Año 2017
Artículo 1.-
Diseño sísmico simplificado de estructuras con muros de mampostería aisladas sísmicamente
Arturo tena
Resumen
Se presenta una propuesta de método simplificado para el análisis de estructuras con base en muros de carga aisladas sísmicamente. La propuesta adapta el método simplificado de diseño de estructuras con base en muros de mampostería de las normas de diseño sísmico de México y la propuesta para el diseño del sistema de aislamiento sísmico del método estático de los reglamentos de los Estados Unidos. Además de discutir los conceptos medulares del método, se ilustra su aplicación con el diseño de una estructura tipo, y se demuestra su eficacia en llegar a diseños seguros mediante análisis dinámicos no lineales (paso a paso) de la estructura diseñada ante la acción de una familia de registros de aceleración asociados al espectro de diseño sísmico. Se espera que este método simplificado de diseño ayude a promover el uso del aislamiento sísmico en estructuras de baja altura con base en muros de mampostería y, con ello, reducir su vulnerabilidad ante la acción de sismos intensos.
Artículo 2.-
Análisis de los resultados experimentales de los aisladores de la UFA-ESPE
Roberto Aguiar, Enrique Morales, Iván Delgado
Resumen
El análisis de una estructura aislada requiere de un modelo matemático que proporcione curvas fuerza-desplazamiento que permitan idealizar el comportamiento no lineal del aislador. La propuesta tiene como finalidad usar un modelo simple utilizando las propiedades del mismo y validarlo con datos experimentales de un proyecto real, que permita contar con un modelo que estima en forma razonable el comportamiento del aislador Se presenta un modelo de análisis sísmico de aisladores de triple péndulo de fricción, el mismo que es validado con el ensayo de 81 aisladores, sometidos cada uno a tres ciclos de carga, con una duración de 12 segundos. Por otra parte, se analiza la variación de: coeficiente de rozamiento, rigidez efectiva, factor de amortiguamiento y período de vibración, encontrados en forma experimental y con el modelo propuesto en los 81 FPT
Artículo 3.-
Eber Godínez, Arturo Tena
Resumen
Se presenta un estudio en que se propone una expresión para la determinación de factores de reducción por sobrerresistencia para marcos dúctiles de concreto reforzado con contraventeo metálico tipo chevrón susceptible a pandeo con base en los resultados de análisis estáticos no lineales. Los marcos estudiados se encuentran en el intervalo de los 4 a 24 niveles y se ubicaron para su diseño en la zona del lago de la Ciudad de México. Para el diseño de todos los modelos se empleó una metodología de diseño por capacidad. De los resultados obtenidos, es posible concluir que la propuesta actual de las Normas Técnicas para Diseño por Sismo del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal para estimar los factores de sobrerresistencia debería modificarse y ser dependiente del sistema estructural, como se propone actualmente en algunos códigos de reconocido prestigio internacional.
Artículo 4.-
Victor Roldan, Gustavo Palazzo,Noemí Maldonado, Alberto Guzmán, Francisco Alberto Calderón
Resumen
Hoy en día los anclajes químicos son ampliamente utilizados para la rehabilitación de estructuras de hormigón armado existentes. Esto es debido a que son muy versátiles a la hora de incorporar elementos estructurales metálicos de refuerzo, como por ejemplo riostras metálicas a estructuras de hormigón existentes. En el presente trabajo se estudia la influencia de la fisuración en la capacidad portante de los anclajes químicos sometidos a tracción. Para tal fin se estudió cuáles son los anchos de fisura posibles que pueden presentarse en una estructura de hormigón existente. Posteriormente se realizaron ensayos de arrancamiento de anclajes colocados en bloques de hormigón fisurados y sin fisurar. Los resultados obtenidos se compararon con las ecuaciones para cálculo de capacidad de anclajes dadas en la normativa norteamericana para cálculo de hormigón ACI318-14. Esta normativa no contempla el uso de anclajes en hormigones en los que no es posible controlar el ancho de fisura, por lo que sobrevalora su capacidad. Finalmente se presentan las conclusiones relevantes del estudio realizado.
Artículo 5.-
Análisis no lineal dinámico de estructuras con aisladores FPT con CEINCI-LAB
Roberto Aguiar, David Mora, Evelyn Tipanluisa
Resumen
En este artículo se presentan varías subrutinas que han sido incorporadas al sistema de computación CEINCI-LAB, para hallar la respuesta no lineal de un marco plano con aisladores de triple péndulo de fricción; considerando para el efecto que la superestructura es deformable.
