Ingeniería y Arquitectura
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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 modal operacional de un edificio utilizando el programa computacional ARTeMIS Modal(2023) Padilla Benavides, María Fernanda; Esquivel Salas, Luis CarlosEste proyecto consiste en una guía para la instrumentación de un edificio utilizando la técnica de sensores ambulantes para la obtención de sus parámetros modales debido a vibraciones ambientales, mediante el uso del programa computacional ARTeMIS Modal, en el dominio de la frecuencia y el tiempo. Las mediciones de aceleración se llevaron a cabo por medio de cuatro acelerógrafos triaxiales modelo TitanSMA proporcionados por el Laboratorio de Ingeniería Sísmica de la Universidad de Costa Rica (LIS-UCR), los cuales se utilizaron en seis configuraciones diferentes, una por cada nivel del edificio. En la técnica de sensores ambulantes se utilizó un acelerógrafo de referencia en el nivel más alto. El procesamiento se realizó utilizando dos programas computacionales: Geopsy y ARTeMIS Modal, con los cuales no se encontró diferencia, y el análisis modal se efectuó con ARTeMIS Modal, donde se identificaron cinco modos de vibración mediante el análisis espectral, mientras que en el dominio del tiempo los resultados no fueron consistentes. Para la validación de resultados se utilizó el Criterio de Aseguramiento Modal (MAC), con lo que se obtuvo ciertas coincidencias en algunos de los modos entre los dos dominios diferentes (tiempo y frecuencia), y se lograron verificar los valores obtenidos en el análisis espectral con los diferentes métodos.Item Estudio comparativo del comportamiento dinámico de 2 puentes de paso superior sobre la Ruta 102 con base en análisis modal operacional y calibración de los elementos finitos(2022) López Agüero, Juan Luis; Otárola Ortega, Shasly; Liu Kuan, Yi ChengEl presente trabajo consiste en un estudio comparativo del comportamiento dinámico de los 2 puentes paralelos de paso superior sobre la ruta 102, construidos en el año 1974, donde uno de ellos presentaba daño en una de sus vigas principales, mientras que, el otro es relativamente sano. Lo anterior se realiza con base en las pruebas de vibración ambiental realizadas en el año 2016 y conduciendo un análisis modal operacional. Asimismo, se desarrollan y se calibran modelos de elementos finitos para cada una de las estructuras, con base en criterios ingenieriles y de forma manual, optimizando la concordancia con los parámetros modales experimentales, y de esta forma, cuantificar el daño en términos de reducción de rigidez y reflejar el efecto de dicho daño en el comportamiento dinámico de la estructura a través del modelo de los elementos finitos. Se recolectaron datos de las vibraciones en las estructuras por medio de un sistema portátil de instrumentación desarrollado en el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LanammeUCR). La respuesta dinámica operacional de las estructuras fue medida por medio de 16 acelerómetros uniaxiales colocados en cada una de estas (8 por costado). Se aplicó el método de identificación de subespacios estocásticos basado en covarianzas (SSI – COV) para la determinación de los parámetros modales experimentales, empleando el programa MATLAB. El modelo de elemento finito se desarrolló en el programa de análisis estructural CSIbridge®, empleando elementos tipo área para el tablero y elementos tipo línea para las vigas principales. La calibración de este modelo se realizó de forma manual introduciendo cambios en el módulo de elasticidad del concreto del tablero y del concreto de las vigas, y también modificando la rigidez de los apoyos. En total se lograron identificar 6 modos de vibración para cada estructura, los cuales se encontraron en un rango de frecuencias...Item Calibración de un modelo estructural para el puente sobre el Río Chirripó Ruta Nacional N°32 basada en análisis modal operacional(2022) Mora Membreño, Carlos; Liu Kuan, Yi ChengEste proyecto tiene como objetivo calibrar el modelo estructural para el puente sobre el Río Chirripó Ruta Nacional N°32 a partir del análisis modal operacional. Dicho análisis nos proporciona formas modales y frecuencias que se utilizarán para el proceso de calibración del modelo. Las vigas del puente en estudio son de acero y continuas con 6 tramos. Los parámetros en base al análisis modal son previamente