Maestría en Ingeniería - Estructuras

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Modelación de rótulas plásticas en elementos estructurales de concreto reforzado
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Muñoz Moscoso , Marlyn Arantza; Paredes López, Jairo Andrés; Bedoya Ruiz , Daniel Alveiro; Muñoz Moscoso, Marlyn Arantza [0002012895]; Muñoz Moscoso, Marlyn Arantza [0009000718909123]
Actualmente, se han realizado diversos estudios sobre el análisis no lineal de edificaciones en concreto reforzado implementando programas computacionales. Sin embargo, estos estudios se limitan a respuestas generales de la estructura, sin profundizar en el comportamiento interno de los esfuerzos y deformaciones en los elementos estructurales, especialmente en los puntos de mayor concentración de esfuerzos como lo son los nudos y zonas de plastificación o denominados rótulas plásticas. Las rótulas plásticas son mecanismos localizados que permiten la disipación de energía permitiendo deformación plástica en el caso de esta tesis en la unión de la columna y la viga de un pórtico de concreto reforzado. Esta tesis tiene como objetivo estudiar el comportamiento de las rótulas plásticas mediante el análisis numérico implementando el Método de los Elementos Finitos (FEM) aplicando la teoría de mezclas serie/paralelo. Incluyendo una revisión bibliográfica, diseño del pórtico a partir de la normatividad local vigente, la modelación numérica con el método de los elementos finitos utilizando herramientas computacionales, la comparación del diseño convencional con el FEM y por último la sensibilidad de cuantía de acero. En conclusión, esta tesis pretende contribuir al diseño sismo-resistente y al conocimiento de la ingeniería estructural enfocándose en el comportamiento de las rótulas plásticas mediante el análisis numérico avanzado actualizando procesos de diseño implementando nuevas tecnologías e integrando las teorías de la mecánica del medio continuo (Texto tomado de la fuente)
Evaluación del desempeño sísmico de pórticos resistentes a momentos de acero con perfiles de lámina doblada en frio en viviendas de uno y dos pisos
(Universidad Nacional de Colombia, 2025) Peralta López, Sebastián; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro
Las estructuras de acero son usadas ampliamente en el mundo, en Colombia los primeros edificios de acero datan de la década de 1920. La implementación del Reglamento Colombiano de Construcción Sismorresistente, NSR-10 y el avance de la industria del acero, impulsaron el uso de un sistema en particular, especialmente en la zona rural, el cual consiste en Pórticos Resistentes a Momentos (PRM) de acero con perfiles de lámina doblada en frio. Las viviendas de uno y dos pisos en Colombia, históricamente han sido construidas en mampostería confinada, sin embargo, beneficios como rápida ejecución del sistema, costos inferiores y facilidad del transporte, han impulsado el uso del sistema anteriormente mencionado, sin embargo, la NSR-10 limita este sistema estructural a edificaciones de un solo piso, permitiendo su uso en construcciones de hasta dos pisos únicamente cuando se cumplen condiciones específicas establecidas por la norma. Por lo anterior esta propuesta pretende estudiar el desempeño sísmico de pórticos resistentes a momento de acero con perfiles de lámina doblada en frio en viviendas de uno y dos pisos; para esto se realizará el análisis dinámico no lineal tiempo historia sobre cuatro estructuras de uno y dos pisos sometidos a un conjunto de registros sísmicos de falla lejana de la FEMA P695 escalados al espectro de diseño colombiano para la ciudad de Manizales (Caldas). Las cuatro viviendas fueron tomadas de diseños de edificaciones reales. Luego se realizó un análisis dinámico no lineal tiempo historia (ADNLTH) y se evalúo el desempeño sísmico para las viviendas bajo 12 pares de sismos con una intensidad correspondiente al sismo básico de diseño (DBE) y 12 pares de sismos pertenecientes al máximo considerado (MCE) en las respectivas direccione X y Y. X Finalmente, los resultados obtenidos, mostraron la viabilidad y la pertinencia del uso de este tipo de estructuras para viviendas de uno y dos niveles en regiones con alta sismicidad, dado su adecuado desempeño sísmico dentro del nivel de seguridad de vida (LS) (Texto tomado de la fuente)
Calificación de una conexión PRM de viga I armada a columna tubular compuesta armada con soldaduras de filete
(Universidad Nacional de Colombia, 2025-07) Cardona Jiménez, Alejandro; Garza Vásquez, Luis; Paredes López, Jairo Andrés; Cardona Jiménez, Alejandro [0009000704394253]
Un aspecto crítico en las estructuras metálicas ha sido el diseño y fabricación de las conexiones ya que tienen una gran participación en la respuesta de una estructura ante cargas estáticas y dinámicas. La tipología de conexión que requiere de un estudio más profundo, son las conexiones rígidas, es decir, las conexiones que pueden suministrar estabilidad lateral a las estructuras frente a las fuerzas sísmicas. Por lo tanto, la presente investigación tiene un enfoque en este tipo de conexiones. De la misma manera como se investiga en conexiones que sean resistentes y funcionales y que garanticen un comportamiento satisfactorio ante cargas sísmicas, es necesario evaluar metodologías de fabricación que no sean complejas y costosas. La soldadura en conexiones es un aspecto fundamental para su fabricación, y es uno de los componentes que puede resultar más costosos en toda la conexión debido a la preparación del material y a los rigurosos controles de calidad. El propósito principal de la investigación es garantizar que una conexión tipo columna tubular compuesta armada mediante procesos de soldadura de filete y conectada a una viga en forma de I armada también con soldadura de filete tenga confiabilidad estructural, y esto se hace mediante un proceso de calificación de conexiones, en el que se somete la conexión a una carga cíclica controlada en el laboratorio y en el que se espera que la respuesta dinámica tenga un comportamiento aceptable establecido en las especificaciones del American Institute of Steel Construction AISC en el capítulo AISC-358 [2] que contiene las provisiones sísmicas(Texto tomado de la fuente).
