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Análisis estructural de una nave industrial de acero con diferentes configuraciones de aberturas sujeta a fuerzas de viento
(2019) Johanning Cordero, Daniel; Castillo Barahona, Rolando
El presente trabajo evalúa el efecto del viento sobre una nave industrial de acero cerrada, parcialmente cerrada y abierta. Para cada uno de los casos estudiados se compararon las reacciones globales en la base, las fuerzas internas en los elementos y los desplazamientos en la estructura producidos por las cargas de viento, con aquellos producidos por las cargas gravitacionales y las cargas de sismo, esto con el fin de determinar cuál tipo de carga rige el diseño estructural. Para estimar las presiones de viento aplicadas sobre la estructura, se obtuvo la velocidad básica de viento a partir del borrador de los Lineamientos para diseño por viento de Costa Rica, y se aplicó la metodología de las normas internacionales ASCE 7-10 (Estados Unidos) y AS/NZS 1170.2 (Australia y Nueva Zelanda). El trabajo también incluye una comparación entre los aspectos considerados por cada una de estas normas. En general, se encontró que la nave industrial parcialmente cerrada es la más crítica para diseñar, ya que se alcanzan las mayores fuerzas internas y los mayores desplazamientos en casi todos los elementos, y muchos de ellos estuvieron regidos por las combinaciones de carga de viento. La nave industrial abierta presentó los efectos más críticos en la viga del marco y los largueros de techo. Asimismo, se encontró que en todos los casos estudiados, el desplazamiento lateral del marco en la dirección transversal excedió el desplazamiento permisible establecido por los Lineamientos para diseño por viento de Costa Rica.
Análisis y diseño sísmico de edificaciones utilizando aisladores sísmicos elastoméricos en la base
(2019) Valverde Villalobos, Andrés; Castillo Barahona, Rolando
El aislamiento sísmico, a través de aisladores elastoméricos con núcleo de plomo ha sido una técnica exitosa para el diseño sismorresitente de edificaciones alrededor del mundo. Dicha técnica no ha sido muy implementada en Costa Rica, por lo que resulta importante comprender los principios de aislamiento sísmico, para esto se debe estudiar y analizar esta tecnología, así como el comportamiento de las estructuras aisladas, ya que pueden mejorar significativamente el comportamiento de las edificaciones. El análisis se realizó sobre estructuras de uno y tres grados de libertad, las cuales se buscó que tuvieran periodos fundamentales equivalentes, esto para comprobar sí, al momento de aislar una estructura, esta se comporta como una estructura de 1 grado de libertad sobre una base flexible. A estas estructuras se les realizó un análisis elasto-plástico ante dos sismos con magnitudes distintas, obteniendo las distintas respuestas de las estructuras y ver si se generan desplazamientos inelásticos al verse sometidos ante dichos sismos. Luego de analizar las estructuras convencionales, al modelo se le agregaron aisladores elastoméricos con núcleo de plomo en su base para lograr obtener una comparación entre la respuesta de la estructura sin aislar y la estructura aislada. Al finalizar la investigación se comprobó que utilizar aisladores resulta eficiente para lograr mantener las estructuras en el rango elástico y evitar deformaciones permanentes. También se observó que el aumento de las respuestas relativas que se generan por encima del aislador son muy bajas, por lo que se puede decir que la estructura se comporta como una estructura de 1 grado de libertad y predomina el primer modo de vibración. Además, se concluyó que las estructuras con periodos cortos presentan un mayor beneficio al momento de aislarlas, debido a que se logra obtener desplazamientos menores que la estructura flexible, y proporcionalmente se logra una ...
