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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
La aplicación de algoritmos de inteligencia artificial (IA) se ha masificado de manera exponencial en los últimos años, encontrando aplicación de estos modelos a un amplio espectro de problemas en diversas áreas de la ciencia, incluyendo la ingeniería estructural. Nos encontramos en una era de revolución tecnológica en donde las nuevas metodologías basadas en algoritmos de IA requieren de un manejo de nuevas herramientas teóricas y computacionales desarrolladas con la finalidad de agilizar los procesos de toma de decisión y optimizar recursos. En el ámbito de la IA, el uso de técnicas como los algoritmos de Redes Neuronales Artificiales (RNA) se convierte en un campo de exploración interesante. Este trabajo aborda la formulación de un algoritmo de IA basado en RNA para el diseño a flexión de vigas rectangulares rectas de hormigón armado. Este proceso utiliza datos de vigas determinados analíticamente, empleando un modelo optimización del costo de la viga y asegurando la conformidad con las normativas vigentes. Para el entrenamiento de las redes se proporciona un total de 1302 vigas considerando diferentes condiciones de apoyo, hormigón y longitud. Finalmente, los resultados demuestran que este algoritmo posee una satisfactoria capacidad para aprender a diseñar vigas a flexión a partir de los datos proporcionados, logrando generalizar este proceso de diseño y obteniendo errores de predicción del orden de 10-4 para RNA con arquitecturas de no más de siete neuronas en la capa oculta. Además, se ha implementado una interfaz gráfica de usuario que facilita el uso de estas redes neuronales artificiales, posibilitando el diseño a flexión de vigas rectas de hormigón armados sin la necesidad de poseer conocimientos en programación o estructuras.
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
El desarrollo de métodos numéricos y herramientas de monitoreo han incentivado el estudio del comportamiento de estructuras existentes, generando modelos digitales actualizados que disminuyan las diferencias entre el comportamiento observado y el digital. Lo anterior, junto con el interés sobre su aplicación en edificios de mediana altura y de valor arquitectónico, agrupan las principales motivaciones para estudiar el Edificio Innovación de la Universidad del Bio-Bio. Por estas razones, el objetivo general de este trabajo fue calibrar un modelo numérico para este edificio en base a sus mediciones experimentales. Para cumplir con dicho objetivo, se modeló el edificio utilizando el programa ETABS. El error del modelo se calculó en base a las diferencias entre las frecuencias numéricas y experimentales, resultando en un error del 12% para el modelo base preliminar. Del modelo se identificaron 18 variables potencialmente significativas sobre su comportamiento dinámico. De estas, 12 correspondían a módulos de elasticidad del modelo (rigideces), y 6 cargas distribuidas (masas). Luego se aplicó un análisis de sensibilidad mediante el programa quoFEM, utilizando el método de muestreo LHS. Se realizaron 100 iteraciones por variable y de este análisis tres variables se identificaron como significativas utilizando los Índices de Sobol. Dos de las variables pertenecían a los módulos de elasticidad de muros y columnas del primer y último piso, y la última correspondía a la carga distribuida aplicada en el último piso. Con respecto a estos resultados, la influencia del módulo de elasticidad del primer piso es esperada debido a que estos representan una parte fundamental dentro de la transmisión de cargas desde los pisos superiores a la base. En cuanto a la carga aplicada en su último piso, se puede explicar su influencia debido a que los desplazamientos con respecto a la base del edificio aumentan en altura y la masa en este nivel puede amplificar los momentos torsionales, afectando el comportamiento del edificio. Con estas tres variables se procedió a realizar la calibración del edificio, también utilizando el programa quoFEM, junto con el método de optimización NL2SOL. Los resultados de la calibración produjeron distintas soluciones óptimas (óptimos locales), lo que podría responder a una escasa cantidad de datos experimentales con los cuales discriminar soluciones. Para sortear este problema, se decidió calibrar el modelo con los Diagramas Boxplot, con la cual se obtuvo un 5% de error con respecto a las mediciones experimentales.