Comportamiento cuasi periódico en un modelo aplicado a la ingeniería estructural por medio de la variación geométrica del oscilador y la frecuencia de excitación
(Universidad Nacional de Colombia, 2024) Medina Avila, Daniel Felipe; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro; Sotelo Castelblanco, Deissy Milena
En el texto se aborda el análisis teórico práctico de un oscilador tipo péndulo invertido, el cual tendrá su aplicación en un ejemplo de un tanque elevado con una bomba que produce movimientos sinusoidales en la parte superior de este. Para ello, se estudió el comportamiento para 1 y 2 grados de libertad; donde 1 grado de libertad es el desplazamiento en x y los 2 grados de libertad son los desplazamientos en x y en y. Se utilizó un análisis en la dinámica de los sistemas oscilatorios. Para ello se usa la metodología de Poincaré, la cual proporciona metafóricamente una radiografía del sistema oscilatorio. Por medio del análisis de los mapas de Poincaré, los números de rotación de Poincaré y los estados de fases del sistema, se analizó la periodicidad de estos y se encontró una relación directa entre la geometría de los osciladores y el cambio del comportamiento en la periodicidad del sistema. De manera que, por medio del cambio en la geometría del oscilador se puede pasar de un sistema periódico de periodo 1, a un sistema con periodo 2,3… hasta un sistema con comportamientos cuasi-periódicos (Texto tomado de la fuente).
Evaluación de la resistencia de muros de mampostería estructural reforzados con ferrocemento mediante ensayos en mesa sísmica bajo terremotos reales
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Roncancio Güiza, Valentina; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro
Colombia se encuentra sobre el cinturón de fuego del pacífico, zona de subducción que produce sismos de gran magnitud debido a la convergencia de dos placas tectónicas. Adicionalmente, el país se encuentra ubicado en la zona de interacción entre tres placas litosféricas: Nazca, Caribe y Sudamericana. Esta configuración geológica convierte al territorio colombiano en una zona de alta amenaza sísmica, poniendo en riesgo la vida de sus habitantes. Debido al déficit monetario y habitacional de la región, la mayoría de las viviendas son autoconstruidas y carecen de un sistema de resistencia sísmico apropiado para suplir con la amenaza natural que enfrenta el territorio, en donde el sistema constructivo prevaleciente es la mampostería no reforzada. Este sistema estructural está catalogado en la norma sismorresistente del 2010 como un sistema de baja disipación de energía, haciéndolo incapaz de resistir la demanda sísmica. Dicho problema exige la incorporación de técnicas de refuerzo mediante materiales que permitan incrementar la resistencia estructural y la seguridad constructiva, con el fin de generar vivienda digna y proteger la integridad de sus habitantes. A través de los años se han incorporado materiales no convencionales en sistemas de construcción tradicional demostrando un buen desempeño estructural. Un ejemplo de ellos es el ferrocemento, material compuesto de malla de alambre y una matriz cementante de mortero, cuya virtud principal es su alta ductilidad, pues la disposición de las capas de malla distribuidas en las dos direcciones de la sección transversal del elemento absorbe los esfuerzos de tracción que ocasionan agrietamiento. El enfoque principal de este proyecto es utilizar un material no convencional, como el ferrocemento, para reforzar externamente un muro de mampostería no reforzada, el cual consta de un núcleo no estructural de arcilla y evaluar su resistencia frente a distintos niveles de aceleración sísmica. La metodología empleada son ensayos experimentales de muros a escala real de mampostería no reforzada y reforzada con ferrocemento, sometidos a carga lateral fuera del plano, la cual es generada por acelerogramas de sismos ocurridos mediante una mesa sísmica, para evaluar su estado de daño y pérdida de resistencia. En este informe se presentan los valores experimentales de los ensayos, comparados con el cálculo teórico de resistencia esperada. Los resultados arrojan que este sistema constructivo tiene aproximadamente 2 veces más resistencia que el sistema no reforzado, al estar sometidos al mismo nivel de aceleraciones. Además, al realizar la comparación teórica de resistencia frente al sistema de mampostería reforzada internamente avalado por la NSR-10 para zonas de amenaza sísmica alta e intermedia, se encuentra que este sistema reforzado con ferrocemento resiste hasta un 27% más que el muro reforzado internamente. (Texto tomado de la fuente)
Investigación analítica y experimental de conexiones mixtas en columnas de acero con barras roscadas preinstaladas y vigas de concreto de resistencia normal para zonas de amenaza sísmica alta
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Gutiérrez Bolaños, Oscar Andrés; Bermúdez Mejía, Carlos Alberto; Ingeniería Sísmica y Sismología