Comportamiento sísmico de un puente genérico con aisladores sísmicos tipo péndulo de fricción de curvatura simple
(2021) Jiménez Marín, Sebastián; Castillo Barahona, Rolando
El aislamiento sísmico ha sido ampliamente utilizado en edificaciones y puentes a lo largo del mundo para reducir la demanda sísmica y mejorar la respuesta de estructuras. A pesar de que en Costa Rica no se cuenta con normativa para el diseño de estructuras aisladas, el uso de aisladores en puentes ha sido posible al utilizar normativas aceptadas internacionalmente, como las propuestas por AASHTO y ASCE. Por lo tanto, surge la necesidad de dar a conocer estas normativas, y como utilizarlas en el ámbito nacional. Se investigaron los fundamentos teóricos del aislamiento sísmico con énfasis en aisladores tipo péndulo de fricción, la normativa existente, y los principales factores a tomar en cuenta al seleccionar el tipo de aislador óptimo para cada proyecto en específico. Basado en lo anterior, se mostró el procedimiento de análisis y diseño para los aisladores de un puente genérico para posteriormente comparar, mediante un análisis lineal, la respuesta de la estructura aislada y no aislada. Con los resultados obtenidos se comprobó la validez de los supuestos básicos para realizar un análisis lineal en estructuras aisladas y se evidenció la reducción de la demanda sísmica del puente al implementar los aisladores. Además, se generó una hoja de cálculo con los pasos necesarios para realizar el análisis de la estructura aislada y el diseño de los aisladores.
Construcción y comportamiento dinámico de un sistema estructural de tres grados de libertad para uso académico
(2017) Montero Rambla, Alberto; Castillo Barahona, Rolando
En el año 2013, el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica adquiere cuatro mesas vibratorias portátiles en conjunto con un sistema de adquisición de datos con el fin de impulsar la investigación y el estudio de la dinámica de estructuras, sin embargo, hasta la fecha no se han publicado manuales o guías de laboratorio que faciliten la implementación de las mesas vibratorias en la práctica docente. El objetivo de este proyecto de investigación es crear un módulo de laboratorio en conjunto con toda la documentación necesaria para que cualquier estudiante o docente de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica pueda realizar una prueba con cargas dinámicas utilizando las mesas vibratorias y el sistema de adquisición de datos. Como resultado del proyecto se construyó un modelo de 3 grados de libertad, en cual se realizaron diversas pruebas para definir sus propiedades dinámicas de : amortiguamiento, rigidez, frecuencias naturales y formas modales. Estas pruebas se utilizaron como base en la redacción de un manual del estudiante y el profesor para la caracterización de las propiedades dinámicas en modelos de varios grados de libertad. Los manuales del estudiante y profesor son complementados con guías sobre el uso de la mesa vibratoria y el sistema de adquisición de datos necesario para poder cuantificar la respuesta del modelo ante una carga dinámica.
Diseño estructural de apoyos elastoméricos para puentes convencionales
(2020) Chaverri Quesada, Raiker Ramsés; Castillo Barahona, Rolando
Este proyecto tuvo el objetivo de generar un procedimiento de diseño de apoyos elastoméricos en puentes convencionales de Costa Rica, para el cual se recopiló información relacionada al diseño de apoyos elastoméricos. Entre los puentes convencionales se incluyen las superestructuras estándar del Ministerio de Obras Públicas y Transportes (MOPT), las cuales se revisaron para comprobar si los apoyos elastoméricos indicados en los planos del MOPT cumplen con la capacidad para las cargas, rotaciones y desplazamientos aplicados en los apoyos. El procedimiento de diseño empleado en la investigación está basado en las Especificaciones de Diseño AASHTO LRFD para Puentes (2020), el cual fue verificado con ejemplos utilizados en los Departamentos de Transportes de los Estados Unidos. Para simplificar el procedimiento de diseño se elaboró una hoja de cálculo que permite al usuario diseñar apoyos elastoméricos y verificar el cumplimiento de los requerimientos mínimos establecidos por la AASHTO. A su vez, esta hoja de cálculo se utilizó para diseñar apoyos elastoméricos para las superestructuras estándar del MOPT y compararlos con los indicados en planos por esta entidad. A partir del procedimiento de diseño generado en esta investigación se comprobó que los apoyos elastoméricos utilizados en las superestructuras estándar del MOPT no cumplen por capacidad ante las cargas, rotaciones y desplazamientos aplicados. Además, de la información recopilada de normativas internacionales para el diseño de apoyos elastoméricos se corroboró que en la documentación dispuesta por el MOPT para consulta pública no se incluye información relevante al diseño de apoyos elastoméricos que la AASHTO solicita en su normativa.
