Ingeniería Civil

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  • Publication
    Determinación de campos de velocidades en la zona de la rompiente desde drones
    (2023-08)
    Opazo Verdugo, Esteban Maximiliano
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    Catalán Mondaca, Patricio Andrés (Profesor Guía)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Obras Civiles
    Las técnicas de medición remotas cumplen un rol fundamental en la medición de variables hidrodinámicas en zonas costeras, permitiendo caracterizar los cambios que se producen en estas a un bajo costo operacional y económico. En ese contexto, la presente investigación tuvo como objetivo general la aplicación y extensión de un método óptico de medición de corrientes litorales, con el fin de obtener el campo de velocidades en una zona de rompiente a partir de imágenes de drones. Para cumplir con dicho objetivo, se aplicó un algoritmo que determina velocidades medias paralelas a la línea de la costa utilizando como trazador de la deriva de espuma presente en la zona de la rompiente. Luego, aplicando el algoritmo cBathy para la obtención de la batimetría y la ecuación de continuidad sobre una matriz de velocidades longitudinales previamente calculadas, fue posible determinar la componente transversal de velocidad. Los resultados obtenidos efectivamente permitieron disponer de una caracterización del patrón de flujo medio de las corrientes en la zona de la rompiente, arrojando correlaciones significativas importantes con mediciones directas de un registro de trazadores lagrangianos. Dentro del patrón de flujo obtenido, se logró identificar la presencia de una corriente longitudinal y una corriente de retorno importante que atraviesa todo el dominio analizado. También se evidenció una coherencia con la batimetría y con las zonas de mayor disipación observadas en los videos. Además, los resultados se compararon con simulaciones numéricas realizadas en SWASH en estudios anteriores, obteniendo similitudes en la zona de la corriente longitudinal y la corriente de retorno, y diferencias en flujos locales que la simulación en SWASH no fue capaz de obtener.
  • Publication
    Análisis de los resultados de ensayos en elementos de hormigón armado sometidos a solicitación sísmica con armadura adicional para prevenir fracturas del refuerzo longitudinal
    (2023-09)
    Reyes Cárdenas, Gonzalo Antonio
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    Tobar Ramos, René Enrique (Profesor Guía)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Obras Civiles
    La presente memoria es parte de una serie de trabajos que investigan el comportamiento sísmico de elementos de hormigón armado con refuerzo transversal inclinado, desarrollados en el Laboratorio de Ingeniería Sismorresistente de la UTFSM. Se presenta aquí un análisis de los resultados de estudios previos, así como de datos experimentales de elementos de hormigón armado construidos y ensayados por el autor en colaboración con Maldonado (2023). La novedad de estos elementos de hormigón armado consiste en que incorporan unas barras adicionales que buscan prevenir el pandeo del refuerzo longitudinal. Según lo observado durante los ensayos, se concluyó que la incorporación de la armadura adicional logró reducir considerablemente la curvatura asociada al pandeo del refuerzo longitudinal en la dirección perpendicular al plano, retardando el comienzo del pandeo, lo que conllevó a que la fractura de las barras ocurriera bajo una serie de desplazamientos mayores que lo observado en condiciones similares en trabajos previos. El comportamiento histerético de las probetas con la armadura adicional fue sobresaliente en comparación con estudios previos, mostrando ciclos más anchos y estables, independientemente de los programas de carga aplicados. También es destacable que el deterioro del hormigón sea menor en los casos que las probetas incorporan la armadura adicional.
