División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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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.
- Análisis de vibraciones en losas encasetonadas por actividades humanas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2024) Huerta Quiroz, Carlos RobertoEl objetivo de este trabajo es desarrollar recomendaciones prácticas para el análisis y diseño de losas encasetonadas ante vibraciones producidas por actividades humanas, mediante estudios analíticos, numéricos y experimentales. Los objetivos específicos son los siguientes: Evaluar diferentes funciones que representen el caminar de personas y la calibración numérica y experimental. Evaluar experimentalmente la respuesta dinámica en una losa encasetonada ante distintas actividades humanas. Evaluar los criterios descritos en las NTCC-21 (2021), para el análisis de vibraciones, mediante análisis analíticos, numéricos y experimentales. Desarrollar un procedimiento simplificado para el modelado equivalente de losas encasetonadas ante el análisis de vibraciones verticales por actividad humana. Estudio paramétrico para evaluar la influencia en la frecuencia natural y en la aceleración de: espesor de capa de compresión, peralte de vigas principales, resistencia a compresión del concreto, inclusión y separación de vigas secundarias, relación de amortiguamiento y rigideces de columnas. Recomendaciones: modelado, diseño y reducción de aceleración.
- Estudio del comportamiento de un tablero de concreto colado sobre lámina colaborante ante acciones laterales(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2023) González Pérez, AlejandraEl objetivo del presente estudio es analizar el comportamiento de losas de concreto colado sobre láminas de acero acanaladas y corrugadas, las cuales son sujetas a cargas verticales y excitaciones sísmicas en distintas zonas. Principalmente, se analizaron los alcances de programas comerciales, modelando el mismo sistema estructural en dos programas comerciales: SAP2000 (CSI-20) y ETABS (CSI-20). Lo anterior con el objetivo de observar las diferencias de resultados entre ambos análisis. En el presente trabajo, se realizó un análisis de los esfuerzos en los elementos sólidos de los modelos rigurosos (modelo refinado). Se observó que entre mayor profundidad del concreto se localicen los nodos, los esfuerzos a tensión aumentan su magnitud. Se obtuvieron esfuerzos de gran magnitud entre la lámina de acero y el concreto, los cuales se considera que están relacionados con los cambios abruptos entre los módulos elásticos de los materiales. Se realizaron análisis de tipo dinámico elástico-lineal paso a paso con el objetivo de analizar la relación entre la influencia del movimiento del suelo en las aceleraciones del sistema de piso, los modelos se situaron en cuatro tipos de zonas: zona de lago, zona de transición, zona de loma y zona de Acapulco. En los análisis se obtuvieron y examinaron los desplazamientos, velocidades, aceleraciones y cortantes basales de los sistemas.
- Análisis de interacción dinámica suelo-estructura con el método de elementos finitos y las NTC S 2020(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2023) Leyva Beltrán, GabrielEl objetivo de este trabajo es evaluar la respuesta dinámica de una edificación desplantada sobre suelo blando en la zona de transición de la Ciudad de México, que incluya los efectos de la interacción dinámica suelo estructura (IDSE), mediante el método de aproximación directa con elementos finitos (modelo integral) y la aproximación reportada en las NTC S 20 (2020). Con los objetivos específicos: Validar el modelo con resortes y amortiguadores con la aproximación de las NTC S 20. Validar el modelo de elementos finitos con el método de aproximación directa. Evaluar la respuesta de ambos modelos y Desarrollar recomendaciones para ambos tipos de modelado.