Esta investigación propone una nueva conexión mixta o híbrida para unir columnas de acero estructural en forma de H y vigas de concreto reforzado con dos calidades diferentes de acero como refuerzo extremo en tracción en un sistema de resistencia sísmico de pórticos resistentes a momento. Para evaluar la idoneidad de la conexión, se construyeron tres especímenes de prueba, los cuales fueron sometidos a un historial de desplazamiento cíclico. Dos de estos especímenes fueron configurados con platinas de continuidad ancladas a las vigas de concreto y se evidenció el aporte de estas platinas en la integridad de sus nudos. Las curvas histeréticas obtenidas fueron caracterizadas y sometidas a los criterios de validación de conexiones viga-columna del título F de la NSR-10. Los especímenes superaron los criterios de validación, sin embargo, el espécimen sin platinas de continuidad presentó daño alrededor del nudo, lo cual es inaceptable en sistemas de resistencia sísmico de pórticos. Finalmente, se concluyó que la conexión híbrida propuesta configurada con platinas de continuidad ancladas a las vigas de concreto, las cuales proveen de integridad al nudo, es idónea para ser utilizada en sistemas de resistencia sísmico de pórticos. (Texto tomado de la fuente)
Study of the behavior of shallow foundations under dynamic loads in sands through a physical model using artificial vision
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Gil Osorio, Diego Fernando; Mendoza Bolaños, Cristhian Camilo
Diversas estructuras construidas sobre arenas alrededor del mundo, con cimentaciones superficiales has experimentado daños y colapsos durante y después de terremotos. En general existen dos fenómenos que provocan el colapso, el fenómeno de licuación y los efectos P-Δ. Sin embargo, el comportamiento del suelo granular durante la licuación y los efectos P-Δ no está completamente entendido, esto se evidencia por el número de investigaciones en modelos físicos, modelos constitutivos y propuestas de ensayos de laboratorio alrededor de este tema. Algunas preguntas surgen en este punto: (a) el momento cuando ocurre la licuación y (b) la relación entre el momento de licuación y el momento en el que el colapso estructural inicia. Para hacer frente a estos problemas, se creó un modelo físico 1-g compuesto por un oscilador de un grado de libertad (SDOFO por sus siglas en inglés), capaz de transmitir cargas cíclicas al suelo bajo un modo de vibración rotacional. La metodología de medición se basó en visión por computador), usando la librería OpenCV de Python, lo cual permitió un “movimiento libre” del SDOFO. Durante este proyecto, el empleo de la visión artificial mostró una manera exitosa de obtener desplazamientos y tiempos sin sensores localizados directamente en modelos a pequeña escala en investigación geotécnica. Además, un criterio alternativo de posible licuación basado en la evolución del desplazamiento durante los ensayos fue presentado. De acuerdo a los resultados fue posible definir que la relación entre la frecuencia, la amplitud y el número de ciclos requeridos para alcanzar la posible licuación, y el colapso estructural fue inversamente proporcional. (Texto tomado de la fuente)
Caracterización de modelos estructurales mediante simulación de sismos de Ibagué en mesa sísmica
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Jiménez Puentes, Pablo Arturo; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro; Herrera Castaño, Juan Pablo; Ingeniería Sísmica y Sismología
En el siguiente trabajo de investigación se aplican métodos analíticos y experimentales, con el objetivo de comprender la relación que existe entre las características dinámicas de un conjunto de edificios reales y la construcción de modelos estructurales que tratan de representarlos mediante la caracterización de sus propiedades dinámicas tal como su periodo natural de vibración, partiendo de un conjunto de registros de aceleración que imprimen un empuje lateral considerando los sismos de la ciudad de Ibagué (Tolima) y su localización así como de otras regiones sísmicamente activas, para obtener una respuesta mediante un entorno simulado en mesas sísmica que permita entender la estructura implementada en cada uno de los edificios con diferentes tipos de uso definidos en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismorresistente, NSR-10. La investigación se soporta en la obtención e identificación de una base de datos de registros a partir de la microzonificación de Ibagué y sismos ocurridos recientes por un período de tiempo determinado. Es así como se identifican las zonas de la ciudad que refieren algún tipo de amenaza probable, respecto a las variables sísmicas y su comportamiento con datos de diseño real, cumpliendo lineamientos normativos vigentes, dada su relación de diseño real respecto a los modelos estructurales que los representan mediante la caracterización de su comportamiento dinámico. A partir del análisis aproximado como resultado de la simulación en mesa sísmica que puede tener una estructura, con configuraciones arquitectónicas y estructurales probables, como lo son las encontradas en la ciudad de Ibagué, con la finalidad de disminuir el riesgo sísmico y propender por el diseño de estructuras resilientes a terremotos. (Texto tomado de la fuente)
Nuevo enfoque de diseño sísmico para edificaciones en muros de concreto reforzado utilizando aislamiento en base
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Niño Castaño, Jorge Alexánder; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro; Chalarca Echeverri, Bryan; NIño-Castaño, Jorge Alexander [0000-0001-7374-8552]; Ingeniería Sísmica y Sismología