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
Los terremotos han sido una constante en la historia de Chile, que con el pasar del tiempo, han pasado a formar parte de la identidad colectiva de los chilenos. Para abordar estos eventos sísmicos desde la ingeniería civil, se aplican normas sismorresistentes como la NCh2369 "Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales", cuya primera edición fue oficializada en 2003. La filosofía del diseño industrial chileno se fundamenta en la sobrerresistencia y una ductilidad moderada, con la esperanza de no tener que utilizarla en absoluto. Dentro de este contexto, los fusibles sísmicos desempeñan un papel esencial como elementos disipadores de energía. Después del terremoto de Maule 2010, se identificaron falencias en la norma, lo que, sumado a nuevos conocimientos y herramientas de análisis, impulsó una actualización de la normativa. Esta actualización incorpora nuevas formas espectrales, que provienen de un análisis formal de la amenaza sísmica, cambios de los límites de compacidad, y la aplicación de cargas sísmicas reducidas amplificadas por 0.7R1≥1.0, como un criterio unificado para diseñar los miembros que no tienen como objetivo disipar energía. El objetivo principal de este trabajo es evaluar el desempeño sísmico del Edificio de Soporte para Colector de Polvo constituido en base a marco arriostrados y marcos resistentes a momento. Para lograr esto primero se diseñó de acuerdo con las disposiciones de la actualización de la NCh2369 y posteriormente se realizó un análisis no lineal de tiempo-historia considerando la no linealidad de los arriostramientos y vigas en marcos de momento, para dos escenarios de demanda sísmica: nivel de diseño (SDI) y nivel de sismo máximo probable (SMP). El diseño lineal resultó con una significativa sobrerresistencia, la cual se logra con un factor R=2. Las diagonales se conformaron por perfiles tipo cajón HSS, debido a que cumplen de mejor manera con los nuevos límites de compacidad. Por otro lado, la configuración de los pernos de anclaje quedó controlada por un solo anclaje, práctica común en el diseño industrial, lo que deja sobredimensionado al resto de los anclajes. En el análisis no lineal, la estructura trabajó en su rango de sobrerresistencia, utilizando muy poca ductilidad. Las columnas sísmicas presentaron factores de utilización elevados y podrían implicar la necesidad de incorporar rótulas plásticas en la modelación. En trabajos futuros se debe estudiar el efecto de la plastificación de pernos de anclaje en la disipación de energía para bases empotradas.
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
A lo largo de la historia Chile ha sido reconocido por ser un país altamente sísmico, llegando a formar parte de la identidad colectiva de los chilenos. Desde la perspectiva de la ingeniería civil estos eventos hacen posible evaluar el comportamiento de las estructuras y, por tanto, ajustar y/o modificar las normas sismorresistentes, como la NCh 2369 “Diseño sismo de estructuras e instalaciones industriales”, cuya primera edición fue oficializada el año 2003. Dentro de este contexto, el terremoto de Maule 2010 permitió identificar falencias en la normativa, lo que sumado a los nuevos conocimientos y herramientas de análisis, impulsaron su actualización, siempre considerando la filosofía de diseño industrial chilena basada en la sobrerresistencia y ductilidad moderada, donde los arriostramientos y pernos de anclaje desempeñan un rol fundamental en la disipación de energía. Esta actualización incorpora nuevas formas espectrales, cambios en los límites de compacidad y la aplicación de cargas sísmicas amplificadas por 0.7R1≥1.0, como criterio unificado para diseñar los miembros que no tienen como objetivo disipar energía. El objetivo principal de este trabajo es evaluar el desempeño sísmico de un Edificio Celda de Columna, constituido en base a marco arriostrados concéntricamente (MAC). Para lograr esto, primero se diseñó de acuerdo con las disposiciones de la actualización de la NCh2369 y posteriormente se realizó un análisis no lineal de tiempo-historia considerando la no linealidad de los pernos de anclaje y arriostramientos para dos escenarios de demanda sísmica: nivel de diseño (SDI) y nivel de sismo máximo probable (SMP). Con el objetivo de seguir los lineamientos del diseño original, el diseño se realizó con un factor R=3 y un I=1.0, lo que resultó en una estructura con sobrerresistencia. Las diagonales se conformaron por perfiles cuadrados huecos HSS, debido a que cumplen de mejor manera con los nuevos límites de compacidad y se dimensionaron para que quedaran con un diseño lo más ajustado posible, sin embargo, estos límites de compacidad en muchos casos fueron los que controlaron el diseño. Por otro lado, la configuración de los pernos de anclaje queda controlada por un solo anclaje para cada tipo de columna, lo que deja sobredimensionado al resto de los anclajes. En el análisis no lineal, la estructura trabajó en su rango de sobrerresistencia, teniendo un uso moderado de la ductilidad. Los arriostramientos disipan considerablemente más energía que los pernos de anclaje en todos los casos, llegando a un promedio de participación de la disipación de energía de 30% y 47% para nivel SDI y SMP, respectivamente.
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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