- Análisis de las variables para el control de vibraciones verticales en losas macizas de concreto reforzado por actividades humanas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco., 2022-12) Cervantes Domínguez, Roberto RashidEn el presente trabajo se proporcionan recomendaciones y metodologías para el análisis de vibraciones verticales en losas macizas de concreto reforzado ante actividades humanas. Principalmente se analizan las vibraciones debido a las actividades del correr, salto, balanceo y caminar humano. En las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto (NTCC-21, 2021) se incluyen disposiciones actuales a las vibraciones estructurales que incluyen un método simplificado para determinar la intensidad perceptible de vibración debido a actividades humanas. Sin embargo, no se especifica el sistema de piso al que se refiere ni el tipo de actividad humana al que es aplicable. Por lo que, el objetivo de este trabajo es desarrollar expresiones prácticas y recomendaciones de diseño para el análisis de losas macizas de concreto reforzado ante vibraciones dinámicas producidas por actividades humanas, evaluando las variables que influyen en las vibraciones, basado en pruebas experimentales y modelos de elementos finitos en 3 dimensiones. El material presentado en esta tesis se divide en cinco capítulos: En el capítulo 1 se desarrolla una introducción sobre los conceptos básicos para el análisis dinámico en losas macizas de concreto reforzado ante actividades humanas, así como las variables principales para el análisis y las funciones de carga dinámicas que representan cada tipo de actividad humana para su aplicación en modelos numéricos. En el capítulo 2 se presentan las características y propiedades de la estructura de estudio, el análisis y la evaluación de vibraciones ente el correr, salto, balanceo y caminar humano por medio de modelos numéricos. En el capítulo 3 se analizan las aceleraciones máximas en la losa maciza de concreto reforzado al modificar los elementos estructurales principales y al añadir elementos como trabes secundarias de concreto reforzado y acero estructural. Con la finalidad de ampliar el estudio realizado en el capítulo anterior, en el capítulo 4 se realiza un estudio particular de la masa modal y frecuencia natural de trabes y losas con distintos tipos de apoyo mediante métodos analíticos y numéricos. Por último, en el capítulo 5 se evalúan expresiones analíticas para el cálculo de la aceleración máxima, 𝑎𝑚𝑎𝑥, basadas en la solución general de sistemas amortiguados de 1GDL ante carga armónica; principalmente se comparan los valores obtenidos analíticamente con valores numéricos y experimentales proporcionados por Caballero (2020), particularmente para la actividad del caminar de una persona.
- 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.
- Evaluación de los anchos de banda de agrietamiento recomendados en la literatura para el modelado de elementos de concreto con modelos continuos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022) Echeverría Medina, EduardoEn el presente trabajo se estudió el modelado del agrietamiento de elementos de concreto ante distintas condiciones. Para esto, en el capítulo 2 se expuso el problema de inestabilidad que se genera al modelar el proceso de fractura del concreto, y se introdujo el concepto de banda de agrietamiento como una solución sencilla a la dependencia del mallado que dicha inestabilidad provoca. Posteriormente, en los capítulos 3 y 4 se desarrollaron las formulaciones de dos modelos constitutivos utilizados en los análisis inelásticos del concreto: el modelo DTC de Juárez-Luna et. al (2014), el cual es un tipo de modelo de daño continuo, y el modelo de Hibbitt (1987), el cual pertenece a la rama de modelos de agrietamiento distribuido. De igual manera se explicó cómo se implementa el concepto de ancho de banda de agrietamiento en ambos. En el capítulo 5 se estudiaron elementos de concreto simple sujetos a cargas que generan principalmente agrietamiento. Se evaluó el uso de distintos anchos de banda recomendados en la literatura, así como la sensibilidad en la respuesta global variando otros parámetros de los modelos, como el tipo de ablandamiento y el grado de refinamiento del mallado. Se compararon los resultados obtenidos utilizando ambos modelos constitutivos, y se discutieron las limitantes tanto de éstos como de los métodos actualmente utilizados para determinar el tamaño de la banda de agrietamiento. Por último, en el capítulo 6 se modelaron elementos de concreto reforzado sujetos a cargas monotónicas y cíclicas. Se utilizó agrietamiento distribuido en el concreto y modelos de plasticidad frecuentemente empleados en el acero, dependiendo del tipo de análisis. Se evaluó la sensibilidad en la respuesta global al variar distintos parámetros de los materiales y de los modelos numéricos, como el valor de la energía de fractura (el cual raramente se conoce) y la magnitud de los incrementos de carga.
