Doctorado en Ingeniería Estructural
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- Metodología para el análisis de socavación en puentes(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-07) Cruz Vargas, José GiovanniEn este trabajo se estudian aspectos de estabilidad por socavación, en el capítulo uno se inicia por una introducción de lo que es la socavación, los métodos más comunes para calcularla y las problemáticas que esta ha causado en puentes mexicanos; en este sentido, se construyó una base de datos de puentes colapsados en México del año 1997 a 2017. Se considera que esta base de datos es el primer aporte amplio sobre puentes colapsados porsocavación en México, ya que presenta información puntual para cada colapso. En el capítulo dos se presenta un estudio de dinámica de fluidos para tres casos de cimentaciones de puentes recurrentemente encontrados en la base de datos de puentes colapsados, para comprender mejor la evolución de la socavación en estas cimentaciones. En el capítulo tres se presentan recomendaciones sobre la modelación de aspectos hidrológicos, hidráulicos, geotécnicos y estructurales, con el fin de evaluar la estabilidad de puentes por socavación; también en este capítulo se presenta el puente que se utilizó como caso de estudio. En el capítulo cuatro se presenta un enfoque para analizar la estabilidad del caso de estudio basado en simulación de historias de lluvias, para este caso la información obtenida de las estaciones climatológicas se trabajó con el objetivo de crear curvas de intensidad-duraciónfrecuencia de lluvias y curvas de peligro en términos de gasto para el sitio del puente; en este enfoque se utilizó un periodo de retorno de 500 años para revisión de estabilidad. En el capítulo cinco se presenta un enfoque basado en una caracterización rigurosa de la amenaza hidrológica, que consiste en el estudio del mecanismo cuenca, lluvia y gasto, de tal forma que se logró obtener un modelo hidrológico que describe con una aproximación razonable el gasto en el punto del puente. Con este modelo fue posible generar gastos aleatorios característicos del sitio en estudio suponiendo las llegadas de estos se pueden describir como procesos de Poisson. En el capítulo seis se presenta un enfoque novedoso para la revisión de la estabilidad basado en la caracterización de la amenaza hidrológica a nivel de duración de lluvia y revisión de tres estados límite de falla (volteo, pérdida de cubierta y resistencia última de la pila), en este enfoque es posible acumular profundidades de socavación para múltiples eventos y encontrar una profundidad mínima de desplante de la pila asociada a una probabilidad de excedencia. En los tres enfoques (capítulos 4, 5 y 6) se construyó una metodología que caracteriza de forma rigurosa y novedosa (en el caso del capítulo 6) el proceso lluvia-socavación en la pila del puente de estudio, para eventos de lluvia en intervalos de 10 años hasta llegar a 75 (vida de servicio del puente), se revisa el estado del puente.
- Análisis de estructuras propensas a fallar por mecanismo de piso suave(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021) Hernández García, Daniel AlbertoSe les conoce como pisos suaves (blandos) y débiles a aquellos entrepisos dentro de una estructura que tienen una reducción significativa en su rigidez y/o resistencia lateral con respecto a los siguientes entrepisos, principalmente los inmediatos superiores. Los entrepisos con este mecanismo resultan perjudiciales para el comportamiento global de la estructura. En esta investigación se realizó un estudio paramétrico tomando en cuenta variables propias de la estructura, que a través del análisis de varios modelos con disposición de piso suave se describan las causas y las consecuencias de dicho mecanismo, así como factores que promueven o amplifican esta falla. Además, se proporcionan sugerencias de cómo modelar y diseñar edificios que presenten una configuración de elementos que corresponda a piso suave y/o débil. Esta investigación, junto con trabajos existentes, procura formar una base sólida, en la cual se puedan fortalecer las recomendaciones específicas en la normativa existente para tratar estos mecanismos de falla, y evitar pérdidas humanas y materiales en la respuesta sísmica de estructuras con pisos flexibles.