proporcionados por la unidad de puentes del LanammeUCR. Los cuales fueron calculados a partir de la instrumentación colocada en el puente. Seguidamente, mediante los planos constructivos se procede a realizar el modelado del puente con la herramienta CSI Bridge. Con el fin de que los parámetros modales del modelo se asemejen a los experimentales, para evaluar la existencia de daño en el puente. Una vez construido el modelo se establecen casos de calibración para analizar el comportamiento que tiene el puente en el sitio de estudio. Para el proceso de calibración se plantearon varios escenarios para tomar en consideración. Primeramente, se agregaron cargas que no se habían tomado en cuenta, luego se hicieron modificaciones a la losa y por último se modificaron las rigideces de algunos elementos en particular. El proceso anterior se llevó a cabo con el fin de que la diferencia entre los parámetros modales experimentales y teóricos sea mínima.Item Implementación de métodos de identificación de sistemas multivariables en el dominio del tiempo con base en vibraciones ambientales para edificaciones(2020) Vásquez González, Sergio Steven; Lui Kuan, Yi ChengMétodos de identificación de sistemas en el dominio temporal fueron implementados, con principal enfoque en la técnica de identificación estocástica de subespacios impulsada por covarianzas (SSI-COV), en edificaciones, basado en registros de vibraciones ambientales de dos edificios de concreto reforzado. La primera etapa consiste en la validación de la sincronización del equipo de medición, donde se muestra la necesidad del sistema de GPS en los acelerógrafos para evitar errores de fase en la señal. Además, para los acelerómetros piezoeléctricos, utilizados en puentes, se comprueba la no idoneidad para medir vibraciones ambientales en edificaciones, pues los bajos niveles de aceleración de estas no son captados por dichos instrumentos. En la segunda etapa se implementa la técnica de sensores ambulantes para el registro de vibraciones y se propone una metodología de instrumentación para cada edifico en función de dicha técnica. En la tercera etapa, para cada edificio, mediante SSI-COV, se logró identificar entre diez y once modos de oscilación en total con sus respectivas formas modales y obtener una representación clara del comportamiento real de estos. En la cuarta y última etapa, para estudiar dicho comportamiento se realizó el modelo analítico de uno de los edificios, donde se halló que la estructura metálica del techo se comporta como una masa oscilante no sintonizada cuyas frecuencias son cercanas a modos de oscilación críticos de la estructura principal, provocando una interacción negativa que cambia la respuesta modal esperada para la tipología del edificio.Item Calibración del modelo analítico del edificio "Torre Uno Paseo Colón" con base en resultados experimentales de análisis modal operacional(2021) Carranza Neurohr, Alejandro; Liu Kuan, Yi ChengEsta investigación consiste en la calibración del modelo analítico de “Torre Uno Paseo Colón” con base en los resultados experimentales de análisis modal operacional medidos por Vásquez (2020). Para esto, se ajustaron los parámetros de masa y rigidez del modelo de diseño con el fin de obtener un modelo calibrado que asemeje el comportamiento modal operacional en términos de la magnitud de los periodos y las formas modales de los distintos modos. Con respecto a los parámetros de masa, se ajustaron las cargas permanentes y temporales a valores más representativos de la realidad de la estructura en condición operacional. En términos de la rigidez este parámetro se calibró mediante la consideración del aporte de rigidez de los elementos no estructurales como la fachada y las divisiones livianas internas, se ajustó el factor de reducción del momento de inercia de las vigas de la estructura, se despreció el efecto P-delta, y se calibró el módulo de elasticidad del concreto con base en las pruebas de laboratorio de cilindros de concreto realizadas durante la etapa constructiva y la consideración teórica de que el módulo de elasticidad más representativo es el tangente inicial y no el secante para una condición operacional. Asimismo, se estudió las implicaciones de la calibración realizada con respecto al cálculo de la demanda sísmica según el CSCR 10/14.Item Comparación de un edificio de cinco niveles con mampostería integral y