- Conexiones de acero con entre vigas I y columnas HSS mediante la mecánica computacional(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-11) Tenorio Peralta, José IsraelSe estudian las conexiones a momento de acero entre viga I y columnas tubulares huecas (HSS), cuya clasificación es en base al uso en marcos resistentes a momento. La calibración y el estudio se llevó a cabo mediante simulación numérica con el programa ANSYS Workbench. El estudio se divide en tres secciones, en la primera sección se calibraron dos pruebas experimentales de las cuales se realizaron seis modelos diferentes. En estos modelos se estudiaron diferentes capacidades del modelo constitutivo para los metales y, como resultado de este estudio, se establecieron las capacidades del modelo constitutivo que se utilizaron para los posteriores modelos que se estudiaron. En la segunda sección se estudió el modelo constitutivo para representar al concreto en la simulación numérica. Se estudiaron modelos básicos para la calibración y entendimiento de este modelo constitutivo. Se utilizó nuevamente como referencia las pruebes experimentales referenciadas como Conexión A y Conexión B; de las cuales se obtuvieron cuatro modelos. A dos de estos se les rellenó la columna HSS con concreto. A estos modelos se les aplicó un patrón de desplazamiento para poder comparar los resultados de la simulación numérica entre cada conexión. En la tercera sección se propusieron tres conexiones diferentes, se obtuvieron seis modelos de los cuales en tres de ellos se rellenó la columna HSS con concreto. En base a los resultados obtenidos, se muestran gráficamente el aporte que tiene la columna rellena con concreto sobre sistema. Como resultado de este trabajo se obtuvo un comportamiento suficientemente aproximado al reportado en las pruebas experimentales. Con esto se propusieron y estudiaron tres conexiones de las cuales no se contaban con pruebas experimentales, obteniendo un marco de referencia para definir su comportamiento estructural, incluyendo las posibles fallas de las conexiones. Además, se plantean una serie de recomendaciones para el uso del programa ANSYS Workbench, se muestra el procedimiento para asignar dos modelos constitutivos y se definen sus alcances y limitantes.
- Análisis de la rigidez dinámica del sistema suelo-cimentación de cajones de cimentación mediante el método de elementos finitos(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-07) Ortiz Cruz, María GuadalupeCuando las cimentaciones se someten a cargas de excitación dinámica durante un sismo, una explosión, paso del tren o bien por maquinaria, su desplazamiento depende de la geometría y rigidez de sus elementos, así como también por el tipo de perfil del suelo en el que se desplantan. En las disposiciones de las NTCS-17 en el cálculo de la rigidez dinámica en cimentaciones someras, se asume que la cimentación es circular e infinitamente rígida, además que el suelo se mantiene en el intervalo elástico lineal, por lo cual la respuesta ante cargas dinámicas surge únicamente de la deformación del suelo de apoyo. También en dichas disposiciones se reemplaza el suelo por resortes lineales y por amortiguadores viscosos, los cuales se definen como la fuerza y el momento requeridos para producir un desplazamiento y una velocidad armónica unitaria del cimiento en traslación horizontal y en rotación, respectivamente y se les conoce como rigidez dinámica. Es muy importante conocer la respuesta de la cimentación durante un sismo, por lo cual esta tesis está enfocada en analizar la influencia de distintos parámetros en la rigidez dinámica de cimentaciones, por ejemplo, la flexibilidad de la cimentación y su geometría utilizando el método de los elementos finitos. Como caso de estudio se utilizan tres cajones de cimentación que corresponden a proyectos construidos en la Ciudad de México. Los cajones tienen distintas formas (uno cuadrado, uno rectangular y uno irregular). La flexibilidad de los cajones se introduce modelando los elementos estructurales que los constituyen.
- Evaluación de la respuesta dinámica del templo de Santiago apóstol de Ocuituco Morelos incluyendo el comportamiento no lineal de la mampostería(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-07) Alvarado Pérez, Oscar JesúsEste trabajo está enfocado en llevar a cabo un estudio del comportamiento sísmico del templo conventual de Santiago Apóstol ubicado en el municipio de Ocuituco Morelos empleando análisis de tipo estáticos y dinámicos. La organización de este trabajo se divide en seis capítulos. En el primer capítulo se exponen los antecedentes, los objetivos y los alcances del trabajo de investigación. En el segundo capítulo se abordan aspectos generales de las fundaciones monásticas del siglo XVI en nuestro país, y se hace una revisión de las técnicas de construcción, materiales, sistemas constructivos y elementos estructurales de estas edificaciones. El capítulo tres está orientado a explorar las aproximaciones de modelado numérico de la mampostería histórica y a definir el modelo constitutivo empleado en los análisis numéricos por el método de elementos finitos. En el capítulo cuatro se muestra el procedimiento de calibración y validación de los métodos estáticos empleados, se exhibe la comparación de los resultados y la correlación del modelo constitutivo sugerido ante un análisis dinámico. Dentro del capítulo cinco se muestran los resultados obtenidos de los análisis estáticos y dinámicos del caso de estudio del templo conventual de Santiago Apóstol de Ocuituco Morelos, así mismo, en este capítulo se aborda aspectos generales de la construcción del modelo numérico a partir de una nube de puntos. Por último, en el capítulo seis se exponen las conclusiones de este trabajo de investigación y algunas recomendaciones.