- Diseño basado en desempeño de edificios de mampostería confinada con comportamiento no lineal en flexión(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-06) Espinosa Cazarín, Eric FernandoTrabajo que se divide en 4 etapas: en la primera etapa; se realizó un estudio analítico para determinar el desempeño sísmico de 4 edificios de mediana altura seleccionados de una base de datos de edificios con características típicas de la práctica profesional de la Ciudad de México CDMX (Cardel, 2015), diseñados de acuerdo con la normativa vigente de la CDMX y evaluando su comportamiento no lineal con el método modificado de la columna ancha propuesto por Zúñiga y Terán-Gilmore (2009), adaptado en este trabajo para considerar los efectos del incremento de la altura de los edificios. En la segunda etapa; se calibró y validó un modelo analítico basado en plasticidad concentrada y la degradación de la envolvente de la resistencia en corte para caracterizar el comportamiento de MMC con comportamiento no lineal en flexión, con esta información, se desarrolla una metodología basada en desempeño de edificios de mampostería confinada con comportamiento no lineal en flexión utilizando algunos de los conceptos propuestos previamente en los documentos del Federal Emergency Management Agency FEMA y otros. En la tercera etapa; se desarrolla la metodología propuesta en la etapa anterior, para ello se retoman los edificios diseñados en la primer etapa, se realizan una serie de adecuaciones a éstos para modificar su comportamiento de uno regido por corte a uno por flexión y se corrobora su desempeño sísmico con técnicas de análisis no lineal. Finalmente, la cuarta y última etapa; consiste en realizar una comparativa en términos de la respuesta sísmica, así como el potencial de impacto ambiental de una de las edificaciones estudiadas en las etapas 1 y 3. Los edificios diseñados en la primera etapa de este trabajo no cumplieron a cabalidad los objetivos de diseño previstos en la misma normativa cuando estos alcanzan la deformación máxima permisible. Por otro lado, los edificios diseñados con la metodología propuesta en este trabajo (tercera etapa), muestran un mejor desempeño sísmico para el mismo nivel de deformación lateral. En cuanto a la comparativa realizada; el sistema estructural del edificio diseñado con la metodología propuesta resulta ser más ligero y tiene un menor impacto ambiental en comparación con el edificio diseñado de acuerdo con la normativa actual. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran que un cambio tanto en el enfoque del diseño de edificaciones de mampostería confinada; es decir, modificar el comportamiento no lineal en corte por el de flexión, así como un cambio en la filosofía de diseño, al utilizar el diseño basado en desempeño en vez del diseño basado en fuerzas permiten el diseño de edificios de mampostería confinada de mediana altura con un desempeño estructural que se apega a las tendencias recientes de resiliencia, además de reducir el impacto ambiental.
- Optimización de un Sistema Flotante de Producción tipo Semisumergible en el Golfo de México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2021-05) Reyes Casimiro, MaríaEn este trabajo se proponen metodologías y herramientas computacionales para la optimización de la respuesta de movimientos y en la optimización del diseño estructural de plataformas tipo semisumergibles localizadas hipotéticamente en agua nacionales en el Golfo de Mexico en un tirante de agua de 2000 m. Una de las metodologías se aplica en tres diferentes volúmenes de producción (100, 150 y 200 MBD), en la cual se implementa la herramienta de algoritmos genéticos que se encuentra en el software de Matlab (2020a) y las variables de diseño que se consideran son: separación entre columnas, ancho y altura entre columnas, el calado, el ancho y altura de pontones. Por otro lado, para la optimización del diseño estructural se aplica la segunda metodología en la plataforma tipo semisumergible con dimensiones óptimas del volumen de producción de 100 MBD. Esta metodología se aplica en los paneles que se encuentran en la parte central inferior de los pontones y las variables que se consideran son: el espesor del panel, el tipo de atiesadores (placa, ángulo y tipo T), dimensiones de los atiesadores, número de atiesadores y ancho del panel. Finalmente, se lleva a cabo una comparación de las curvas de capacidad de los paneles atiesados óptimos utilizando las ecuaciones que se encuentran en las recomendaciones practicas DNV-RP-C201 y las curvas de capacidad obtenidas de los elementos finitos utilizando el software Abaqus 6.13.
- Estudio experimental y analítico de conexiones rígidas de acero entre vigas de sección I con columnas de sección hueca(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-06) Jesús de la Cruz, HiramSe planea la realización de un estudio experimental y analítico que proyecta evaluar el desempeño de diferentes configuraciones de diafragmas (internos y externos) en conexiones entre vigas IR (W) a columnas huecas (OR o HSS, y cajón) que puedan ser potencialmente aplicables a la práctica estructural en México. La tesis se organiza en siete capítulos estructurados de la siguiente manera: En el Capítulo 1 se plantea la descripción del problema, los objetivos del mismo, así como, los alcances y limitaciones considerados en este proyecto. A continuación, en el Capítulo 2, se presenta un resumen de los estudios experimentales y analíticos previos relativos a la evaluación del comportamiento o simulación numérica de conexiones viga columna, especificaciones de diseño disponibles para este tipo de conexiones. En el Capítulo 3 se abordan aspectos generales relativos a la fabricación de conexiones viga-columna de configuraciones similares a las que se abordan en este proyecto de investigación. En el Capítulo 4 se describe el programa de estudio experimental, las características del sistema de prueba, configuración de los especímenes de prueba, sistema de instrumentación y programa de prueba experimental, así como, los resultados obtenidos. En el Capítulo 5 se describe el programa de estudio analítico, definición de las características de los especímenes a considerar, definición del tipo de análisis y los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas. En el Capítulo 6, se presenta la discusión de resultados, asociando los eventos observados en la prueba experimental y su correlación con resultados analíticos. Por último, el Capítulo 7, se presentan las conclusiones obtenidas del presente trabajo de investigación y se formulan recomendaciones de trabajos a futuro.
