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Análisis comparativo de indicadores de daño en elementos y marcos de concreto reforzado
(2002) Ramírez Dondi, Brenda; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En este trabajo se obtiene la relación del Índice de Daño (ID) experimental para un marco de concreto reforzado a nivel global, por piso y por elementos, con indicadores de daño como la Energía Plástica Disipada, la Energía Plástica Normalizada, el Desplazamiento Relativo, la Ductilidad de Rotación y la Razón de Daño; además se analiza la variación de los indicadores de daño de acuerdo al nivel de daño observado. Se trabaja con 2 modelos de marco global, y 6 modelos de elementos, que corresponden a las vigas del primer y segundo nivel y las columnas, 2 modelos por cada elemento; todos en escala 1:3. Los índices de daño se calculan para dos condiciones: una en que la carga de cedencia se obtiene directamente a partir de la curva de histéresis de cada uno de los modelos, y la otra donde está se lee de la curva elastoplástica equivalente. Cada uno de los indicadores de daño se correlaciona con el índice de daño experimental, para las diferentes condiciones de análisis. El análisis realizado permite establecer una variación tanto del índice de daño experimental, como de los otros indicadores de daño, en función del nivel de daño observado. El parámetro que mejor relaciona con el índice de daño, para todos los modelos, es la Energía Plástica Normalizada; el Desplazamiento Relativo es un indicador que presenta una muy buena relación, sin embargo se diferencia si se trata de modelos de elementos, o de marco (global y por piso). La información generada es valiosa para la predicción del daño en estructuras de concreto sometidas a cargas sísmicas.
Análisis de cargas vivas de edificaciones en Costa Rica para efectos de diseño estructural
(2019) Rivas Calderón, Victor Julio; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En este estudio se procedió a cuantificar la carga temporal real que existe en edificios de oficina, aulas y viviendas con el fin de comparar las cargas temporales mínimas estipuladas en el Código Sísmico de Costa Rica con las cargas temporales reales presentes en la estructura. También se procedió a comparar el diseño de una edificación utilizando las combinaciones de carga del CSCR10-14 y las combinaciones de carga que vendrán en el nuevo Código Sísmico. Se realizaron 50 mediciones de carga temporal en viviendas y 34 mediciones de carga temporal en edificios de oficina y aulas. Las cuantificaciones de carga se hicieron tanto en edificios de índole privado como de índole público y las mediciones en viviendas se realizaron en distintos puntos de la provincia de San José, Costa Rica. Una vez obtenidos los datos se procedió a realizar un análisis estadístico de los mismos con el fin de obtener el valor máximo probable de carga temporal presente tanto en oficinas como en viviendas. Asimismo, se determinó la diferencia que existe entre diseñar con el grupo actual y el grupo nuevo de combinaciones de carga última. Este análisis permitió recomendar valores de carga temporal mínima que se apeguen más a la realidad de nuestro país y determinó que la diferencia entre la utilización de uno y otro grupo de combinaciones de carga no afecta considerablemente el diseño de la estructura.
Análisis de la capacidad estructural en edificaciones hospitalarias, diseñadas con códigos anteriores y códigos actuales
(2017) Ramírez Murillo, José; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
Conocer el comportamiento de las estructuras ante eventos sísmicos se ha vuelto un parámetro trascendental para determinar los niveles de seguridad de las edificaciones. Mayor aún si se trata de edificaciones que tienen que ver con la salud pública, ya que las mismas deben mantenerse en un nivel operacional durante situaciones de desastres a los cuales ellos mismos son vulnerables. De ahí la importancia de conocer y analizar parámetros de desempeño en las edificaciones hospitalarias que han sido diseñadas con códigos de diferentes periodos. Aplicando los recursos tecnológicos actuales como el Método de Capacidad Espectral (análisis tipo pushover), se pueden obtener parámetros de desempeño (ductilidad en el punto de desempeño y derivas en el punto de desempeño), que permiten determinar de manera cuantitativa, las mejoras que se han venido generando en los códigos de diseño actuales. Esto permitirá conocer el mejoramiento en la seguridad estructural, la cual ha ido aumentando con el tiempo, y se ve reflejado en los códigos de diseño que se utilizan en la actualidad.
