Ingeniería Civil
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Item Análisis comparativo de indicadores de daño en elementos y marcos de concreto reforzado(2002) Ramírez Dondi, Brenda; Cruz Azofeifa, Miguel FranciscoEn 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.Item Diseño de la estructura de suspensión central para puentes colgantes con cerchas de acero de diferentes longitudes(2023) Barrantes Venegas, José David; Salazar Burger, Stefan Le MaireDada que, a nivel regional, se presenta una escasez de disponibilidad de información relacionada al estudio de los puentes colgantes rigidizados con cerchas de acero, en este documento se pretende generar un compendio de las principales teorías que modelan el comportamiento mecánico de la Estructura de Suspensión Central (E.S.C), así como su aplicación en rutinas de diseño estructural y la determinación de los rendimientos del acero como material principal. Se presentan rutinas de análisis y diseño estructural, para las E.S.C de tres puentes vehiculares hipotéticos, en las cuales se aplicaron criterios de diseño de normativas nacionales y AASHTO, según su compatibilidad con la teoría estudiada en este documento. Para los sistemas de armaduras y cables principales, se planteó prediseño según las solicitaciones derivadas del análisis por la teoría de Rankine, y posteriormente, se refinó el diseño, tras aplicar de manera conjunta la teoría de la deflexión : Jakkula-Melan y el método de Steinman. Se contrastaron los valores de fuerzas internas (tensión en cables, cortante, momento y fuerzas axiales en armaduras) y deformaciones, para determinar condiciones de carga crítica en los distintos elementos de la E.S.C. y aproximar relaciones de aplicabilidad optima de cada teoría en función de la luz principal. Finalmente, a partir de los diseños planteados también se establecieron relaciones de rendimiento de acero como material principal.Item Diseño conceptual topológico de un paso de fauna a base de plásticos reciclados e impresión 3D(2024) Morales Jara, Alesandro Franco; Liu Kuan, Yi ChengEsta investigación busca generar una nueva idea innovadora en cuanto al uso del tereftalato de polietileno (PET) como material estructural alternativo, esto en combinación con el diseño topológico e impresión 3D para la construcción de un paso de fauna aéreo, y de esta manera, evaluar su factibilidad estructural mediante una prueba de carga a un modelo a escala reducida. Este último busca mitigar la fragmentación de especies terrestres causada por la construcción de carreteras en ambientes rurales rodeados de bosques, además de reducir los accidentes de tránsito por atropello de animales. La conceptualización del paso de fauna aéreo se determinó a partir de investigaciones previas para polímeros compuestos, definiéndose un ancho de 20 m, un largo de 2 5m y una altura de 5 m. Se realizaron pruebas experimentales al material para determinar propiedades mecánicas como el esfuerzo máximo en tensión y compresión, y la densidad, parámetros que son insumos necesarios para el análisis y diseño conceptual llevados a cabo en un análisis de elemento finito y una optimización topológica en el programa de análisis de elementos finitos ANSYS. Esto permitió encontrar la geometría óptima para transmitir los esfuerzos generados por la carga de diseño hacia los apoyos. Posteriormente, el prototipo se construyó con una máquina de impresión 3D para aplicar la prueba experimental al modelo. Finalmente, la prueba de carga sobre el modelo permitió la calibración de un modelo bilineal del material que se ajusta al comportamiento global de la estructura ante la carga, resultados a partir de los cuales se validó la funcionalidad del diseño conceptual ante esfuerzos y deformaciones admisibles. Una vez validado el prototipo, se extrapolan los resultados para determinar un costo en materia prima de ₡439 380 000 y se mencionan posibles soluciones constructivas para los apoyos, las fundaciones y la conexión terreno-estructura.Item 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 FranciscoEl 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.Item Análisis probabilístico del comportamiento sísmico no lineal de una estructura de concreto reforzado tipo dual a partir de características de materiales y cargas utilizadas en Costa Rica(2023) Mora Jiménez, Mario Alberto; Lobo Aguilar, Sergio A.En el diseño estructural, se utilizan fórmulas establecidas en códigos de diseño que incluyen implícitamente la variabilidad de la resistencia de los elementos estructurales y de las cargas aplicadas a ellos. En Costa Rica, las normativas de diseño utilizan como referencia códigos desarrollados en otros países, especialmente aquellos que provienen de Estados Unidos. Sin embargo, en la actualidad se desconoce si los parámetros establecidos en dichos códigos reflejan la verdadera variabilidad que existe en el contexto de la construcción en Costa Rica. Ante ello, el presente proyecto de graduación pretende evaluar el efecto de la variabilidad de las propiedades mecánicas de los materiales y de las cargas en el