- Determinación de recomendaciones de diseño de losas de vigueta y bovedilla y losas macizas de concreto reforzado sujetas a vibración(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-01) Caballero Garatachea, OmarEl presente trabajo proporciona recomendaciones para el análisis y diseño de sistemas de piso ante vibración vertical debida a actividades humanas. En particular se estudian las losas de concreto reforzado en dos direcciones y las losas de vigueta y bovedilla. El objetivo principal es desarrollar expresiones prácticas para el cálculo de la frecuencia natural fundamental fn, y de la aceleración máxima, amax, de sistemas de piso de concreto reforzado debida a actividades humanas, así como recomendaciones derivadas de modelos numéricos y experimentales. Esto se debe a que, aunque existen especificaciones para el análisis y diseño de sistemas de piso ante vibración debida a actividades humanas, la mayoría tratan losacero o requieren de modelos numéricos complejos para determinar fn y amax. En este trabajo se desarrollan aproximaciones analíticas para el cálculo de la frecuencia natural, así como un estudio sobre su comportamiento en losas de concreto reforzado. Además, se realizó un estudio de la susceptibilidad ante vibraciones excesivas debidas al caminar de personas en losas de concreto reforzado con base en la normatividad existente. Posteriormente, se realizó un estudio numérico-experimental sobre el comportamiento dinámico de losas de concreto reforzado en dos direcciones y de vigueta y bovedilla ante distintos tipos de actividades humanas. También, se evaluaron algunas funciones de carga dinámica, representativa del caminar de personas, así como una metodología para cálculo de la respuesta dinámica en losas de concreto reforzado en dos direcciones. Con los elementos obtenidos de este trabajo se proporciona una guía para el análisis y diseño de sistemas de piso ante vibración debida a actividades humanas, pues se proporcionan expresiones para determinar la fn y la amax de los sistemas de piso, de tal manera que se controlan sus niveles de vibración. En el desarrollo analítico de este trabajo, los tableros se idealizaron como sistemas de un grado de libertad con lo que se desarrollaron las expresiones para determinar la frecuencia natural fundamental, así como para la obtención de la respuesta dinámica en términos de la aceleración. Por lo que se refiere a la parte experimental se realizaron pruebas de vibración ambiental y forzada utilizando sensores de aceleración en los puntos de amplitud modal máxima; mientras que, en la parte numérica, se realizaron simulaciones de losas modeladas con elementos finitos tipo lámina y viga, donde se utilizó un material homogéneo, elástico e isótropo.
- Comportamiento sísmico de edificios de concreto reforzado con disipadores histeréticos: propuesta de diseño resiliente conforme a reglamento(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2019-11) Nangullasmu Hernandez, Horacio De JesusEl presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el desarrollo y evaluación de una metodología integral de diseño sísmico de edificios con disipadores de energía que garantice un comportamiento estructural eficiente donde los disipadores sean los únicos que desarrollen comportamiento no lineal, permitiendo como reserva y segunda línea de defensa inelástica a las vigas, con una fluencia incipiente, en caso necesario. A partir de la propuesta de criterios de diseño sísmico que se puedan incluirse fácil y transparentemente a la normatividad vigente, se pretende incentivar a los ingenieros de la práctica profesional el diseño y construcción de estructuras con control de la respuesta sísmica. El presente trabajo de investigación tiene como objetivo principal el desarrollo y evaluación de una metodología integral de diseño sísmico de edificios con disipadores de energía que garantice un comportamiento estructural eficiente donde los disipadores sean los únicos que desarrollen comportamiento no lineal, permitiendo como reserva y segunda línea de defensa inelástica a las vigas, con una fluencia incipiente, en caso necesario. A partir de la propuesta de criterios de diseño sísmico que se puedan incluirse fácil y transparentemente a la normatividad vigente, se pretende incentivar a los ingenieros de la práctica profesional el diseño y construcción de estructuras con control de la respuesta sísmica.
