Browsing by Author "Tapia Flores, Nicolás Felipe"

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    Desarrollo de un sistema de disipación de energía histerético con mecanismo de amplificación de deformaciones
    (2015) Tapia Flores, Nicolás Felipe; Almazán Campillay, José Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En esta investigación se presenta el desarrollo teórico y experimental de un nuevo sistema combinado de amplificación de deformaciones, rigidización y amortiguamiento suplementario (Combined System of Deformation Amplifier, Added Stiffening and Damping: AASD), con propiedades auto-centrantes, de diseño versátil y económico. Como su nombre lo indica, el sistema resulta de combinar un mecanismo de amplificación de deformaciones de tipo “leverarm”, con un dispositivo de rigidización y amortiguamiento suplementario auto-centrante. El funcionamiento de este dispositivo se basa en el conocido principio de las correas con roce, en el que una pequeña fuerza en un extremo de la correa, producida en este caso por un resorte de tracción, se amplifica exponencialmente en el otro extremo gracias al efecto acumulativo de la fricción. Se construyó un primer dispositivo conceptual de acción simple que permitió validar el principio de funcionamiento y comparar el comportamiento de correas comerciales de poliamida, aramida y fibra de carbono. Posteriormente se fabricaron dos prototipos de doble acción con correas de fibra de carbono, ya que este material presentó el mejor comportamiento.Tanto el dispositivo conceptual como los dos prototipos (denominados I y II) presentaron relaciones constitutivas muy estables sin un deterioro apreciable de las correas, a pesar de ser expuestos a numerosas secuencias tanto estáticas como dinámicas de carga y descarga. Si bien el prototipo I es más complejo, permite obtener una mayor variedad de relaciones constitutivas.Por su mayor simpleza, el prototipo II representa una solución técnica y económicamente muy atractiva. Además, debido a su capacidad para acomodar grandes desplazamientos en ambos sentidos, resulta un dispositivo ideal para combinarlo con sistemas de amplificación de deformaciones. Un análisis numérico paramétrico realizado sobre un modelo de una estructura con AASD mostró que existe una amplia gama de parámetros del AASD que permiten obtenerreducciones mayores al 40% en desplazamientos. Las reducciones en aceleración en cambio, no superan el 20%. La eficiencia del AASD aumenta con la rigidez de sistema de amplificación. Se construyó una estructura metálica de un piso a escala real, en la que se instaló un AASDformado por un sistema de amplificación propuesto en la referencia [1], y dos disipadores de energía de correa abierta (prototipo II). Usando un moderno equipo de ensayos pseudo dinámicos multi-eje recientemente instalado en el Laboratorio de Ingeniería Estructural de laPUC (primero en su tipo en Latinoamérica), la estructura fue sometida a una gran variedad de ensayos estáticos y pseudo-dinámicos de vibraciones libres y de respuesta forzada. Se midieron las relaciones fuerza-desplazamiento para los 3 GDL de la estructura con y sin AASD. La estructura sin AASD presenta un comportamiento no-lineal debido principalmente al deslizamiento de las conexiones apernadas de las vigas perimetrales, lo que se traduce en razones de amortiguamiento equivalente del orden del 20% en los 3 GDL. El AASD, colocadoen uno de los 4 ejes resistentes de la estructura, produce un 60% de incremento de rigidez lateral en la dirección X, y un 13.5% de incremento de rigidez torsional. Se midieron razones de amplificación en vacío (con los disipadores desconectados) de 10.6, muy cercano al valor nominal de 11. Las razones de amplificación con los disipadores conectados alcanzaron valores cercanos a 7.4, lo que implica una eficiencia cercana a 70%. Este resultado es concordante con el análisis paramétrico. Se realizaron ensayos pseudo-dinámicos de respuesta sísmica considerando un registro artificial compatible con la Norma NCh2745 actuando en dirección X. Se simuló una excentricidad de masa a nivel del diafragma de 0.8m en dirección Y,correspondiente al 20% del ancho total de la estructura. Los autores no conocen hasta la fecha referencias de un ensayo pseudo-dinámico de estas características. Para la estructura sin AASD el registro sísmico se escaló al 10%, 20% y 30%, observándose una gran concentración de deformaciones en el eje flexible. Para la estructura con AASD el registro sísmico se escaló al 30%, 40%, 50%, 60% y 70%, observándose una gran uniformidad de deformaciones (balance torsional). Considerando un 30% de intensidad, las deformación máxima de la estructura sin AASD fue de 25.8 mm (0.83% de la altura), mientras que para la estructura con AASD se obtuvo una deformación máxima de 14.5 mm (0.47% de la altura), lo que equivale a un 44% de reducción. Similar conclusión se obtiene al observar que las deformaciones máximas de la estructura sin AASD para una intensidad del 30% son similares a las alcanzadas para la estructura con AASD para una intensidad del 50%. Para la estructura con AASD sometida a un 70% de intensidad sísmica se alcanza un 90% de la deformación de fluencia de los tensores del sistema de amplificación. Al finalizar este ensayo se observó una pérdidas de un 80% del tensado inicial, lo cual es un resultado satisfactorio. Finalmente, tanto para el estudio paramétrico como para el estudio experimental, las fuerzas máximas desarrolladas por los dispositivos son muy pequeñas, típicamente menores al 2% del corte basal máximo.
