Doctorado en Ingeniería Estructural
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11191/6744
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- Multiple embedded strong discontinuities in closed-form beam-column elements to model inelastic behavior of structures(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024-04) Martínez Miranda, Ángel UrielThe development of novel closed-form beam-column elements with multiple embedded strong discontinuities for failure analysis is addressed in this work. Inelastic material behavior for solid continua and structures, which physically appears as fissures, fractures, shear lines, or other cases, is modeled by the strong discontinuity approach. With this model, the kinematics of the displacement field is enhanced by a discontinuous function associated to a displacement jump (strong discontinuity), which characterizes failure on the macroscopic scale. A localized singularity strain field results from the discontinuous displacement field, which is treated in the mathematical formulation by the Dirac delta function. Multiple embedded strong discontinuities are considered to model several dissipative mechanisms due to high strain localization failures at arbitrary positions in solid continua or structures. These localized failures are captured across a surface associated with a narrow zone in which nonlinear behavior is smeared. Hence, the capability of the formulated elements is reasonably similar to that of finite elements based on distributed plasticity or fine finite element meshes. Moreover, the finite element method and Gauss integration schemes are no used in the developed elements since they are derived from closed-form solutions. Softening behavior, such as fracture or damage, and hardening elastoplastic behavior, such as plasticity, among other cases, are treated with the formulated elements.
- Confiabilidad de estructuras considerando el efecto del daño acumulado en el tiempo(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2023-02) Flores Carranza, Ricardo BaltasarSe propone un enfoque para estimar la confiabilidad estructural en términos de la tasa media anual de falla y factor de confianza. Los indicadores de confiabilidad se estiman asumiendo que tanto la capacidad estructural como la demanda se encuentran normalizadas mediante un índice denominado IDC. A través de este enfoque se obtienen expresiones simplificadas de forma cerrada que evalúan la confiabilidad estructural en estructuras nuevas y adicionalmente, expresiones cerradas que permiten estimar la confiabilidad de estructuras que sufren daño acumulado en el tiempo. El enfoque se formula de acuerdo con el análisis de demanda sísmica de probabilidad de acuerdo con el formato DCFD (Demand and Capacity Factor Design) propuesto en los documentos FEMA-350 y FEMA-355F. Se consideran las incertidumbres relacionadas con las propiedades geométricas y mecánicas, así como las incertidumbres asociadas a la ocurrencia sísmica. Alternativamente, se estiman las incertidumbres epistémicas de acuerdo con un enfoque previo. También, se estiman curvas de fragilidad que consideran el daño acumulado en el tiempo ante secuencias sísmicas considerando incertidumbres mecánicas y geométricas. El enfoque de evaluación de confiabilidad estructural se ilustra en dos puentes continuos de concreto reforzado diseñados para cumplir con distorsión prestablecida de 0.002. Los sistemas están ubicados en suelo de transición de la Ciudad de México. Se presenta la estimación de tasas de falla mediante el enfoque aquí propuesto para los casos a) estructura nueva y b) estructura propensa a sufrir daño acumulado en el tiempo. El enfoque aquí propuesto se compara con un enfoque previo y con la solución numérica o exacta para los casos de estructura nueva y estructura con daño acumulado. Se evalúa la posibilidad de diseñar puentes continuos de concreto reforzado asociados distorsiones prestablecidas llegando a recomendaciones de diseño y tiempos mínimos de inspección. Adicionalmente, se evalúa la fragilidad estructural en un puente de concreto reforzado diseñado para cumplir con una distorsión prestablecida de 0.003. Dichas curvas de fragilidad consideran el daño acumulado en el tiempo, así como las incertidumbres mecánicas y geométricas.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Metodología de diseño sísmico de sistemas de aislamiento de base mediante el control del daño en contenidos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2013-06) Zúñiga Cuevas, OscarEl objetivo principal de esta tesis consiste en desarrollar e implantar una metodología de diseño basada en el control de la aceleración para la concepción de sistemas estructurales aislados. Los estudios en que se basa la metodología contemplan una región sísmica particular (la costa del Pacífico Mexicano), las propiedades de los sistemas estructurales y dispositivos de aislamiento, así como umbrales aceptables de aceleración para equipos e instrumentos hallados en estructuras típicas (casa habitación, escuelas, hospitales, etc.). En resumen, esta tesis establece relaciones entre las máximas aceleraciones que se generan en los entrepisos y su nivel de aislamiento para obtener las propiedades estructurales de diseño para los dispositivos de aislamiento y su superestructura, de tal manera que los máximos niveles de aceleración en los contenidos de interés sean menores que los límites establecidos como aceptables. México, al ser un país con zonas cuya geología (cercanía a las fallas sísmicas, características del suelo, etc.) lo hacen vulnerable a la acción de los sismos, requiere del desarrollo de nuevas alternativas de control para sus estructuras. El presente trabajo considera como escenario el estado de Guerrero, tanto por el hecho de exhibir sitios de terreno firme, como por la gran cantidad de registros sísmicos disponibles.