En América Latina se ha popularizado el uso de muros de concreto reforzado como sistema estructural para la construcción de vivienda en altura, debido a su economía, velocidad de construcción y máximo aprovechamiento de áreas; sin embargo, el sistema se caracteriza por ser de baja ductilidad por la gran rigidez de los muros, motivo por el cual su desempeño se ve comprometido ante la respuesta a los diferentes sismos ocurridos en los últimos años. Para mejorar el desempeño de este sistema estructural, los reglamentos actuales aumentan las exigencias de diseño y de ductilidad con el uso de elementos de borde, aumento de secciones mínimas y aumento del valor de los esfuerzos cortantes mayorados, que al final del ejercicio se concluye en un aumento de costo de construcción de la edificación, y sin la garantía de que se obtenga el máximo desempeño esperado con la aplicación de estas acciones. Así, se debe buscar la forma de optimizar el desempeño de este tipo de estructuras mediante otras maneras que no requieran el aumento de secciones y de cuantías de aceros; y puede ser controlando la demanda sísmica que la estructura tenga ante la presencia de determinados sismos. En este caso, el aislamiento en la base del edificio es una opción que debe tenerse en cuenta pues su uso permite disminuir las exigencias sísmicas sobre la super estructura con lo que se puede llegar a tener un mejor desempeño estructural sin la necesidad de aumentar secciones, resistencias o cuantías de acero. Esta investigación toma tres edificios de 8, 12 y 16 pisos, con estructuras de muros en concreto reforzado de diferentes espesores y resistencias, localizados en zona de amenaza sísmica alta y en un suelo de condiciones y características del tipo D según el Reglamento NSR-10 que rige para Colombia, los cuales se diseñan con el método dinámico espectral elástico, detallando sus elementos, tanto en refuerzos para el alma como los elementos de borde, según los criterios del Reglamento NSR-10. Con el detallado y las características no lineales de los materiales usados para el diseño elástico, se analizan las mismas estructuras bajo el criterio del comportamiento inelástico mediante la implementación de rótulas de plasticidad distribuida en todos los muros. Este mismo procedimiento de diseño y análisis es repetido para los tres edificios equipándolos con aisladores sísmicos, comparando su desempeño sísmico con el obtenido de los análisis de los edificios de base fija. Los resultados muestran que se mejora el desempeño de la estructura aislada ante la ocurrencia de los sismos pasando de un nivel de desempeño de protección de la vida a uno de ocupación inmediata. Adicionalmente se observa que la super estructura de los edificios equipados con aisladores sísmicos tienden a mostrar un comportamiento de cuerpo rígido con derivas de piso equivalentes a solo un 10% de las derivas de los edificios de base fija. También se observa que el rango del valor del factor de reducción por disipación de energía R, establecido por la American Society of Civil Engineers, de 3/8 de R_0 y que no sea mayor que 2.0 ni menor que 1.0, puede ser aplicado para este tipo de estructuras; y, por otro lado, que el uso del aislamiento en base permite disminuir hasta un 50% el acero que es necesario si se diseña el edificio con base fija, superando el nivel de desempeño de la estructura. Se destaca también que las aceleraciones de piso que se obtienen cuando se diseña la estructura de muros de concreto con la base fija, son aproximadamente tres veces y medio el valor de la máxima aceleración encontrada en la estructura con base aislada, lo que implica que el edificio con aislamiento sísmico sea más económico en lo que respecta al diseño de los elementos no estructurales y que, adicionalmente, resguarda más los contenidos del edificio (Texto tomado de la fuente)
Modeling of hysteretic structural systems using multilayer perceptrons and physics-guiding techniques
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Delgado Trujillo, Juan Sebastián; Álvarez Marín, Diego Andrés; Bedoya Ruíz, Daniel Alveiro; Delgado Trujillo, Juan Sebastián [0000-0001-7135-0460]; Ingeniería Sísmica y Sismología
This research develops a framework for the modeling and identification of hysteretic structural systems, which employs multilayer perceptrons and physical principles of structures. This framework consists of three hysteretic models and their training algorithms, and it is based on two models of the scientific machine learning field, called universal ordinary differential equations (UODEs) and physics-guided neural networks (PGNNs). The proposed hysteretic models are UODEs and correspond to equations of motion with system state dynamics, where multilayer perceptrons approximate the unknown components of the dynamics. The training of the models uses the theory of PGNNs and considers data and the physical principles of structures in order to identify the system dynamics and enforce such principles into the models. The proposed framework is validated on experimental data of ferrocement and recycled plastic lumber walls. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación de diferentes enfoques para la modelización del comportamiento estructural de vigas de sección compuesta con SAP2000
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Gutiérrez Aguilera, Pedro Alexander; Bermúdez Mejía, Carlos Alberto