  • Publication
    Integración y evaluación de modelo de derretimiento y acumulación de nieve y hielo glaciar a modelo hidrológico USM
    (2023)
    Sanllehi Placencia, Alekos Paulo
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    Castro Heredia, Lina Mabel (Profesora Guía)
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    Ossandón Alvarez, Álvaro Humberto (Profesor Correferente)
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    Barcaza, Gonzalo (Profesor Correferente)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Obras Civiles
    La zona central de Chile depende en demasía del derretimiento nival y glaciar, donde la nieve estacional corresponde al aporte primario de la zona contemplando un aporte aproximado del 60% de la escorrentía total mientras que el aporte glaciar llega a valores cercanos de un 30%. La seguridad hídrica de la zona en los últimos años se ha visto mermada por el cambio climático, que se ha presentado como tendencias al aumento de la temperatura y disminuciones importantes de precipitación, lo cual ha provocado una importante disminución del volumen de nieve caída y retrocesos acelerados de los glaciares. Esto ha incentivado un gran número de investigaciones del ciclo glacio-hidrológico y su proyección en el futuro mediante la modelación glacio-hidrológica. A pesar de esto, no han entregado información detallada del derretimiento nivo-glaciar de forma distribuida. Debido a esto, en este trabajo de investigación se presenta la determinación del aporte a la escorrentía por derretimiento nival, glaciar y precipitación líquida de forma distribuida en 3 cuencas de la zona central de Chile (Río Juncal en Juncal, Río Olivares antes junta Río Colorado y Río Yeso en Embalse El Yeso) por medio de un nuevo modelo hidrológico USM. Los cambios aplicados al modelo hidrológico USM corresponden al reemplazo del submodelo de nueve de Stowhas (semi-distribuido) por el modelo de acumulación y derretimiento nival distribuido de Utah (UEB) y la adición del modelo de índice grado-día mejorado (ETI) para la estimación del derretimiento glaciar, donde finalmente se evalúa el rendimiento del modelo mediante un esquema de calibración por pasos (multi-setp) con múltiples fuentes de información (multi-data), considerando datos de cobertura nival obtenidas de imágenes MODIS (SCA), datos puntuales de equivalente agua-nieve (SWE), resultados de tasa anual de variación de elevación de hielo glaciar y datos de caudales diarios para 20 años de simulación y forzado con los productos grillados del CR2MET. Se determina que el principal aporte de las cuencas analizadas corresponde al derretimiento nival presentando valores promedio de cuenca entre un 75-85% de aporte relativo, con un rango de valores entre 30-100% entre todas las cuencas de análisis. En las zonas glaciarizadas, el aporte glaciar presenta valores promedio entre 20-50% dependiendo del glaciar analizado, llegando a haber zonas donde llega a valores de un 70%. Se aprecian métricas de rendimiento excelentes en los modelos nival (KGE= [0.7 – 0.92]) y glaciar (R2= 0.78), mientras que para el modelo de escorrentía se llegan a valores aceptables pero cuestionables (KGE= [0.23 – 0.68]), atribuible a un sesgo importante presente en las forzantes meteorológicas utilizadas, lo cual, en conjunto con la calibración de un parámetro de aumento de precipitación, provoca un aumento del aporte pluvial en la modelación. Se concluye que los resultados, a pesar de presentar una mejora con respecto a los modelos anteriores, presenta muchas oportunidades de mejora, y que debido a la gran incertidumbre en los pasos de modelación y las forzantes utilizadas, los resultados también presentan un gran grado de incertidumbre.