Análisis de la razón de períodos de oscilación rotacional/traslacional con la razón de rigideces torcional/lateral del piso representativo
(2008) Barrantes Vargas, Hernán; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
El objetivo de este trabajo es analizar y comprobar la relación existente entre las dos alternativas que el Código Sísmico de Costa Rica 2002 (CSCR02) propone en el inciso b) del artículo 4.3.2, como requisitos para clasificar una edificación como regular en planta. Fueron modeladas diez diferentes estructuras de un entrepiso con columnas empotradas en los niveles superior e inferior (modelos de piso representativo pertenecientes a una estructura mayor). Se supuso elementos de concreto reforzado y distribuidos en planta para edificios tipo marco y tipo dual; siete simétricos y tres excéntricos. En cada uno de los análisis de piso representativo se midieron las rigideces laterales y torsional al aplicar cargas conocidas y medir los desplazamientos respectivos, posteriormente calcularon las razones de rigidez estipuladas en 4.3.2 b) del CSCR02. Estos valores obtenidos de análisis fueron comparados con valores calculados en forma manual para las mismas plantas. A partir de los modelos de piso representativo se construyeron modelos de cinco y diez niveles para cada una de las diez diferentes plantas. De estos modelos se obtuvieron los períodos de oscilación predominantes y se calcularon las razones de períodos de oscilación de la alternativa del inciso 4.3.2 b) del CSCR02. En todos los casos analizados, los valores de razones de rigideces resultaron coherentes con sus respectivos valores de razones de períodos de oscilación. Valores de razones de rigideces menores que 2 implican siempre valores de razones de períodos de oscilación mayores que 0.7 y viceversa. En general se puede concluir con este trabajo que los valores estipulados por el CSCR02 para los límites admisibles de la razón de rigidez del inciso 4.3.2 (b), son coherentes con los valores de la razón de períodos de oscilación que el mismo inciso propone como alternativa.
Análisis del comportamiento no lineal y de la demanda de ductilidad de marcos de acero estructural tipo marco especial (SMF)
(2005) Acosta Munguía, Noel; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En esta investigación se analiza el comportamiento no lineal de edificaciones tipo Marcos Especiales (SMF) y su demanda de ductilidad, con el fin de comparar la capacidad de carga real de la estructura ante cargas laterales, contra la capacidad de carga teórica de la estructura asociada al diseño con el método estático del CSCR-02, basado en la asignacidn de una ductilidad teórica de diseño y un valor de sobre-resistencia. Se realizaron tres diseños del edificio bajo la propuesta del CSCR-02, formados a base de perfiles de acero tipo ASTM Grado 50, con la misma configuración geométrica inicialmente, se diseña una estructura con secciones que cumplan las demandas por capacidad requeridas según la carga de elementos no estructurales y de sismo, sin ninguna restricción de deriva lateral. Luego se diseña asignando dos valores objetivos de deriva permisible; el Caso A tiene un límite de deriva de 1,6%, asignado según el CSCR-02. El Caso B tiene un límite de 2,4% (incremento de 5 0 % ) según la consideraci6n del artículo 7.8.b del CSCR-02. Se analiza el comportamiento no lineal de la estructura para los casos con límite de deriva utilizando un incremento monatónico estático de cargas laterales. De los resultados de diseño se obtuvo que existe un ahorro importante en la cantidad de acero estructural de vigas y columnas requerido, al permitir un incremento en el límite de deriva lateral de 1,6% a 2,4%. Además del análisis no lineal se obtuvo que el comportamiento no lineal teórico propuesto en el CSCR-02, con una ductilidad global asignada de 6 y con una sobre-resistencia de 2, no predice el comportamiento real de los marcos ante patrones de cargas sísmicas laterales. Los desplazamientos inelásticos esperados del edificio corresponden a desplazamientos dentro del rango lineal de la estructura y los valores de sobre-resistencia reales fueron en el orden de 11 a 15 veces mayores ...