Las vigas de sección compuesta son empleadas en diferentes tipos de estructuras como edificaciones y puentes debido a las grandes ventajas mecánicas que ofrece frente al trabajo individual de cada sección, sin embargo, su comportamiento estructural depende del grado de conexión entre las dos secciones transversales que garantice un adecuado trabajo conjunto. El presente trabajo final evalúa ocho enfoques diferentes (E1 al E8) permitidos por el software estructural SAP2000 para la modelización del comportamiento estructural elástico de la viga de sección compuesta B3 identificada en el estudio de caso de Souici et al. (2013). De cada uno de los ocho modelos se obtienen respuestas estructurales para diferentes cargas (40 kN, 60 kN, 80 kN y 100 kN), como deflexiones en el centro de la luz y esfuerzos máximos en la viga de acero y en la losa de concreto, las cuales son validadas posteriormente con los datos experimentales del estudio de caso en mención. Finalmente se concluye que el enfoque 7 de SAP2000 (E7) a pesar de ser un modelo parcialmente compuesto genera respuestas estructurales elásticas correspondientes a deflexiones en el centro de la luz (δcl) y a esfuerzos máximos en la viga de acero (σmáx acero) más cercanas a los datos experimentales del estudio de caso de Souici et al. (2013) para la viga compuesta B3, mediante la estimación de la rigidez longitudinal de la viga (Kv) propuesta en este trabajo, representando mejor el comportamiento estructural de vigas de sección compuesta. (Texto tomado de la fuente)
Análisis estructural de muros de contención con anclajes activos para infraestructura vial
(Universidad Nacional de Colombia, 2023) Hurtado Arias, Hugo Alejandro; Paredes López, Jairo Andrés
En el presente trabajo de grado se enfoca en el análisis y diseño estructural de muros de contención anclados para infraestructura vial bajo los lineamientos estipulados por el código colombiano de puentes CCP-14. Se tomó un caso de estudio de un muro de contención ubicado en el K2+830 de la variante (variante Tesalia (Asia – Alejandría), para el cual se realizaron modelaciones matemáticas para 3 escenarios de carga; cada uno de los escenarios fue analizado bajo el método de combinaciones lineales de carga y el método de secuencia constructiva, para un total de 6 modelaciones. Posteriormente, se realizaron los diseños estructurales para cada uno de los muros modelados con el fin de tener un análisis global de la estructura relacionada, donde finalmente se realiza la comparación de resultados, donde el análisis por secuencia constructiva resulta ser más realista con el comportamiento de la estructura durante su vida útil, garantizando de esta forma una mayor seguridad en la estructura. (Texto tomado de la fuente)
Modelación numérica por elementos finitos de un recipiente a presión cilíndrico de material compuesto
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Soto Pineda, Diana Yulieth; Paredes López, Jairo Andrés; Soto Pineda, Diana Yulieth; Soto Pineda, Diana Yulieth [0000000283739702]; Diseño y Análisis de Métodos Numéricos
A nivel industrial, se usan recipientes a presión para ejecutar diversos servicios, desde almacenar gases a altas presiones, transportar líquidos, intercambiadores de calor, tuberías, tanques de combustible, fuselajes, calderas entre otros. La presión aplicada al recipiente depende del tipo de uso, su geometría puede ser cilíndrica o esférica, comúnmente se fabrican en aceros aleados, pese a que este material es pesado y vulnerable a la corrosión. En la actualidad, se estudian los materiales compuestos, que presentan alta resistencia, sin problemas de corrosión y bajo peso. En un material compuesto, hay un material simple que es más ligero y resistente que hace las veces de matriz, y se une con material fibra de resistencia mayor, su combinación da lugar al compuesto. Esta tesis de investigación estudia los esfuerzos que experimenta un recipiente a presión cilíndrico vertical, hecho de un material compuesto de matriz metálica de aluminio y fibras de boro, y se compara con un recipiente de acero. El material compuesto consta de tres capas, cada capa con una participación de un tercio, se diseñó empleando la teoría de mezclas serie/paralelo, una importante teoría que permite predecir el comportamiento del compuesto y obtener una matriz constitutiva del mismo. Se crearon dos modelos para calibración de parámetros, con la teoría de mezclas serie/paralelo se diseñó el material compuesto y se estimaron los esfuerzos teóricamente, que posteriormente se compararon con los resultados obtenidos en las herramientas de análisis por elementos finitos en APDL. Con la teoría de membrana en cáscaras, se estimaron teóricamente los esfuerzos tangenciales y longitudinales a una presión interna de 15 MPa, se contrastaron con los resultados del modelo en acero y el modelo en el material compuesto calibrado. De los resultados, se identificó mejor rendimiento del recipiente a presión en material compuesto frente al recipiente a presión de acero, se estimó una reducción del peso total en el modelo en material compuesto respecto al modelo en acero y adicionalmente se eliminó la vulnerabilidad a la corrosión. Finalmente, se concluye que, sí se cumplieron con los objetivos propuestos al inicio de la investigación, aportando una metodología de análisis que aplica teoría con modelado numérico en conjunto para el análisis y puede ser fácilmente replicada por otros estudios. (Texto tomado de la fuente)
Evaluación del comportamiento del control activo en la reducción del daño usando los criterios del diseño por desempeño
(2020-06-15) Valencia Hernández, Luis Alexánder; Alvarez Marín, Diego Andrés
Las tecnologías de control estructural para aliviar la respuesta estructural ante diferentes cargas dinámicas, especialmente los sismos, se han convertido en un estándar a nivel mundial. Su uso está justificado no solo para la protección de la vida, sino también para la protección de los elementos no estructurales y el contenido propio de la edificación. El propósito de este trabajo de grado es aplicar el control estructural a un pórtico de acero, validando su comportamiento mediante los criterios del diseño basado en desempeño, en el que se entienda de manera más realista el riesgo asociado a la pérdida de ocupación y a las pérdidas económicas como resultado de un sismo futuro.