- Estudio del comportamiento de marcos dúctiles de concreto reforzado con contraventeo chevrón(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2010-07) Godínez-Domínguez, Eber AlbertoEl proyecto de investigación tiene como objetivo principal el desarrollo y evaluación de una metodología racional de diseño sísmico de estructuras con base en marcos dúctiles de concreto reforzado con contraventeo concéntrico (tipo chevrón) que garantice un comportamiento estructural satisfactorio y congruente con el modo de falla supuesto. Lo anterior a la fecha, no se ha estudiado con detalle, según la investigación bibliográfica realizada. Esta aportación al conocimiento puede ser aprovechada en un futuro, pues se podría dar, mediante éste y posteriores estudios, una metodología de diseño razonablemente confiable para este tipo de estructuración al ingeniero de la práctica profesional. Por otra parte, durante el estudio se valoraron algunas de las recomendaciones dadas en las Normas Técnicas Complementarias para diseño y construcción de estructuras de concreto (NTCC-04, 2004), las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas (NTCEM-04, 2004) y las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo (NTCS-04, 2004), en las cuales se considera que este tipo de sistemas pueden diseñarse como dúctiles (Q=4), aunque como se mencionó, no se dan guías suficientes para realizar un diseño que cumpla con dicho comportamiento. Lo anterior puede quedar abierto a cometer algunos errores por falta del conocimiento del comportamiento de estos sistemas estructurales. Aunque a la fecha no se tiene conocimiento de un diseño original, no se descarta la existencia de éstos.
- Diseño sísmico por desempeño de estructuras esenciales desplantadas en suelos blandos del valle de México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2013-11) Diaz Martinez, GerardoEl estudio aquí presentado está dirigido específicamente a los sistemas estructurales de la infraestructura esencial ubicada en la Zona del Lago de la Ciudad de México, la cual se encuentra en inminente riesgo de verse sometida a la ocurrencia de eventos sísmicos de importancia durante su vida útil. El trabajo reportado a continuación representa un esfuerzo encaminado a la formulación de una metodología integral de diseño sísmico que permita que el sistema estructural de las instalaciones esenciales ubicadas en la zona de terreno blando del Distrito Federal cumpla con sus objetivos de diseño cuando se vea sujeto a la ocurrencia del sismo de diseño. Se identifican los casos en los cuales las demandas sísmicas superan los límites aceptables correspondientes al nivel de desempeño de Ocupación Inmediata de las estructuras esenciales cuando éstas se diseñan de acuerdo a los reglamentos actuales de diseño sísmico. Se discuten casos en los cuales un diseño sísmico convencional no garantiza el comportamiento adecuado de las estructuras esenciales y se propone una metodología de diseño basada en desplazamientos que garantice la ocupación de la estructura inmediatamente después de verse sometida a un movimiento severo de terreno. Se corrobora que la metodología de diseño propuesta cumple con el objetivo de mantener la estructura esencial en Ocupación Inmediata ante el sismo de diseño. Mediante demandas sísmicas como rotaciones plásticas y demandas de distorsión máxima de entrepiso se llega a la conclusión de que la metodología propuesta mantiene en umbrales aceptables los valores máximos de las demandas mencionadas. El efecto que sobre las estructuras esenciales tiene la ocurrencia de secuencias sísmicas evento principal – réplicas es estudiado, y se llega a la conclusión de que, en los terrenos blandos del Valle de México, el efecto es más pronunciado bajo ciertas circunstancias relacionadas al contenido de frecuencias del evento principal y la magnitud de la réplica. Se concluye que este efecto puede verse reflejado en un incremento importante de las demandas de distorsión máxima y rotación plástica de los elementos estructurales.
- Reforzamiento de trabes de concreto pretensadas con barras de PRFC externas postensadas desviadas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2017-09) Pinto Carvalho, Luis MiguelEl uso de plásticos reforzados con fibras (PRF) se ha popularizado en las últimas décadas para el reforzamiento externo de estructuras de concreto. No obstante, los límites de la adherencia entre el PRF y el concreto no permiten el uso eficiente de la capacidad del PRF. La aplicación de presfuerzo externo hace más eficiente el uso del PRF, pero requiere cuidado especial en los anclajes y en los puntos de desviación de las barras de presfuerzo. En esta investigación se revisa analíticamente y con ensayes el diseño de un sistema de anclajes comúnmente utilizado en laboratorios con base en tubos de acero rellenos con un mortero altamente expansivo. También se diseña un sistema nuevo de anclajes basándose en cuñas recubiertas con un epóxico, desarrolladas con modelos matemáticos. El efecto de la desviación en las barras de PRF ha sido poco estudiado, por lo cual se desarrolló un modelo analítico para predecir su efecto en la zona de desviación. Con el sistema de anclajes desarrollado y con una predicción adecuada de los efectos de la desviación, se pueden diseñar reforzamientos eficientes y confiables con PRF postensados exteriores para vigas de concreto.