Aplicación de la teoría de viga al análisis del comportamiento de muros de mampostería sujetos a carga lateral
(1999) Montes de Oca Rodríguez, Fabricio; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En esta investigación se emplean metodologias de disefio y análisis para describir el comportamiento de muros de mampostería cargados lateralmente. El objetivo principal es conocer la precisión con que estas metodologías describen la realidad de la mampostería costarricense y sugerir los ajustes pertinentes que pemitan emplearlas en el diseño de muros de corte. Los datos experimentales provienen de las pruebas de carga lateral cíclica realizadas en el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (L.A.N.A.M.M.E.) a muros de mampostería construidos por otros estudiantes para la realización de sus propios proyectos de graduación. A lo largo de todo el trabajo se empleó el valor del módulo de elasticidad de la mampostería encontrado por el Ingeniero Alejandro Navas, el cual es un poco mayor que el recomendado por los códigos de diseño sin embargo, representa la realidad de la mampostería costarricense. La teoría de viga se aplica empleando las rotaciones para determinar la reducción en la inercia debido a los agrietamientos que sufren los muros a causa de la carga aplicada y los desplazamientos a que es inducido. Debido a la misma causa, también se deteniina la reducción en el área de cortante. Con energías de deformación se determina cuánto del desplazamiento es causado por cortante y cuanto por flexión. Además, se aplica la teoría de viga empleando las deformaciones internas de los muros, registradas en los medidores de deformación, para determinar la reducción en la inercia. Se aplica también para determinar la capacidad de los muros, empleando para esto la geometría de la sección, las propiedades mecánicas de los materiales que los constituyen y las capacidades últimas reportadas por los autores de las pruebas experimentales. Se esperaba que los resultados de ambas teorías fueran similares en magnitud y comportamiento. Los comportamientos si son comparables, aunque las magnitudes son distintas. Se ...
Desempeño de estructuras de acero tipo marco y tipo marco arriostrado diseñadas por capacidad según el código sísmico de Costa Rica 2002
(2009) Fallas Gamboa, Allan David; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En el presente informe se analizaron cuatro sistemas estructurales de acero de diez pisos con el propósito de determinar el desempeño con base en su comportamiento no-lineal y la demanda sísmica. Las denominaciones de los sistemas sismo-resistentes considerados en esta investigación fueron: Marco Especial (SMF), Marco Intermedio (IMF), Marco Ordinario (OMF) y estructura dual tipo Marco Especial Arriostrado Concéntricamente (SCBF). Se diseñan las cuatro estructuras de diez niveles por capacidad para un tipo de suelo S3 y una zona sísmica 111, según los lineamientos del Código Sísmico de Costa Rica 2002 y las Provisiones Sísmicas para Estructuras de Acero del documento del AISC; sin embargo, no se consideraron los límites de derivas del CSCR-2002. Se determinan los desplazamientos inelásticos relativos ante la acción sísmica siguiendo la metodología del CSCR-2002 y se verifica que el marco intermedio y el especial no satisfacen dichos requerimientos. Posteriormente se realiza un análisis no lineal estático con el programa SAP2000. Con las curvas de capacidad de carga y las de capacidad espectral se determinan ductilidades globales intrínsecas y las demandas de ductilidad en el punto de desempeño . A partir del análisis de este punto se obtiene el nivel de desempeño de cada estructura, concluyendo que no se compromete la estabilidad estructural y la seguridad de la vida de sus ocupantes al incumplir los límites de deriva establecidos en el CSCR-2002.
Determinación de los desplazamientos en marcos industriales de acero para verificar la no importancia del efecto P-Delta en el análisis y diseño
(2009) Sánchez Martínez, Alexander; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En este trabajo se busca demostrar que el límite de desplazamiento inelástico relativo del Código Sísmico de Costa Rica 2002, puede aumentarse un 50% en naves industriales de acero, sin necesidad de utilizar los métodos de capacidad espectral o el método no lineal dinámico de respuesta en el tiempo y sin tener en cuenta el efecto P-¿. Para ello se realizó el análisis y diseño estructural de diversos tipos de marco, variando la ductilidad, la distancia entre marcos, la longitud de la luz y el material de las paredes. Se consideraron cargas gravitacionales, de viento y de sismo. Con los resultados obtenidos se investigó la magnitud del efecto P-¿ y se determinó la importancia de los momentos de segundo orden calculados de manera simplificada. Se concluye que el diseño de los marcos industriales está gobernado por el desplazamiento límite y no por la resistencia; por lo tanto, poseen una capacidad extra para soportar las fuerzas internas adicionales procedentes del efecto P-¿. Además el incremento de momento debido a este efecto, es pequeño en comparación con el momento que produce la combinación de cargas de sismo que rige, por otro lado también es pequeño comparado con la capacidad que le sobra a la estructura. Por lo tanto se puede ignorar el efecto P-¿ en el análisis y diseño de estructuras de este tipo.