Análisis de una losa presforzada a través de modelación numérica por el método de elementos finitos
(2020-10-18) Montoya Naranjo, Luis Miguel; Paredes López, Jairo Andrés
El concreto preesforzado, es un sistema constructivo más económico y eficiente que el concreto reforzado, utilizado principalmente en construcción de vigas para puentes. El sistema constructivo realizado con concreto preesforzado, permite mayor capacidad de carga, disminuyendo a su vez la sección de los elementos que se construyan bajo estos parámetros; reduciendo los costos en obra, al disminuir la cantidad de materiales, minimizando el uso de equipos requeridos debido a la disminución de las secciones (Ranzi, Leoni, & Zandonini, 2013). Buscando aprovechar al máximo la capacidad de resistir esfuerzos de compresión del concreto, se utiliza el preesforzado para inducir esfuerzos de compresión antes de cargar la estructura, así cuando las cargas de servicio se impongan a la estructura el concreto nivelará las cargas con el esfuerzo de compresión inducido por el preesfuerzo, con lo cual se quiere lograr que ninguna parte de la sección este sometida a tracción. Trabajar con concreto preesforzado disminuye los efectos negativos del concreto a corto y largo plazo, como es la deformación por carga permanente “creep”, las deformaciones permanentes y el agrietamiento de los elementos sometidos a cargas (Rana, Uy, & Mirza, 2015). La implementación del sistema constructivo ha tenido dificultades en cuanto al análisis debido a las pérdidas que se deben contemplar a corto, mediano y largo plazo. A pesar de que la teoría explica las diferentes pérdidas que se pueden presentar en el concreto preesforzado, se dificulta conocer con exactitud el valor de las mismas. Los esfuerzos de compresión que se generan en el concreto a través del sistema constructivo preesforzado, se logra gracias a la tensión generada en los cables de preesfuerzo; dicha tensión en los cables es trasmitida al concreto, en el momento que se libera la fuerza de los gatos en los cables; cuando se realiza esta transmisión se generan pérdidas inmediatas debidas al desplazamiento que sufren los cables de preesfuerzo dentro del concreto, también el acortamiento que se genera en el concreto debido a los esfuerzos de compresión que se le imponen en el momento del tensado hace que los cables de preesfuerzo pierdan un porcentaje de tensionamiento y finalmente las fuerzas generadas en las zonas de anclajes generando que estos anclajes sufran un desplazamiento al interior del elemento una vez que el cable tiende a encogerse tratando de recuperar su forma original; las perdidas anteriormente nombradas corresponden a las de corto plazo. Sin embargo, los cables a lo largo de la vida de la estructura pierden fuerza al trasmitir la tensión al concreto al estar sometidas a un estado de esfuerzo permanente sufren una elongación lo que se ve reflejado en un relajamiento de los tendones de preesfuerzo, adicional a eso el concreto que contiene los cables sufre cambios volumétricos relacionados con el curado del mismo durante la fase constructiva y por las condiciones climáticas a las que se ve expuesta la estructura durante su vida útil y finalmente el comportamiento del flujo plástico propio del concreto hacen que los cables pierdan tensionamiento dentro de la estructura; estas pérdidas se conocen como pérdidas de largo plazo. Se realizó el modelo de una losa rectangular preesforzada compuesta por vigas perimetrales preesforzadas igualmente, la losa está constituida por concreto de dos resistencias, acero de refuerzo tradicional y cables de preesfuerzo tanto en la parte de la losa como en las vigas. La losa está sometida a carga gravitacional, es decir, solamente será afectada por el peso propio de la estructura, la cual será apoyada en las cuatro esquinas con apoyos que restringen movimiento en el plano cartesiano tridimensional, permitiendo la expansión y contracción libre en las direcciones planas y restringiendo el desplazamiento en la dirección vertical. Para el modelo numérico de la losa preesforzada en elementos finitos, se utilizó el PLCD (Oller et al, 2011), programa desarrollado por un grupo de investigación de CIMNE. Para la implementación propia de Elementos Finitos, se utilizará el software GiD (Melendo, 2018), el cual es un pre y post procesador, que permite definir geometrías, condiciones especiales para la misma en preproceso; mientras el post-proceso permite observar los resultados obtenidos después de realizar los análisis correspondientes a elementos definidos. La interfaz del PLCd (Oller et al, 2011) con la cual se pretende implementar la teoría de mezclas, se carga en la interfaz del GiD (Melendo, 2018), con lo que es posible definir las condiciones del problema en un solo programa, trabajando sobre la geometría establecida, definiendo los materiales compuestos con los cuales se van a trabajar y asignándolos a las entidades que definen la geometría.
