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  • 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, Omar
    El 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, Eduardo
    En 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 Israel
    Se 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 Guadalupe
    Cuando 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 Jesús
    Este 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.
  • Análisis de vibraciones en losas de concreto colado sobre láminas de acero acanaladas y corrugadas sometidas a actividades humanas
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-06) Gallegos Correa, Félix Josué
    En este trabajo se estudió el comportamiento dinámico de una losa de concreto Colado Sobre lámina de acero acanalada y corrugada (en el que se adoptó como nombre corto: losa de concreto sobre lámina de acero); ante distintos tipos de actividades humanas, particularmente para el caminar y correr de personas. Se evaluaron soluciones cerradas, modelos numéricos y pruebas experimentas. En las soluciones cerradas, se evaluaron seis funciones de carga que describen el comportamiento por el caminar y/o correr de personas, con la finalidad de comparar los parámetros que intervienen en su comportamiento a lo largo del tiempo. Posteriormente, se comparó el cálculo de la frecuencia natural en base a las recomendaciones y especificaciones propuestas en el AISC-97 (1997) y en las NTCEA-17 (2017). En el estudio experimental se realizaron pruebas de vibración libre y vibración forzada en dos tableros de losa de concreto sobre lámina de acero. Previamente, se realizaron modelos numéricos que sirvieron para evaluar las formas modales de la losa de concreto sobre lámina de acero. Con las pruebas de vibración libre se obtuvieron las primeras frecuencias de vibrar, las cuales se utilizaron para validar las frecuencias calculadas con los modelos numéricos y con soluciones cerradas. En ambos tableros se realizaron pruebas de vibración forzada para determinar las aceleraciones debidas al caminar, correr y el brincar de una persona; además, se realizaron pruebas para un conjunto de personas. Estas aceleraciones se evaluaron con los umbrales propuestos en el AISC-97 (1997) y en las NTCEA-17(2017), en las cuales se observa que, la mayoría de las aceleraciones producidas por las actividades exceden las aceleraciones permisibles.
  • Estudio numérico de las rigideces efectivas en elementos estructurales de concreto reforzado
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-06) Silva Lechuga, Dayann Emilio
    En esta investigación se presentan los resultados de un estudio enfocado a evaluar las rigideces efectivas en vigas de concreto reforzado mediante simulaciones numéricas en el plano (2D) y tridimensionales (3D). En los modelos de viga se varía la rigidez axial, en cortante y giro; además de modificar la rigidez en cortante cambiando la carga axial del elemento. Las propiedades de estas vigas de concreto reforzado se tomaron de los diseños de marcos planos reportados por Godínez et al. (2019) y Villafuerte (2020), ubicados en la en la zona de transición de la Ciudad de México. Se realiza un estudio paramétrico, mediante modelos de elementos finitos, en el que se evalúa la influencia en las rigideces efectivas de las variables siguientes: confinamiento, nivel de carga axial, dimensiones de las secciones, relación de aspecto, propiedades mecánicas del concreto y el acero de refuerzo, en la determinación en los miembros estructurales. Los modelos numéricos se realizan con técnicas avanzadas y sofisticadas de elementos finitos empleando el programa midas FEA. Se utilizan elementos finitos sólidos de 4 nodos para discretizar el concreto y el acero de refuerzo con elementos unidimensionales de 2 nodos tipo barra (elementos truss, con comportamiento bilineal; mientras que, el endurecimiento por deformación del acero se idealiza con una superficie de Von Mises), cuyos extremos se ensamblan en los nodos de los elementos sólidos de concreto simulando una adherencia perfecta entre el concreto y el acero de refuerzo. Se emplea un modelo constitutivo con superficie de daño diferente en tensión y en compresión para simular el proceso de falla, el modelo considera la densidad de energía de fractura (Gf), la cual es posible asignarle el valor, siendo capaz de modelar la aparición de grietas en el elemento; además, una función de ablandamiento por deformación que puede presentarse en los miembros de concreto. La rigidez efectiva se evalúa a partir de las curvas de la carga contra el desplazamiento, las cuales decrecen al ocurrir el agrietamiento en el concreto o la plastificación en el acero. Es importante mencionar que el agrietamiento y la plastificación ocurren en las zonas más esforzadas, las cuales se localizan en los extremos y/o en el centro del claro, por lo que el diseñar con un momento de inercia efectivo, calculado usualmente como una fracción del momento de inercia grueso de la sección transversal, empleando un factor “promedio” en toda la longitud de la viga, no parece una estrategia razonable, pues se omiten muchas variables que intervienen en este complejo fenómeno, por ejemplo, la cuantía de refuerzo longitudinal y resistencia a compresión del concreto. Por último, se realizan recomendaciones para el uso de los factores empleados para determinar la rigidez efectiva de vigas de concreto reforzado para garantizar un mejor comportamiento estructural.
  • Solución analítica de problemas con discontinuidades que presentan ablandamiento
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-01) Martínez Miranda, Ángel Uriel
    En este trabajo de investigación, se presenta una formulación variacional que se fundamenta en el modelo de discontinuidades interiores y en las propiedades de la función delta de Dirac. Esto hace posible el tratamiento de la singularidad con los métodos analíticos convencionales del cálculo variacional y, en consecuencia, de solución de ecuaciones diferenciales. Con esta nueva formulación, se desarrollan soluciones analíticas de problemas de medios continuos constituidos por materiales cuasi-frágiles que exhiben una discontinuidad al superar un determinado valor umbral. En este trabajo se presentan las ecuaciones que gobiernan el problema de valores en la frontera del modelo de discontinuidades interiores. Se desarrolla una formulación variacional, en la cual se infiere que la integral de una cantidad física sobre una superficie embebida en un volumen se representa mediante una integral de volumen. Esta integral contiene la magnitud física y la función delta de Dirac, además queda bien condicionada cuando se representa en coordenadas esféricas. Esta formulación se logra a partir de la principal restricción de la función delta de Dirac y la generalización del problema unidimensional a un problema en ℝ³. Se muestra el desarrollo de soluciones analíticas de problemas con discontinuidades que presentan ablandamiento, a partir de la formulación variacional propuesta. Estas soluciones incluyen desde el típico problema de una barra sometida a carga de tensión, hasta la solución de problemas de vigas, considerando la teoría de viga de Timoshenko. Es importante mencionar que la formulación variacional propuesta también se verifica mediante la aproximación del método de los elementos finitos. Finalmente, se presentan ejemplos de aplicación que validan las soluciones analíticas desarrolladas, las cuales modelan el proceso de falla en elementos hasta su colapso. En su mayoría, éstas se verifican con ejemplos reportados en la literatura, los cuales han sido validados con pruebas experimentales o numéricas. En los ejemplos, se demuestra que el trabajo que inducen las cargas externas al medio continuo, es liberado o transformado en la energía necesaria para desarrollar una discontinuidad, de forma que se garantiza que las soluciones analíticas desarrolladas son válidas.