Diseño, análisis y costos para marcos ordinarios en acero de uso industrial, según las especificaciones del Código Sísmico de Costa Rica 2002 y las provisiones sísmicas del AISC-2005
(2006) Vindas Cordero, Juan Ignacio; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En el presente informe se analizan tres modelos de marcos ordinarios en acero de uso industrial, cada uno para tres condiciones de luz libre. El objetivo es determinar el diseño más económico posible para las condiciones de carga que se presentan en nuestro país para ese tipo de estructuras, siguiendo los lineamientos del Código Sísmico de Costa Rica del 2002 y las recomendaciones del AISC en su manual de diseño en acero y en las Provisiones Sísmicas del 2005. También se toman en cuenta las recomendaciones de los informes del FEMA 302,350 y 353. Se analizan Marcos Ordinarios de sección constante en acero A992 grado 50 y Marcos Ordinarios de sección variable fabricados con láminas de acero A36, ambos casos para una condición de empotramiento en la base de las columnas. También se analizan Marcos Ordinarios de sección constante en acero A992 grado 50 con apoyo simple en la base de las columnas. Todas las placas de acero utilizadas en las conexiones en acero A36. La comparación entre los tres sistemas se realiza desde las perspectivas de desempeño y del costo. Se evalúan marcos con luces centro a centro entre columnas de 15, 25 y 40 metros. La altura la las columnas considerada es de 10 metros máximo para luces de 15 metros y de 15 metros para las luces de 25 y 40 metros. El marco de acero de sección constante con columnas empotradas en su base es el sistema estructural que requiere la menor cantidad de acero, por tanto resulta ser el modelo estructural más económico que se puede obtener para Marcos Ordinarios de Momento de Uso Industrial. La diferencia en precio representa en el caso extremo una diferencia del 50% del costo entre los modelos.
Evaluación del diseño directo basado en desplazamientos aplicado a marcos regulares de concreto reforzado
(2016) Palma Sobrado, Daniel; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
En la presente investigación se evalúa el método alternativo de diseño sísmico denominado Diseño Directo Basado en Desplazamientos (DDBD) aplicado a marcos regulares de concreto reforzado. Este método se contrasta al diseño por fuerzas tipificado en nuestro país en el Código Sísmico. Este trabajo describe la teoría del DDBD, su metodología e implementación. Se diseñaron cuatro edificios regulares de marcos de concreto reforzado mediante el DDBD, éstos se consideraron ubicados en la zona 3 y sitio S3, de acuerdo al CSCR-2010. Se compararon los diseños obtenidos por DDBD con los de los métodos estático y dinámico del CSCR-2010, a nivel de fuerzas, momentos de vuelco, derivas y volúmenes de materiales requeridos. Se utilizó el Análisis de Capacidad Espectral (ACE) para validar la seguridad del DDBD, así como obtener su punto de desempeño y contextualizar los resultados del DDBD. Se encontró que el DDBD produce resultados seguros de acuerdo con el ACE, pero los desplazamientos en el punto de desempeño son considerablemente mayores a los previstos por el DDBD. Esto produce edificios que requieren ser más rígidos, rigidez que consiguen a través de secciones más masivas. El DDBD genera, para marcos de concreto, diseños seguros pero más costosos que el uso del CSCR-2010, y una predicción de desplazamientos conservadora.
Influencia de las excitaciones rotacionales en la base para desplazamientos sísmicos reales en estructuras de un grado de libertad
(2001) Pérez Alvarado, Edwin Fernando; Cruz Azofeifa, Miguel Francisco
El presente es un análisis comparativo de las historias de desplazamiento en estructuras de un grado de libertad, sometidas a carga sísmica; donde además de la excitación horizontal del terreno se incluye una excitación rotacional en la base. Como primer paso, se formulan las siguientes metodologías para hallar una posible función de excitación rotacional del terreno: a) excitación rotacional en función proporcional de la aceleración vertical del terreno, b) excitación rotacional en función de la velocidad de propagación de onda sísmica y la aceleración vertical del terreno. El análisis respectivo se efectuó mediante la interpretación de los espectros de desplazamiento generados a partir de ambas metodologías y se hallan factores de amplificación de desplazamientos por efecto de rotación. Posteriormente, se revisa el nivel de validez de los supuestos utilizados en el planteamiento de las hipótesis de ambas metodologías. De los resultados se concluye, que la existencia de excitación rotacional en la base es importante, pues puede aumentar los desplazamientos relativos y hasta duplicarlos para algunos periodos. El efecto de rotación prácticamente solo afecta a la magnitud de los desplazamientos relativos del sistema, y la forma de éstos espectros no se altera. Ambas metodologías planteadas conducen a resultados similares, lo cual valida los supuestos iniciales.