Diseño estructural de bastiones de gravedad y en voladizo para puentes de acuerdo con la Metodología AASHTO LRFD
(2022) Fernández Badilla, Elías Gerardo; Castillo Barahona, Rolando
El presente trabajo tuvo como objetivo desarrollar un procedimiento para el diseño de bastiones de gravedad y en voladizo, aplicables para puentes simples de un solo tramo en Costa Rica. Este procedimiento se utilizó para revisar si los diseños de los bastiones estándar para puentes de una y dos vías que el Ministerio de Obras Públicas y Transportes de Costa Rica (MOPT) pone a disposición en su plataforma web son adecuados según las normativas de diseño actuales: Especificaciones AASHTO LRFD para el Diseño de Puentes (novena edición, 2020), y los Lineamientos para el Diseño Sismorresistente de Puentes (CFIA, 2013). El procedimiento de diseño de los dos tipos de bastiones desarrollados en esta investigación toma como referencia ejemplos de diseño de bastiones elaborados por diferentes departamentos de transporte de los Estados Unidos, más específicamente, del departamento de Transporte de Arizona (ADOT, 2009), y la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA/NHI, 2003), así como el libro de texto del Ingeniero Arturo Rodríguez Serquén (Rodríguez A. , 2020). Adicionalmente se generó una hoja de cálculo para cada tipo de bastión para simplificar el proceso de análisis y diseño de los bastiones. A partir de la revisión de los diseños estándar de bastiones tipo gravedad y tipo voladizo del MOPT, se encontró que estos no cumplen con los requisitos mínimos de estabilidad y resistencia estructural de acuerdo con las disposiciones de las normativas de diseño actuales aplicables en Costa Rica. Además, la información incluida en los planos y especificaciones técnicas que son de acceso público por parte del MOPT contiene errores e indican datos que son de confusa interpretación para quien haga uso de éstos o los tome como referencia. En este trabajo se indican las mejoras que se deben realizar a los diseños de los bastiones para que sean conformes con la normativa vigente.
Diseño estructural de una superestructura de puente estándar con vigas doble T de concreto preesforzado para la red vial cantonal
(2019) Fiatt Chaves, Alejandro; Castillo Barahona, Rolando
En este proyecto se realizó el diseño estándar de superestructuras, para puentes medianos, compuestas por vigas de concreto preesforzados con sección transversal doble T, con la intención de generar una alternativa a los diseños estándar con vigas de acero estructural que actualmente utiliza el MOPT en la Red Vial Cantonal. Se utilizó la metodología de diseño LRFD, la cual se basa en factores de reducción de resistencia y mayoración de carga, y siguiendo lo establecidos en el código AASHTO LRFD. Además se realizó una investigación bibliográfica y entrevistas a expertos en el tema de concreto preesforzado en el país para determinar qué tipo de sección transversal sería la mejor opción para estos diseños estándar. El uso de vigas de concreto preesforzado produce superestructuras más pesadas y el costo de las vigas es mayor que las de acero estructural. Sin embargo, estas superestructuras tiene la ventaja de poder ser construidas en un periodo de tiempo más corto, requiriendo menos mano de obra y menos materiales para su construcción en sitio. Además el concreto preesforzado es un material que tiene de la ventaja de ser muy durable y requiere de muy poco mantenimiento, a diferencia del acero estructural que requiere de mantenimiento constante para mantener la estructura en buen estado.
Guía para el diseño de puentes vehiculares en Costa Rica
(2018) Anchía Delgado, Rodrigo de Jesús; Castillo Barahona, Rolando