Comportamiento Experimental y Modelaje de un Disipador Sísmico de Bajo Daño y de Alta Dureza Aplicable a Uniones Viga - Columna de Marcos de Resistencia a Momento
(2020) Duque Sierra, José Luis; Chanchí Golondrino, José Christian
En esta tesis un disipador sísmico aplicable a uniones viga columna metálicas resistentes a momento y denominado disipador de fricción rotacional es propuesto. Un modelo simple para predecir el comportamiento histerético del disipador también es propuesto. El disipador de fricción rotacional está conformado por dos platinas fijas, tres platinas con ranuras circulares denominadas platinas ranuradas y dos discos circulares. El disipador es ensamblado colocando cada platina fija como cara exterior del disipador, el grupo de las tres platinas ranuradas entre las platinas fijas y cada disco en cada interfaz entre platinas fija y ranurada. Este arreglo de platinas es unido con un pasador central y pernos de alta resistencia. Un total de 24 disipadores fueron ensamblados con pernos de alta resistencia A325 de diámetro 16mm – 22mm, platinas fijas, platinas ranuradas y pasadores centrales de Acero A36 y con discos de Aluminio, Acero A36, Cobre, y Fleje templado. Los disipadores fueron ensayados cuasi-estáticamente entre dos y cuatro veces, sin re-tensionamiento o cambio de pernos, sin cambio de discos o platina ranuradas y con un tiempo entre ensayos de 40 minutos. Los resultados muestran que el ciclo de histéresis del disipador es aproximadamente rectangular. La fuerza definida por la meseta del ciclo de histéresis denominada fuerza de rotación del disipador es desarrollada cuando las platinas ranuradas son forzadas a rotar alrededor del pasador central y de los pernos de alta resistencia superando la fricción inducida por los pernos de alta resistencia en las interfaces entre las platinas ranuradas y los discos. La repetibilidad de la fuerza de rotación es baja para discos de dureza similar a la dureza de la las platinas ranuradas y se incrementa con el aumento de la dureza de los discos respecto a la dureza de las platinas ranuradas. Incrementos en la dureza de los discos también generaron reducciones en la fuerza de rotación. Los resultados también muestran que la fuerza de rotación se incrementa con la fuerza de ensamblaje de los pernos y se reduce entre corridas debido a la pérdida de tensión en los pernos como consecuencia de la degradación de las interfaces entre las platinas ranuradas y los discos. Esta reducción en resistencia entre corridas disminuye con el aumento de la dureza de los discos respecto a la dureza de las platinas ranuradas. El modelo propuesto muestra que los ángulos asociados a las rigideces de carga y descarga del ciclo de histéresis pueden ser asumidos de 90° logrando aproximaciones sobre los resultados experimentales del 78% - 94%. El modelo también muestra que la fuerza de rotación del disipador puede ser calculada asumiendo que el disipador se comporta como una conexión tipo embrague y usando coeficientes de fricción definidos experimentalmente para las interfaces de rotación entre las platinas ranuradas y los discos. Aproximaciones entre la fuerza de rotación promedio experimental y la calculada con el modelo propuesto de 89% – 115% fueron obtenidas. El modelo propuesto también permite estimar la fuerza máxima y mínima de rotación del disipador usando coeficientes de sub-resistencia y sobre-resistencia definidos experimentalmente y que tienen en cuenta la variación de la fuerza de ensamblaje de los pernos, la variación del coeficiente de fricción y la degradación de las interfaces de rotación entre las platinas ranuradas y los discos.
Análisis del comportamiento estructural y viabilidad económica del aislamiento sísmico de base en dos edificios de concreto reforzado ubicados en zona de actividad sísmica alta en Colombia. Estudios de caso: Clínica “Villa Clemencia” y edificio residencial “Venetto”
(2020) González Gordon, Sergio; Álvarez Marín, Diego Andrés
En la actualidad más de 23.000 estructuras localizadas en 30 diferentes países, han sido protegidas por sistemas de control pasivo, principalmente por los sistemas de aislamiento sísmico y disipación de energía (Martelli, Clemente, De Stefano, Forni & Salvatori, 2014). Para disminuir la vulnerabilidad del 87% de la población colombiana que se encuentra sometida a un nivel de riesgo sísmico apreciable, se hace necesario aplicar metodologías de diseño de edificaciones diferentes a las tradicionales, que aumenten la seguridad ante sismos y permitan suplir la demanda de crecimiento de un país en vía de desarrollo. Por ello, este trabajo presenta una comparación en costos y comportamiento estructural de edificios en proceso de construcción en zonas de actividad sísmica alta en Colombia, diseñados y analizados bajo el método tradicional y con sistemas de aislamiento sísmico de base, utilizando aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB) en conjunto con deslizadores (SB), que permita evaluar la viabilidad del uso del sistema a nivel local.
