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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.
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.
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.
Valoración de la transferencia de cortante en el sistema sismorresistente en la zona de cambio entre la plataforma y el sótano de edificios altos
(2021) Cordero Arias, Daniela María; Fernández Chaves, Carlos Eduardo
En el presente proyecto se realiza una valoración de la transferencia del cortante en la plataforma de cambio entre la torre y el sótano de edificios altos. Lo anterior para verificar el comportamiento a cortante de los muros de corte provenientes de la torre al ser sometidos al cambio de rigidez provocado por los muros perimetrales de los sótanos. Para llevar a cabo el proyecto se modelaron 16 estructuras en el programa SAP2000, las cuales se dividen en dos grupos de acuerdo con la rigidez del diafragma en la zona de cambio: modelos que utilizan la rigidez real de la losa modelada (SDR) y modelos a los cuales se les asigna la propiedad de diafragma infinitamente rígido en su plano (DR). Ambos grupos tienen las mismas dimensiones en cuanto a la torre y a la plataforma de los sótanos, es decir, la variación del tamaño de los sótanos es la misma para ambos casos y las dimensiones de la torre se mantienen para todos los 16 modelos. Los resultados obtenidos corresponden al cortante en los muros de corte de la torre, sus desplazamientos y rotaciones en el plano del muro. Se realiza una comparación de estos resultados para todos los modelos. Finalmente, se realiza una simplificación del problema inicial para aplicar los conceptos básicos de la ingeniería estructural y verificar los resultados obtenidos con la teoría. Se concluye de este análisis que desde el punto de vista de la resistencia se recomienda utilizar la asignación de diafragma infinitamente rígido, sin embargo, se subestiman los desplazamientos, por lo que si lo que se busca es realizar un análisis de este tipo se debe considerar la rigidez real del diafragma.
Comparación mediante el método de capacidad espectral de las curvas de capacidad estructural para edificios equivalentes de muros con losas planas (sin vigas) y edificios con muros y vigas (sistema de muros y duales)
(2020) Cuevillas Mora, Mariela; Fernández Chaves, Carlos Eduardo
En esta investigación se modelaron edificios equivalentes de muros con losas planas y edificios con muros y vigas que se analizaron mediante el método de capacidad espectral para comparar diferentes factores como: los períodos, derivas, las ductilidades en el punto de desempeño, cortantes basales y sobrerresistencias. Para la realización de este proyecto, se modelaron edificios de 4, 6, 8, 10 y 12 niveles utilizando los lineamientos de diseño y análisis recomendados por el Código Sísmico de Costa Rica (CSCR- 10). Primeramente, se hizo un análisis pseudo dinámico de donde se obtuvieron las demandas últimas para diseñar las columnas, muros y vigas. Luego, se utilizó el análisis de capacidad espectral para obtener las curvas de capacidad espectral y así, comparar los diferentes parámetros mencionados anteriormente, entre los sistemas de tipo muros con losas planas, muros y dual. El análisis demostró que el Código subestima los períodos para los sistemas de tipo muros con losas planas y muros y, consecuentemente, sobreestima la rigidez lateral de los edificios. También se demuestra que las derivas inelásticas obtenidas por medio del análisis de capacidad espectral son mayores que aquellas obtenidas mediante el análisis pseudo dinámico. La ductilidad de diseño del sistema tipo muro, con un valor de 2,0, no se alcanza en un gran porcentaje de los modelos analizados pero la sobrerresistencia, con un valor también de 2,0, sí se cumple.
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, Alejandro
En 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.
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 ...