comportamiento sismorresistente de las estructuras costarricenses. Con ese propósito, se cuantificó la probabilidad de una estructura de concreto reforzado tipo dual alcance el desempeño sísmico estipulado por el Código Sísmico de Costa Rica, a través de un análisis probabilístico que incorpore características de los materiales y las cargas utilizadas en Costa Rica, así como características de referencia internacional. Para llevar a cabo el análisis, se implementó el método de capacidad espectral y el método de simulación de Monte Carlo. Los resultados expuestos en este trabajo muestran la necesidad de caracterizar los materiales utilizados normalmente en la construcción en Costa Rica para conocer el nivel real de confiabilidad de las estructuras que se diseñan y construyen en el territorio nacional.Item Evaluación estructural de uniones en invernaderos tipo capilla de madera(2011) Chanto Ballestero, Gabriela; Govaere Vicarioli, GeorgesEn Costa Rica, a construcción de invernaderos para producción agrícola artesanal (pequeño productor) se lleva a cabo sin ningún tipo de regulación en cuanto a diseño y construcción. Según estudios hechos por el Programa Sectorial de Producción Agrícola de Ambientes Protegidos (ProNAP), cada año se reportan daños importantes en estructuras de invernaderos de baja tecnología hechos con madera debido a la acción de las cargas de servicio de estas estructuras (principalmente viento), principalmente en sus uniones. Si se toma en cuenta que el cultivo de productos en ambientes protegidos favorece la productividad y la versatilidad de cultivos, así como la competitividad de los productores, resulta de suma importancia el fabricar estructuras adecuadas para estos fines. La importancia de este trabajo estriba en la necesidad de una guía acerca de la forma en que deben construirse las uniones en estructuras de madera usadas como invernaderos. Si se logra un diseño adecuado de estos elementos, se puede mejorar significativamente el comportamiento global de la estructura ante la acción de cargas, disminuyendo los costos de mantenimiento y reparación de las mismas. Con base en información recopilada en entrevistas y en campo, se estableció una configuración de estructura de madera de ciprés común usada como invernadero. Se determinaron los esfuerzos para la misma, para tres tamaños diferentes, lo cual permitió la comparación entre resultados. Los diseños de las uniones generados a partir de este análisis permitieron establecer que por medio de pequeños cambios en la forma de construir estos elementos, sin variar la cantidad de material usado, se pueden obtener uniones más resistentes, adecuadas para soportar las demandas a que las estructuras se ven sometidas siempre. Se prevé que este tipo de investigaciones se extienda a otras especies de madera y otros tipos de estructura de invernadero, con el fin de conformar una base de datos...Item Diseño de mezcla de concreto para fabricar semi-automáticamente bloques de mampostería a escala reducida 1/4(2021) Esquetini Fallas, José Andrés; Ramírez Villalba, AndreaEsta investigación busca calibrar la máquina semi-automática de bloques que se fabricó en el Laboratorio de Escala Reducida del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica (LanammeUCR). Se fabricó bloques a escala reducida 1/4 con distintos pares de % de agregado y relación agua/cemento en busca de diseños con una resistencia mayor a la establecida en el Código Sísmico de Costa Rica de 133 Kg/cm2 a los 28 días. Se elaboró un procedimiento de mezclado que genera una mezcla homogénea, además se definieron dos procedimientos de fabricación que permiten trabajar con distintos diseños de mezcla en los que se busca desmoldar en pocos minutos y que los bloques no se desplomen, al mismo tiempo que se llena bien todo el molde. Las variables mecánicas consideradas son la compresión y los segundos de vibrado, esto se explica detalladamente en cada procedimiento. Los resultados obtenidos demuestran que si es posible utilizar la máquina para producir bloques con resistencias muy superiores a la establecida en el Código. Que la cantidad de agregado aumenta la relación agua/cemento necesaria para una buena trabajabilidad. Se descubrió que la densidad del bloque y que sus paredes estén bien aplomadas influye en mayor grado que las variables del diseño de mezcla. Se descubrió que la configuración actual de los vibradores en la máquina perjudica a los bloques del medio ya que no consolida la mezcla en esa zona y por lo tanto existe diferencia en la capacidad de los bloques de los extremos y los del centro del molde.Item Obtención de módulos de elasticidad actuales para concretos de alto desempeño en Costa Rica(2022) Rojas Vieto, Mariela; Meseguer Quesada, Luis CarlosA lo largo de la historia se han desarrollado ecuaciones con la finalidad de calcular el módulo de elasticidad. Dado que esta propiedad del concreto resulta de mucha utilidad para diseñar las estructuras. Tales ecuaciones son determinadas a través de ensayos de laboratorio. Los materiales pueden variar mucho dependiendo de su formación y