La no linealidad del aislador se ha considerado mediante un modelo bilineal; y la solución de la ecuación diferencial del movimiento se realiza mediante el Procedimiento de Espacio de Estado
Artículo 6.-
Alba Duque, Fabiola Rojas, Hermenegildo Rodríguez, Juan Vielma
Resumen
Para aquellas estructuras que requieren refuerzo existen diversidad de técnicas para solucionar este problema, presentándose como alternativa la fibra de carbono. Este artículo presenta el estudio del comportamiento del nodo exterior viga-columna en Hormigón armado reforzada con polímero de fibra de carbono (CFRP), sometida a cargas cíclicas. Se elaboraron cinco especímenes de nodo viga-columna en forma de T rotada 90°: el primero fue considerado espécimen patrón y no posee refuerzo con fibra de carbono, al segundo se le colocó el refuerzo en los laterales del nodo, el tercero reforzado en la parte superior e inferior del mismo, el cuarto es combinación entre los especímenes dos y tres y por último en el quinto se envolvieron por completo la viga, columna y el nodo. Estos elementos fueron sometidos a un historial de desplazamiento, mediante un actuador, obteniéndose curvas de comportamiento histerético, se analizaron para obtener propiedades como resistencia, desplazamiento, rigidez, ductilidad y energía disipada, para realizar comparaciones. En conclusión, las configuraciones presentaron una variación de la rigidez inicial no considerable y en cuanto la ductilidad, un aumento en la rama positiva y disminución en la negativa. Por último las configuraciones cuatro y cinco presentaron un mejor comportamiento general en los parámetros mencionados.
Artículo 7.-
Horacio de Jesús Nangullasmú, Arturo Tena
Resumen
Se evalúan los resultados obtenidos entre dos programas de análisis estructural, a partir de análisis estáticos no lineales y dinámicos paso a paso, con el objetivo de evaluar el efecto de ortogonalidad en el modelado de marcos de concreto reforzado con disipadores histeréticos de energía apoyados en contraventeo chevrón. Se estudiaron marcos planos y modelos en tres dimensiones con el principal objetivo de comparar sus resultados. Éstos se valoran a partir de curvas de capacidad, mapeos de fluencias inelásticas, periodos de vibrar y ciclos de histéresis de los disipadores utilizados. Finalmente, se presentan comentarios acerca del modelado riguroso en tres dimensiones y del impacto de la rigidez del nudo viga-columna en la rigidez global de la estructura.
Artículo 8.-
Arturo Tena, Pablo Pineda
Resumen
Por su versatilidad y simpleza, el método simplificado de análisis sísmico permitido desde hace varias décadas en los reglamentos modelo de diseño sísmico de México es frecuentemente empleado para el análisis, diseño o revisión de estructuras de baja altura (menores o iguales a 13 m) con base en muros de mampostería. Se han realizado estudios recientes encaminados tanto a mejorar las aproximaciones obtenidas con este método cuando se comparan con métodos más rigurosos, como para revisar sus límites de aplicación por concepto de excentricidades estáticas en planta y la flexibilidad de los sistemas de piso comúnmente utilizados en México para este tipo de edificios. En este trabajo se presentan los estudios encaminados a revisar otro aspecto importante y que es la limitante del método simplificado con respecto a la esbeltez global de la estructura. Para ello, se comparan los resultados de análisis obtenidos con el método simplificado con aquéllos obtenidos con métodos más rigurosos, como el método de la columna ancha equivalente y el método del elemento finito, para estructuras con base en muros de mampostería que cumplen con las demás restricciones del método. En términos generales, este estudio avala con resultados, y no con suposiciones, que el método simplificado pudiera incluso emplearse con confianza para edificaciones de hasta 18 metros de altura y con relaciones de esbeltez global límites cercanas a 2.25.