Comparación del desempeño analítico ante cargas sísmicas de un edificio de concreto reforzado de gran altura de acuerdo con un diseño sismorresistente convencional y otro con el uso de sistemas de aislamiento elastoméricos
(2018) Eskenazi Lépiz, Diego Alberto; Liu Kuan, Yi Cheng
Estudiar la aplicabilidad de los sistemas de aislamiento elastoméricos -con núcleo de plomo- en Costa Rica resulta importante, sabiendo que ha sido una técnica exitosa en el diseño sismorresistente de edificios alrededor del mundo. En Costa Rica se ha dado un aumento importante en la construcción de edificios altos en años recientes. Por lo tanto, el análisis de nuevas tecnologías es sin duda de gran interés ya que pueden traer mejores desempeños estructurales. Se realizó un análisis elástico de respuesta en el tiempo con tres terremotos nacionales, limitando el comportamiento no-lineal a los aisladores sísmicos, en el modelo estructural del edificio Sabana Real, con y sin aislamiento sísmico. Esto con el fin de medir las ventajas del aislamiento sísmico en edificios altos de concreto reforzado. En esta investigación se comprobó que, para estructuras altas y pesadas, es un reto diseñar el sistema de aislamiento sísmico para que pueda resistir la demanda de cargas axiales pero que, a su vez, sea lo suficientemente flexible para alargar de gran manera el período de vibración de la estructura, con el fin de reducir la demanda sísmica sobre los elementos estructurales de la misma. Además, se concluyó que esta tecnología no fue suficiente para observar los beneficios teóricos del aislamiento sísmico, en su totalidad, en el edificio estudiado, no sólo por el reto anterior sino también porque es un edificio con irregularidad moderada y esbelto. Otro problema de utilizar aisladores elastoméricos con núcleo de plomo en la base de edificios altos de concreto reforzado es el manejo de las tensiones, ya que estos son incapaces de resistir dichas cargas.
Alcance del método estático en el Código Sísmico de Costa Rica
(2015) Valverde Loaiza, Camila; Santana Barboza, Guillermo
El método estático es una metodología de diseño que utiliza el primer modo de oscilación de una estructura para determinar su comportamiento sísmico. Se basa en que la demanda sísmica va a ser determinada únicamente por este primer modo y su periodo fundamental, por esta razón toma como peso sísmico prácticamente la totalidad del peso de la estructura. Actualmente, el Código Sísmico de Costa Rica establece que el método estático únicamente puede ser empleado para estructuras de cinco niveles o 20 m desde la base, cuando anteriormente se tenía para edificios de siete niveles o 30 m desde la base. No existe una razón específica en el CSCR para dicho cambio. Y si se compara esta normativa con normativas extranjeras, como la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE por sus siglas en inglés), se observa una diferencia evidente entre ambas metodologías. Se analizan dos edificios duales en condiciones iguales: de cinco y diez niveles, comparando sus demandas sísmicas y desplazamientos bajo el método estático y el método dinámico. Además, se diseñan las estructuras con el método estático del CSCR y se analiza su comportamiento plástico con el método de capacidad espectral para determinar si la estructura de altura superior diseñada con el método estático sigue teniendo un comportamiento adecuado bajo los estatutos del CSCR-10.
Evaluación de diseños de conexiones viga-columna para su uso como conexiones precalificadas en estructuras con sistema sismorresistente a base de marcos intermedios de acero estructural
(2016) Villalobos López, Fernando; Miranda Jenkins, Pío Alberto
Se evalúan distintos diseños de conexiones viga-columna para ser utilizados como conexiones precalificadas en estructuras con sistema sismorresistente a base de marcos de acero resistentes a momento intermedio (IMF). La investigación se basó en los requerimientos del AISC 341-10, específicamente en las secciones K1 y K2. Las conexiones evaluadas provienen de reportes de ensayos de conexiones bajo cargas cíclicas. Se debe verificar que estas tengan una capacidad de rotación de al menos 0.02rad para que califiquen para uso en estructuras con sistema sismorresistente IMF. De las conexiones evaluadas, tres cumplen con los requisitos de capacidad de rotación para ser utilizados en sistemas IMF. La conexión marco con columna-árbol utiliza un cabo de viga soldado con alas ensanchadas en la cercanía de la columna para proteger las soldaduras críticas por demanda. La conexión viga de sección reducida con agujeros concentra la acción inelástica lejos de la cara de la columna disminuyendo la demanda de resistencia con una reducción en el área transversal de las alas. La conexión tubo-viga reforzada utiliza cubre placas para fortalecer la conexión viga-columna y provocar la aparición de una rótula plástica lejos de la cara de la columna. Se generan guías de diseño para estas conexiones y se propone su aprobación para uso como conexión precalificada en el Código Sísmico de Costa Rica.

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