjamín; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
Earthquakes have been a constant in the history of Chile, which over time have become part of the collective identity of Chileans. To address these seismic events from civil engineering, seismic standards are applied such as NCh 2369 "Seismic design of industrial structures and facilities", whose first edition was made official in 2003. The philosophy of Chilean industrial design is based on over-resistance and ductility moderately, hoping not to have to use it at all. Within this context, seismic fuses play an essential role as energy-dissipating elements. After the 2010 Maule Earthquake, shortcomings in the regulation were identified, which, added to new knowledge and analysis tools, prompted an update of the regulations. This update incorporates new spectral shapes derived from a formal analysis of seismic hazards, as well as changes to compactness limits and the application of reduced seismic loads amplified by 0.7R1≥1.0, serving as a unified criterion for designing members not intended for energy dissipation. The main objective of this work is to evaluate the seismic performance of the Dust Collector Support Building made up of braced frames and moment-resistant frames. To achieve this, it was first designed in accordance with the provisions of the NCh2369 update and subsequently a non-linear time-history analysis was carried out considering the non-linearity of the bracing and beams in moment frames, for two seismic demand scenarios: design level (SDI) and probable maximum earthquake level (SMP). The linear design resulted in significant overstrength, achieved with a factor R=2. The diagonals were made of HSS profiles because they better comply with the new compactness limits. On the other hand, the configuration of the anchor bolts was controlled by a single anchor, a common practice in industrial design, which leaves the rest of the anchors oversized. In the nonlinear analysis, the structure worked in its overstrength range, using very little ductility. The seismic columns presented high utilization factors and could imply the need to incorporate plastic hinges in the modeling. In future work, the effect of plasticizing anchor bolts on energy dissipation for embedded bases should be studied.
Evaluación del desempeño sísmico de edificio celda de columna, diseñado según NCh2369 2023.
(Universidad de Concepción, 2024) Ramírez Figueroa, Karina Belén; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
Throughout history, Chile has been recognized for being a highly seismic country, becoming part of the collective identity of Chileans. From the perspective of civil engineering, these events make it possible to evaluate the behavior of structures and, therefore, adjust and/or modify seismic-resistant standards, such as NCh 2369 "Seismic design of structures and industrial facilities," whose first edition was officially ratified in 2003. Within this context, the 2010 Maule earthquake identified shortcomings in the normative, which, combined with new knowledge and analysis tools, prompted its update, always considering the Chilean industrial design philosophy based on overstrength and moderate ductility, where bracing and anchor bolts play a fundamental role in energy dissipation. This update incorporates new spectral shapes, changes in compactness limits, and the application of seismic loads amplified by 0.7R1≥1.0, as a unified criterion for designing members that do not aim to dissipate energy. The main objective of this work is to evaluate the seismic performance of a Column Cell Building, constituted based on concentrically braced frames (CBF). To achieve this, it was first designed according to the provisions of the NCh2369 update, and then a nonlinear time-history analysis was carried out considering the nonlinearity of anchor bolts and bracing for two seismic demand scenarios: design level (SDI) and maximum probable seismic level (SMP). In order to follow the guidelines of the original design, the design was carried out with a factor R=3 and I=1.0, resulting in a structure with overstrength. The bracings were made up of hollow square profiles HSS, as they better comply with the new compactness limits and were sized to be as tight as possible, however, these compactness limits in many cases controlled the design. On the other hand, the configuration of the anchor bolts is controlled by a single anchor for each type of column, leaving the rest of the anchors oversized. In the nonlinear analysis, the structure worked in its overstrength range, with moderate use of ductility. Bracing dissipates considerably more energy than anchor bolts in all cases, with an average energy dissipation participation of 30% and 47% for SDI and SMP levels, respectively.
Evaluación del desempeño sísmico de un edificio industrial auxiliar filtrante diseñado según la norma NCH2369 2023.
(Universidad de Concepción, 2024) González Olivares, Sebastián Benjamín; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
Chile a lo largo del tiempo ha experimentado gran actividad sísmica, lo que ha hecho necesaria la creación de códigos de diseño sísmico avanzados en el país de tal forma de minimizar los riesgos asociados a estos eventos naturales. Uno de estos códigos corresponde a la norma NCh2369 “Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales” que surge en el año 2003, la cual tiene como objetivo primordial la protección de la vida y la continuidad de operación en la industria dotando a las estructuras de una considerable sobrerresistencia y una ductilidad moderada. Dentro de este contexto, los arriostramientos y los pernos de anclaje desempeñan un papel esencial como elementos que disipan energía, actuando como fusibles sísmicos. Luego del terremoto de Maule en el año 2010, se identificaron falencias en la norma, lo que, sumado al avance del conocimientos y mejores herramientas de análisis, impulsó una actualización de la normativa. Esta actualización, concretada en el año 2023, incorpora nuevas formas espectrales provenientes de un análisis formal de la amenaza sísmica, límites más exigentes de compacidad local y la aplicación de cargas sísmicas amplificadas por 0.71R1≥1.0 como un criterio unificado para diseñar los miembros que no tienen como objetivo disipar energía. El objetivo principal de este trabajo consiste en evaluar el desempeño sísmico de un edificio industrial “Auxiliar Filtrante” perteneciente al rubro de la minería, el cual está estructurado en base a marcos arriostrados concéntricamente (MAC). Para esto, el edificio fue diseñado según las disposiciones de la norma NCh2369 2023 para luego realizar un análisis no lineal tiempo-historia en dos niveles de demanda sísmica, uno asociado al espectro objetivo a nivel de diseño y el otro asociado al espectro objetivo a nivel máximo, considerando la no linealidad de pernos de anclaje y arriostramientos. Del diseño resultaron perfiles más robustos para las columnas sísmicas debido al criterio de diseño de cargas sísmicas amplificadas. Los arriostramientos tienen límites de compacidad local más estrictos, por lo que se utilizaron perfiles tubulares que tienen mayor holgura con respecto a esta restricción. Las vigas que soportan de equipos quedan controladas principalmente por serviciabilidad dado los estrictos límites de deflexiones impuestos por los proveedores de estos equipos. Los pernos de anclaje se diseñan considerando el anclaje más solicitado, práctica común en el diseño industrial. Del análisis no lineal se evidencia que la estructura trabaja en su rango de sobrerresistencia utilizando muy poco de ductilidad a través de los elementos definidos como fusibles sísmicos.