Comportamiento no lineal de losas compuestas por lámina colaborante, con y sin refuerzo convencional. Modelación experimental y numérica.
(2020) Celis Imbajoa, Edgar Iván; Paredes López, Jairo Andrés; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro; Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales
Esta investigación presenta un estudio experimental y numérico de tres sistemas de losas: losas compuestas sin refuerzo convencional, losas compuestas con refuerzo convencional y losas de concreto reforzado de sección transversal multi-trapezoidal (losas macizas que siguen la geometría de la lámina colaborante), en el que se desarrolló ensayos experimentales a flexión de 54 especímenes a escala real y construcción de modelos numéricos aplicando el método de análisis no lineal de los elementos finitos (FEM), la teoría de mezclas serie-paralelo y los modelos constitutivos de los materiales simples: modelo elasto-plástico para el acero y modelo de daño isótropo para el concreto. Se analizó los resultados obtenidos, tales como los efectos de la resistencia a la flexión, la esbeltez, la deflexión, la carga máxima, los esfuerzos en el compuesto y en cada componente, carga máxima última, carga máxima por servicio, el grado de adherencia, la ductilidad y el cortante horizontal por adherencia. Los resultados establecieron que la capacidad a flexión depende de la relación de esbeltez, el grado de adherencia y la configuración geométrica de las losas. Del análisis numérico, se presentó una gran diferencia del comportamiento entre losas compactas y losas esbeltas, donde para losas compactas el modelo no se ajustó a los resultados experimentales (Texto tomado de la fuente)
Performance-Based Seismic Design of structural walls using a hysteretic multilinear model
(2019-04-05) Herrera Castaño, Juan Pablo; Bedoya Ruiz, Daniel Alveiro (Thesis advisor); Hurtado Gómez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
In recent years, innovative structural systems based on Recycled Plastic Lumber walls (RPLW), precast ferrocement walls (PFW), and hollow reinforced concrete walls (HRCW) have been proposed for one and two-story housing so as to lessen the housing deficiency. This thesis presents the results drawn from cycling loading tests carried out over these three types of structural walls, in order to determine their strength, hysteretic behavior, ductility, energy dissipation capacity, equivalent viscous damping, and damage limit states. With the aim to assess their performances for the Design Basic Earthquake (DBE) and the Maximum Considered Earthquake (MCE), it was developed a nonlinear dynamic analysis methodology focused on the Performance-Based Seismic Design philosophy, which uses the Mostaghel’s multilinear hysteretic model to represent and describe accurately the actual inelastic behavior and energy dissipation capacity of the structural walls; for the parameter identification of this hysteretic model, a novel procedure that uses the simple Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm was proposed, which estimated in a good way the experimental hysteretic behavior of the walls, so the models were good enough for simulation purposes. Additionally, the IO, LS, and CP structural performance levels were related to the damage limit states and several assumptions were made to obtain performance-based seismic assessments as realistic as possible. Also, sets of actual recorded and artificial ground motions were employed to validate the use of the methodology, which were scaled to achieve the spectral matching with the NSR-10 target spectrum. Using the median of the Incremental Dynamic Analysis (IDA) results, the performance points of the RPLW fell within the LS and CP ranges for the DBE and the MCE, respectively, which evidences that this structural system meets exactly the basic safety performance objective established in the design philosophy of the NSR-10 building code. On the other hand, the performance points of the PFW and HRCW fell within the IO range for both earthquake hazard levels, which demonstrates their excellent seismic behavior. The obtained results approve the use of these structural systems for one and two-story housing
Confiabilidad Inversa, Optimización basada en Confiabilidad y Optimización del Riesgo Estructural usando el gráfico de confiabilidad
(2019) Riaño Lopez, Daniela; Hurtado Gomez, Jorge Eduardo (Thesis advisor)
El diseño estructural empleando métodos deterministas, es decir, usando métodos en los que no se tienen en cuenta la incertidumbre han sido el común denominador en el momento de diseñar estructuras dada su fácil aplicación; sin embargo estos no tienen en cuenta factores como la variabilidad en las propiedades de los materiales, cargas o el costo monetario de manera explícita, ya sea representado en maximizar las ganancias o en minimizar gastos. En esta tesis se muestran tres métodos alternativos para el diseño de estructuras: Confiabilidad inversa (IR), Optimización basada en confiabilidad (RBO) y Optimización del Riesgo (RO), los cuales representan un enfoque alternativo al diseño clásico de estructuras. Adicional a esto, se muestran estos procesos de optimización vistos desde el gráfico de confiabilidad, este método aborda el diseño estructural de una manera visible trasfiriendo la información de un número determinado de dimensiones a un espacio de dos dimensiones. Se hablan de las ventajas y desventajas de la representación en el gráfico de confiabilidad y finalmente se dan unos ejemplos que muestran la efectividad de este mecanismo

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