  • Publication
    Estudio experimental de armadura sumplementaria para prevenir la fractura del refuerzo longitudinal en elementos de hormigón armados sometidos a solicitación sísmica
    (2023-08)
    Maldonada Flores, Javier Ignacio
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    Tobar Ramos, René Enrique (Profesor Guía)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Obras Civiles
    En este estudio, se investigó el comportamiento de los elementos de hormigón armado con armadura transversal inclinada sometidos a solicitación sísmica. En ensayos anteriores desarrollados en la UTFSM, se visualizó la fractura del refuerzo longitudinal en la zona de la rótula plástica debido al pandeo de las barras en la dirección no restringida por los estribos. Con el objetivo de prevenir esto, se diseñó una armadura adicional formada por barras diagonales en forma de trabas. Se construyeron y ensayaron cuatro elementos de hormigón armado a escala próxima al real, que incluían esta armadura adicional en la parte inferior y superior de la viga. Los resultados mostraron que el refuerzo adicional restringió el pandeo en el plano de las barras longitudinales en la zona de rótula plástica, minimizando el riesgo de fractura en comparación con estudios anteriores. Aunque se observaron roturas en dos de las probetas debido a la falla por compresión diagonal y posiblemente por deformaciones debido al pandeo superiores al umbral de deformación unitaria crítica. Este último parámetro se debe obtener con una mejora en el material fílmico para visualizar la curvatura de las barras pandeadas y así determinar si se supera el umbral. Además, se determinó la influencia del efecto de la torsión en las probetas, lo que resultó en una disminución en la resistencia y una disminución de resistencia a altos desplazamientos. Por otro lado, se estableció que el efecto del protocolo de carga no tuvo una implicancia determinante en el comportamiento histerético y degradación de las probetas.
  • Publication
    Reconocimiento y estado del arte de autosanado de pavimentos asfálticos
    (2023-06)
    Purrán Gonnzález, Sebastián Ignacio
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    Delgadillo Sturla, Rodrigo Andrés (Profesor Guía)
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    Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Obras Civiles
    La autosanación de los pavimentos asfálticos ha emergido como un campo de investigación prometedor en la búsqueda de soluciones innovadoras para mejorar la durabilidad y el rendimiento de las infraestructuras viales. Con el objetivo de prolongar la vida últil de los pavimentos y reducir los costos de mantenimiento, se ha investigado ampliamente sobre la capacidad de autosanación de los ligantes y mezclas asfálticas. La presente memoria de investigación presenta la realización de una revisión sistemática de la literatura para conocer e identificar el estado del arte acerca de la propiedad de autosanación que posee el ligante y pavimentos asfálticos. Se identifican y diferencian la autosanación intrínseca y los tipos de sanación extrínseca. La primera se define como la recuperación autónoma de resistencia tras la aparición de daño mientras que la extrínseca se define como aplicaciones o técnicas que permiten aumentar esta propiedad en el material asfáltico. En cuanto a la autosanación intrínseca, se ha investigado y definido su mecanismo de acción, así como las posibles teorías de funcionamiento que respaldan este fenómeno. Se ha observado que diversos factores pueden influir en la autosanación intrínseca, como la temperatura, el nivel de daño, el envejecimiento, la humedad, la carga y la composición química del pavimento. Estos factores ejercen un papel crucial en la activación y la eficacia de la autosanación intrínseca, su comprensión permite desarrollar estrategias para optimizar esta propiedad. Por otro lado, la sanación extrínseca se ha demostrado ser una estrategias para optimizar esta propiedad. Por otro lado, la sanación extrínseca ha demostrado ser una estrategia efectiva para mejorar la autosanación de los pavimentos asfáltcos sin variar de forma negativa sus propiedades mecánicas. Se han estudiado diferentes enfoques de sanación extrínseca, como el uso de modificadores de ligante, rejuvenecedores aceitosos encapsulados, agregados conductores y también sistemas que combinan estas aplicaciones. En general, el uso de los diferentes tipos de sanación extrínseca permite un aumento en sus propiedades, disminución de energía al aplicar técnicas de calentamiento como también revertir parcialmente el efecto del envejecimiento. Esto es indicio de que el uso de estas técnicas puede aumentar la vida útil de pavimentos asfálticos a través de un retraso de la formación de las grietas, así como también del envejecimiento. También, el uso de estas tecnologías puede llevar a una disminución de costos en mantenimiento. Para cuantificar la autosanación, se han propuesto diversos índices que permiten caracterizar tanto los ligantes como las mezclas asfálticas. Estos índices incluyen pruebas de fatiga, ductilidad, adhesión, fractura y tensión indirecta, los cuales permiten evaluar los cambios en las propiedades del material antes y después de la generación de daño, facilitando la comparación entre diferentes escenarios y proporciones de materiales.