Artículo 9.-
Respuesta de tanques con base aislada bajo sismos impulsivos
Juan Pablo Cordone, Miguel Tornello
Resumen
El comportamiento de tanques para almacenamiento de líquidos peligrosos ha demostrado su vulnerabilidad frente a terremotos destructivos. Su colapso conduce al derrame de las sustancias contenidas (inflamables, explosivas, tóxicas) impactando negativamente en el medio ambiente circundante y provocando grandes pérdidas económicas para la región donde se encuentran emplazados. El objetivo de este trabajo es determinar la efectividad de los sistemas de aislación sísmica en tanques cilíndricos apoyados que almacenan líquidos peligrosos, y medir la incidencia de determinados parámetros sobre la respuesta. Para lograr esto, es necesario realizar un análisis paramétrico de la historia de la respuesta, con múltiples corridas y un costo computacional elevado. Por ello, en este artículo se propone un método simple y rápido, basado en la resolución del problema a través de la Ecuación de Euler-Lagrange. Como dispositivos de aislamiento se utilizaron aisladores friccionales de simple péndulo de fricción. Como input se utilizaron terremotos con características de movimientos sísmicos impulsivos. Se modelaron un tanque con base fija y otro con base aislada, y se usaron como parámetros de estudio la relación de esbeltez del tanque y, el período y el coeficiente de fricción del sistema de aislación sísmica. Se determinaron las respuestas sísmicas en términos de desplazamientos de la superficie libre del líquido contenido, desplazamientos del sistema de aislación y corte basal normalizado. Los resultados indican que el sistema de aislamiento reduce la respuesta máxima en todos los casos, pero la misma está fuertemente condicionada por las características del registro impulsivo.
Artículo 10.-
Diseño de contraviento y placas GUSSET de conexión para soportar disipadores de energía
Roberto Aguiar, Fernando Del Castillo, Verónica Ávila, Henry Coyago, Atalo Cedeño
Resumen
Una forma de reforzar estructuras es mediante contravientos de acero en forma de V invertida, sobre los cuales puede o no ir disipadores de energía. En este artículo se presenta el marco teórico para el diseño de las Placas Gusset, superior e inferior, que sirven para transmitir las cargas de las diagonales del contraviento a las columnas y vigas de la estructura. De igual manera se presenta el marco teórico para diseñar las diagonales de acero del contraviento, considerando que estas trabajan únicamente a tracción o compresión.
Para facilitar el cálculo, se presenta el uso de varios programas de computación desarrollados en Excel.
Artículo 11.-
Roberto Aguiar, Dennis Ortiz
Resumen
Se realiza el análisis sísmico de un edifico, ubicado en la ciudad de Manta con un modelo que considera base empotrada, aplicando el método espectral se obtienen desplazamientos y fuerzas en el centro de masas de la estructura, para lo cual se emplea el espectro de Manta en componentes E-W y N-S. Luego se presenta la teoría para encontrar la respuesta dinámica espectral de cualquier pórtico que conforma la estructura. Por otra parte se utiliza la metodología de la ASCE-10 para obtener un modelo simplificado de un grado de libertad equivalente y la guía NEHRP-12 para considerar interacción suelo estructura, además, se detalla el cálculo de los factores que se tomaron en cuenta para el modelamiento de una estructura con vigas de cimentación; y, se comparan los resultados de los distintos modelos propuestos. Por último, en base a la deriva de piso se explica el daño registrado durante el terremoto del 16 de abril de 2016, de magnitud 7.8.
Artículo 12.-
Arturo Tena, Gelacio Juárez, Manuel E. Ruiz Sandoval Hernández, Hans I. Archundia Aranda
Resumen
Se presenta un estudio de la evaluación sísmica detallada de un edificio existente de concreto reforzado de catorce niveles y fuertemente irregular que se ubica en la zona de terreno blando de la Ciudad de México y que fue construido a fines de la década de los años sesenta. El objetivo del trabajo fue evaluar estructuralmente al inmueble en su condición actual y revisar que garantizase un nivel de seguridad estructural satisfactorio ante sismos intensos de acuerdo a la normatividad vigente de la Ciudad de México. Para ello, se realizaron inspecciones estructurales y levantamientos in-situ detallados, se hizo un estudio de vibración ambiental, se tomó información de pruebas de laboratorio hechas tanto a los elementos estructurales principales del inmueble (vigas, columnas, muros), al suelo de desplante, más la información de los planos estructurales y arquitectónicos muy completos con que se contaban del inmueble, de manera que se pudieran incorporar a los modelos de análisis y tomarse en cuenta a la hora de hacer las revisiones pertinentes. Se desarrolló un modelo estructural tridimensional muy completo del inmueble en el programa de análisis estructural ETABS, donde se modelan con rigor trabes acarteladas, vigas principales fuera de eje y vigas secundarias, se considera la potencial flexibilidad de los sistemas de piso, se modelan las aberturas de los mismos, se incluyen los muros de elevadores, escaleras, fachadas y sótanos, y se modela la interacción suelo-estructura. Se concluye, a reserva de realizar estudios más complejos mediante análisis dinámicos paso a paso no lineales, que con la revisión estructural hecha conforme al Reglamento vigente, se cumple razonablemente con un escenario reglamentario de seguridad contra colapso. Sin embargo, de presentarse el sismo severo considerado en los espectros de diseño del Reglamento, muy probablemente el edificio tendría que afrontar un escenario de cierre de operación para valorar los daños y tomar una decisión sobre su rehabilitación o su demolición, dependiendo del nivel de daño estructural severo que llegara a presentarse, por lo que se recomendó considerar la posibilidad de reforzarlo con disipadores de energía.
