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 Giovanni
    En 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 Alberto
    Se 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 Fernando
    Trabajo 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, María
    En 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, Hiram
    Se 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, 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.
  • Verificación experimental de los campos de esfuerzo y modelos de armadura en trabes esbeltas de concreto reforzado
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-12) Martínez Valdes, Rodrigo
    Con la intención de mejorar el entendimiento del mecanismo a cortante en trabes esbeltas de concreto reforzado, Archundia y Tena (2015) propusieron un parámetro de esbeltez plástica sustentado en: i) modelos de armadura, ii) definiciones estrictas de las regiones B-D y, iii) una definición con sustento mecánico para la sección crítica por cortante. Aunque la propuesta es consistente con la mecánica del concreto, desde el punto de vista de un diseño con modelos de armadura o un diseño por secciones, requiere de validez experimental. El objetivo general de este trabajo es proporcionar respaldo experimental al marco teórico propuesto por Archundia y Tena (2015) para explicar el comportamiento a cortante de trabes esbeltas de concreto reforzado.
  • 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.
  • Comportamiento sísmico de marcos a momento de acero considerando la influencia de sus conexiones
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-10) Jiménez de la Garza, César Mauricio
    Dentro de este trabajo de investigación se estudia el efecto que tienen diferentes conexiones viga-columna y columna-placa base en el comportamiento sísmico de una estructura de acero. Para lograr este objetivo la primera parte del trabajo se centra en la calibración y análisis de diferentes conexiones viga-columna y conexiones columna-placa base, así como en la calibración y análisis de la zona del panel. En una segunda parte se realiza la calibración de un modelo no lineal de un marco (que incluye el modelado de las conexiones) para que reproduzca la respuesta de un edificio a escala real ensayado experimentalmente en mesa vibradora. La calibración global de este edificio permite verificar que todos los componentes calibrados individualmente tengan una correcta interacción entre ellos. En la parte final se realizan múltiples análisis y comparativas que buscan evaluar la influencia de las conexiones viga-columna y columna-placa base en la respuesta sísmica no lineal de marcos de acero. El resultado de los diversos análisis no-lineales muestra que diferentes tipos de conexiones, tanto viga-columna como columna-placa base, generan diferentes mecanismos de disipación de energía en una estructura de acero. El estudio se centra en marcos momento resistentes de acero formados por vigas laminadas I (IR o W) que se conectan a columnas de sección hueca (OR o HSS).
  • Propuesta de metodología de diseño sismo-resistente para edificios de acero mediante el uso de sistema de control de tendones activos
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-08) Arrieta Sebastián, Jaime
    Ante eventos sísmicos extraordinarios, algunas estructuras han tenido un mal comportamiento a pesar de ser diseñadas bajo procedimientos prescriptivos de diseño sismo-resistente que rigen para su época. Es por esto que los investigadores han desarrollado los sistemas de control estructural activo para mejorar el comportamiento de las estructuras y mitigar el riesgo de daño ante un evento sísmico extraordinario. Sin embargo, a pesar del rápido avance en la investigación de esta innovación tecnológica, tanto analítica como experimental, aún no se cuenta con las directrices adecuadas para incorporarlos racionalmente al diseño sismo-resistente de estructuras nuevas y/o existentes. En este trabajo de investigación se describe una metodología de diseño sismo-resistente, basada en el desempeño, para edificios de acero utilizando el mecanismo de control de tendones activos. Cabe mencionar que la metodología de diseño es una propuesta y se basa tanto de los procedimientos prescriptivos de diseño actuales para la ciudad de México, como de trabajos de investigación existentes en la literatura sobre el control estructural activo, por lo que es susceptible de mejorarse.