mampostería con elementos de borde especiales según la Propuesta del Futuro Capítulo de Mampostería del CSCR(2020) Zúñiga Villegas, Andrea María; Navas Carro, AlejandroEn este proyecto se realiza el diseño comparativo de un edifico típico de apartamentos de cinco niveles, tipo muro, de mampostería integral y mampostería con elementos de borde especiales, según se establece en la Propuesta del Futuro Capítulo de Mampostería del Código Sísmico de Costa Rica, con el objetivo de establecer las diferencias de diseños entre estos y cuantificarlas numéricamente. Se determinan las diferencias de diseño para muros de corte esbeltos y chatos, se determinan las cargas sísmicas por el método estático y se realizan los modelos de los edificios con un programa de diseño estructural y, mediante los resultados de este, se obtienen las cargas últimas, se diseñan muros rectangulares para los cinco niveles y se cuantificar la diferencia entre materiales, específicamente acero de refuerzo vertical, horizontal y de confinamiento, espesor y f’m de bloques , concreto de relleno y concreto choreado. Como resultado de la investigación se obtuvo que se requiere una menor cantidad de materiales en los muros de mampostería integral. Además, se evidencia un aumento en la capacidad en flexión de los muros esbeltos al ser diseños con elementos de bordes especiales; nos muros chatos no tuvieron un aumento significativo debido a que su longitud ya incrementa el brazo de palanca en flexión. Los efectos del diseño de los elementos de bordes en cortante no se lograron cuantificar ya que no hay normativa que tome en cuenta dichos elementos, siendo así el mismo diseño que los muros de mampostería integral. Asimismo, se evidencia una reducción promedio de 22% los coeficientes sísmicos y factores espectrales del modelo de mampostería integral a mampostería con elementos de borde especiales.Item Construcción y comportamiento dinámico de un sistema estructural de tres grados de libertad para uso académico(2017) Montero Rambla, Alberto; Castillo Barahona, RolandoEn 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.Item Identificación de modos de torsión de tres edificios de concreto reforzado empleando la medición de vibraciones ambientales y el análisis espectral(2018) Godfrey Montero, Richard Eduardo; Schmidt Díaz, VíctorEste proyecto consiste en la identificación de frecuencias naturales asociadas a modos de torsión en tres estructuras de concreto reforzado de 5, 6 y 16 niveles de elevación. Para ello se propuso medir la respuesta estructural de los edificios al ser sometidos a vibraciones ambientales. Basándose en estos registros de aceleración y la teoría del análisis espectral se identificaron las frecuencias y los modos naturales de vibración. Específicamente, se han usado el método básico (BFD) y de descomposición en el dominio de la frecuencia (FDD). Los registros de aceleración fueron adquiridos mediante el uso de tres acelerógrafos triaxiales de la marca Guralp. Estos instrumentos fueron suministrados por el Laboratorio de Ingeniería Sísmica de la Universidad de Costa Rica (LIS-UCR). Para la adquisición de los datos se usaron dos configuraciones de instrumentos. La primera configuración consistió en la colocación de un acelerógrafo en la base, uno en un nivel intermedio y otro próximo a la azotea, todos estos sobre un mismo eje vertical cercano al centro de rigidez. Mientras que, en la segunda configuración en una misma planta se sitúo un acelerógrafo sobre el centro de rigidez y otros dos en los extremos. Mediante la primera configuración se identificaron las frecuencias naturales asociadas a modos de flexión, y con la segunda a modos de torsión. Para cada edificio se identificaron al menos tres modos de vibración en un rango de frecuencias comprendido entre 1,0 Hz y 8.0 Hz. Los modos con mayor densidad espectral se exhibieron entre las frecuencias de 1,0 Hz y 3,0 Hz. De las formas modales se determinó que, conforme aumenta la irregularidad la cantidad de modos acoplados incrementan. El acoplamiento se da entre modos de flexión y de torsión, principalmente. La alta presencia de los modos de torsión evidencia la existencia del efecto de torsión.Item Análisis de cargas vivas de edificaciones en Costa Rica para efectos de diseño estructural(2019) Rivas Calderón, Victor Julio; Cruz Azofeifa, Miguel FranciscoEn 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.