Evaluación desempeño sismico de edificio de remolienda diseñado según norma NCH2369 2023
(Universidad de Concepción, 2024) Valencia Aravena, Brian Alonso; Silva Muñoz, Rodrigo Antonio; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
Chile ha experimentado terremotos de diversa magnitud a lo largo de su historia, convirtiéndose en una parte inherente de la realidad nacional y quedando totalmente arraigados en la memoria colectiva del pueblo chileno. Dada la necesidad de tener estructuras lo suficientemente resistentes que cumplan con las necesidades de la industria nacional nace la normativa NCh2369 “Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales” oficializada en el año 2003 cuya filosofía es entregar sobrerresistencia y ductilidad moderada a las estructuras para cumplir con los objetivos continuidad de operación y protección de vida en la industria. Esta normativa fue puesta a prueba con el terremoto del Maule 2010 en donde se evidenciaron daños en las estructuras. Estos eventos combinados con los cambios en las necesidades del país y los avances en el conocimiento y herramientas de análisis impulsaron la actualización de la normativa NCh2369 a la versión 2023. En esta actualización se reemplaza el espectro de Blume por espectros que vienen de una estimación formal de amenaza sísmica. Además, se definen límites de esbeltez local más estrictos y se otorga mayor sobrerresistencia a elementos estructurales que no estén pensados como fusibles sísmicos, con el objetivo de proteger el sistema gravitacional. Cabe destacar que la filosofía tradicional de diseño no cambia, sino que, esta actualización busca garantizar que se cumplan con objetivos de la norma. El presente texto tiene como objetivo evaluar el desempeño sísmico de un Edificio de Remolienda, estructurado en base a marcos de momento en la dirección transversal y arriostrado longitudinalmente. Primero se diseñó esta estructura en base a la normativa 2023, luego se realiza el análisis no lineal tiempo historia para nivel de diseño SDI y máximo sismo posible SMP, considerando no linealidad de columnas, vigas y arriostramientos. De esta forma se validan las nuevas disposiciones de la normativa. Para análisis lineal se optimizaron las columnas para tener factores de utilización cercanos a 1, en cuanto arriostramientos se consideraron perfiles tubulares en toda la altura, estos quedan controlados por límites de esbeltez local y global. El diseño de pernos de anclaje quedó controlado por cargas de viento debido al alto valor del factor de reducción R = 5. Con respecto al análisis no lineal la incursión no lineal se enfocó principalmente en los arriostramientos, por lo que en general, la estructura operó dentro del rango de la sobrerresistencia con leve incursión no lineal de columnas y vigas. Además, se cumple con los criterios de aceptación de NCh2369 2023 para columnas, vigas y arriostramientos.
Investigación experimental de la resistencia al corte en sistemas mixtos de madera y hormigón empleando uniones mecánicas.
(Universidad de Concepción, 2024) Ochoa Arroyo, Pablo Francisco; Aguilar Vidal, Víctor Hugo
La creación de una conexión solida entre madera y hormigón, asegurando una unión monolítica resulta crucial en el diseño estructural, por lo cual se debe diseñar una conexión económica y altamente rígida entre ambos materiales. En este estudio, se utilizan distintos conectores para la formación de uniones híbridas, centrándose en el uso de clavos y tornillos para evaluar la influencia del tipo de conector. Además, se analiza el efecto de la inclinación del conector y del orden los materiales en la resistencia de la conexión. Se llevaron a cabo ensayos de resistencia al corte en el laboratorio de la Universidad de Concepción utilizando veinticuatro probetas que incluyen ocho configuraciones distintas con tres repeticiones por configuración. En las probetas se varía el tipo de conector (clavo y tornillo), orden de materiales y el ángulo de inclinación de 45º y 90º. Los resultados obtenidos revelaron considerables diferencias en términos de la resistencia al corte de las conexiones, del desplazamiento de conectores y distintos modos de falla presentes después del test de resistencia al corte realizado.

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