proceso empleado, lo que hace que las propiedades del concreto varíen. Las variaciones van de acuerdo a la zona territorial o debido a las innovaciones, que al transcurrir el tiempo, se incorporan en el proceso. En consecuencia, la importancia de mantener el módulo de elasticidad actualizado en el país. Con el objeto de brindar una ecuación actualizada para Costa Rica, esta investigación se enfoca determinar módulos de elasticidad de concretos de altas resistencias a partir de materiales nacionales. Entonces se realizaron mezclas de concreto de 40 MPa, 50 MPa y a 70 MPa con dos tamaños de agregado grueso distintos. Se caracterizaron los materiales y posteriormente, se determinaron los módulos de elasticidad para generar curvas de mejor ajuste. Dichas curvas fueron comparadas contra ecuaciones de códigos y otras investigaciones realizadas. Al finalizar esta investigación, se identifica la curva de mejor ajuste que es representativa para concretos de altas resistencias en Costa Rica; además, se concluye que las ecuaciones de los códigos sobreestiman en gran parte los datos de módulos de elasticidad en el país.Item Comparación del análisis y diseño estructural de edificios utilizando la inercia equivalente del CSCR10-14 versus la del ACI-318-19(2022) Garita Naranjo, María Gerardina; Navas Carro, AlejandroEste trabajo final de graduación se desarrolla para contrastar los resultados de analizar y diseñar cuatro edificios de marcos de concreto reforzado, utilizando la inercia equivalente del CSCR10-14 y la inercia equivalente del ACI 318-19. Con el fin de conocer las implicaciones en cuanto a estimación de cantidades de concreto y acero al variar valores de inercia equivalente y el cálculo de factor espectral dinámico (FED). Para variar la inercia equivalente se utilizó el valor del CSCR10-14 y del ACI 318-19, mientras que con respecto al factor espectral dinámico (FED) se utilizó la recomendación establecida en el CSCR10-14 del valor máximo (FED máx.) y la del valor recalculado (FED recálculo) de la combinación de ambos parámetros se obtienen los cuatro edificios analizados. El desarrollo del proyecto inicia con la modelación de las estructuras en el software ETABS donde se obtuvieron deformaciones, derivas, cortantes basales. La modelación concluye con el dimensionamiento de las estructuras, de manera tal que estas cumplieran con los límites de derivas que establece el CSCR10-14. Además, se realiza el diseño sismorresistente mediante los requerimientos estipulados en la normativa CSCR10-14 y el ACI 318-19. Se determinó en el análisis estructural que utilizar la inercia equivalente del CSCR10-14 se obtienen cantidades de concreto y acero para elementos como columnas 30% menos aproximadamente que las cantidades de concreto obtenidas en los edificios con la inercia equivalente del ACI318-19. Con las secciones de mayor tamaño se observa el impacto en cuanto a derivas y desplazamientos por el uso de una inercia equivalente distinta. Como parte de los resultados de la investigación se demostró que en los edificios analizados con el FED máximo los diseños fueron regidos por requerimientos de acero mínimo. En el caso de los edificios FED recálculo se obtienen resultados similares a excepción del acero longitudinal en las vigas...Item Caracterización de propiedades de conectores para el diseño de conexiones de elementos de madera con materiales existentes en el mercado costarricense(2022) Rodríguez Vargas, Pablo; González Beltrán, GuillermoEl diseño de conexiones en estructuras de madera depende de la geometría de los elementos utilizados, de las propiedades de la madera y del conector. Por ello, el objetivo de esta investigación es caracterizar las propiedades mecánicas de los conectores comercializados en el país y comparar los resultados obtenidos con los valores y ecuaciones establecidas en la National Design Specification (NDS) para verificar la seguridad y/o eficiencia de estos. Se realizaron ensayos según la norma ASTM F1575, con el fin de obtener el esfuerzo de fluencia en flexión (Fyb) en clavos, tornillos comunes para madera, tornillos tirafondo, tornillos especiales y pernos (grados 2, 5 y 8). Se efectuaron cinco pruebas por diámetro y se utilizaron las medidas disponibles en el mercado nacional. En el caso de tornillos especiales, se fallaron seis especímenes en flexión. Además, se realizó en pernos y tornillos tirafondo el ensayo ASTM A370, en el cual se midió el esfuerzo último en tracción (Fu) y el esfuerzo de fluencia (Fy). Los resultados obtenidos en pernos grado 2, 5 y 8 verifican que los valores establecidos en la norma SAE J429 son apropiados para el diseño. Además, se verifica que la ecuación propuesta por la NDS para calcular el esfuerzo de fluencia en flexión en pernos es segura de usar, así como los valores recomendados que establecen para clavos y tornillos comunes para madera, aunque no para tornillos tirafondo de 6.53 mm y 7.94 mm de diámetro. Los tornillos especiales presentan un Fyb relativamente alto, por lo que al usar dichos valores recomendados de la NDS se estaría subestimando el Fyb real.