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    Design and experimentation of seismic protection systems for fluid storage tanks
    (2024) Tapia Flores, Nicolás Felipe; Almazán Campillay, José Luis; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    La protección sísmica de estanques de almacenamiento de líquidos ha sido un tema poco explorado en el ámbito de la ingeniería estructural. A pesar de que estas estructuras, ocultas en entornos industriales y sistemas de suministro, pueden pasar desapercibidas al documentar daños después de un evento sísmico, el mal comportamiento sísmico de estos estanques puede tener amplias implicaciones económicas, funcionales y ambientales, entre otras. Los mayores registros de daños post - sismo se han observado principalmente en estanques de pared delgada, ampliamente utilizados en la industria alimentaria y de producción de alcoholes. Los estanques de almacenamiento se dividen en dos categorías principales: estanques de apoyo continuo y estanques de apoyo en patas. Ambos tipos han experimentado daños considerables tras eventos sísmicos en países como Chile, Estados Unidos, Argentina, Italia y Nueva Zelanda. Este estudio se enfocó en desarrollar sistemas de protección sísmica específicos para ambas tipologías de estanques, los cuales fueron patentados tanto en Chile como en Estados Unidos, con patentes ya otorgadas. Para los estanques de apoyo continuo, se ideó un sistema de anclaje llamado NWSTADAS, que permite el levantamiento controlado del manto y agrega disipación de energía. Este sistema ofrece control sobre las cargas transmitidas tanto al manto como a la fundación, siendo aplicable tanto en estanques nuevos como en la modernización de estanques existentes. Se realizaron pruebas de laboratorio a los prototipos desarrollados, junto con la implementación exitosa de estos sistemas en estanques existentes y nuevos, en colaboración con la industria. Se presenta una metodología de diseño para esta solución propuesta. Para los estanques de apoyo en patas, se diseñó un sistema de aislación con auto centrado, basado en la transmisión de la carga axial mediante patas apoyadas sobre deslizadores planos y un sistema de restitución elastoplástico denominado columna auto - centrante. Se estudió el comportamiento de roce de diversos polímeros, poco utilizados en sistemas de aislación friccional, para ampliar las alternativas de diseño y mejorar las estimaciones de comportamiento. Se propuso un nuevo modelo de roce que representa de manera más precisa el comportamiento observado en la campaña experimental, incorporando fenómenos identificados en la literatura, pero no considerados en los modelos existentes. Se presenta una metodología de diseño para esta solución propuesta.
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    Full-scale shaking table test and numerical modeling of a 3000-liter legged storage tank isolated with a vertical rocking isolation system
    (WILEY, 2022) Reyes, Sergio, I; Almazán Campillay, José Luis; Vassiliou, Michalis F.; Tapia Flores, Nicolás Felipe; Colombo, Jose, I; Llera Martin, Juan Carlos de la
    This paper presents the numerical and experimental evaluation of a vertical-rocking isolation (VRI). This evaluation is done by 1-D shaking table tests performed on a full-scale legged storage tank of 3000-liters capacity and its representation through a simple yet representative rigid lumped-mass model approach. The isolation system setup consisted of four ISO3D-2G devices, each one placed on each leg of the tank, which uses high-damping natural rubber to generate the restoring and dissipative forces. The ISO3D-2G device is vertically flexible and laterally rigid, enabling the isolation mechanism of the rocking motion of the tank. The experiments were carried out using three white noise for the system identification and 17 ground motions inputs for the system validation. The measured variables included the lateral acceleration and displacement of the tank, and the vertical and rotational behavior of the isolation interface. The identification results showed a vertical-rotational coupled fundamental mode that is highly dependent on the amplitude of deformation, with a period varying from 0.5 to more than 1 s, depending on the intensity of the motion. The maximum displacement of the tank at the top remained below 13 cm with total accelerations of nearly 0.3 g, both for motions with Peak Ground Acceleration (PGA) values ranging from 0.3 to 0.8 g. The mean maximum values were predicted with the simplified model with errors of less than 10% and 21% for displacements and accelerations, respectively. Finally, the results show that the behavior of vertical-rocking isolated structures can be predicted by simplified models with reasonable errors and that the development of simple design guidelines and equations for VRI systems is possible.