Artículo 13.-
Roberto Aguiar
Resumen
En este artículo se analiza el comportamiento aceptable, de acuerdo a las normas sísmicas del Edificio Fragata, ubicada en la puntilla de Bahía de Caraquez, para ello se determina la ductilidad por curvatura de los elementos estructurales de un pórtico longitudinal y de un pórtico transversal; el cálculo se realiza empleando el método de las dovelas, sin considerar hormigón confinado, debido a que los estribos de las columnas fueron de 8 mm, de diámetro y no de 10 mm, como lo estipulan las normas; en las vigas se tiene estribos de 10 mm, pero de igual manera no fueron considerados ya que la longitud del gancho es de 7 cm y no es de 10 cm, de acuerdo a las normas. Por todo lo expuesto se decidió calcular la ductilidad por curvatura sin considerar la presencia de los estribos y se ve que tienen ductilidades por curvatura bastante altas.
Posteriormente, para los dos pórticos seleccionados, se realizó un análisis no lineal estático empleando la técnica del pushover. No se pudo aplicar el Método del Espectro de Capacidad porque no se disponen de registros obtenidos en Bahía de Caráquez, del terremoto del 16 de abril de 2016, pero se estima que el desplazamiento lateral máximo en el último piso del Edificio Fragata, se encontraba entre 40 y 60 cm, cantidad que es bastante alta; en base a estas dos cantidades se demuestra que la estructura tenía suficiente reserva de energía, la misma que está en concordancia con el daño observado en la estructura después del sismo.
Finalmente, en base a la curva de capacidad sísmica resistente se determina un índice de daño, que varía entre cero y la unidad. La primera cantidad corresponde a una estructura sin daño y la última al colapso. Se encuentra el índice de daño en los dos pórticos analizados, para tener una idea cuantitativa del comportamiento sísmico del Edificio Fragata.
Artículo 14.-
Eber Godínez, Sheila España, Cesar Camacho
Resumen
Se presenta un estudio en que se ilustra el efecto que tiene el criterio empleado para la definición de las rigideces efectivas a flexión (EIe) de los elementos estructurales en el proceso de diseño sísmico de edificios con base en marcos de concreto reforzado no dúctiles. En primera instancia, para evaluar el efecto derivado de emplear diferentes criterios para la definición de las rigideces efectivas en vigas, se estudiaron edificios regulares de 4, 8 y 12 niveles, en que se consideran dos variantes principales: a) la consideración u omisión de la losa en rigidez y, b) la consideración u omisión del efecto del agrietamiento en la determinación de las rigideces de vigas. En estos casos las rigideces de columnas se calcularon con el momento de inercia total de la sección bruta de concreto. Posteriormente, se comparan los resultados de diseños realizados con base en los criterios de diferentes reglamentos para la definición de EIe, dentro de los que se encuentran: a) las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto de México (NTCC-04), b) el Instituto Americano del Concreto (ACI-318-14) y, c) la nueva propuesta de las NTCC de México (NTCC-17). Adicionalmente, se toma en cuenta un criterio en que se consideran a todos los elementos estructurales con secciones no agrietadas. La comparativa se realiza en términos de las propiedades dinámicas, las distorsiones de entrepiso, los volúmenes de concreto reforzado requeridos y los costos asociados. Con base en los resultados obtenidos, es posible concluir que una elección arbitraria de los criterios para definir las rigideces de los elementos estructurales podría conducir a diseños sísmicos no conservadores. Además, se muestra que los resultados derivados de un análisis estructural considerando vigas de sección rectangular con propiedades gruesas no son equivalentes a los obtenidos al considerar vigas de sección T y L con propiedades agrietadas, contrario a lo usualmente considerado en la práctica profesional. Finalmente, se observa que, al emplear las diferentes hipótesis reglamentarias para definir las rigideces efectivas, considerando un criterio uniforme de diseño por rigidez global del sistema, no se obtuvieron diferencias significativas en los volúmenes de concreto reforzado requerido, y por ende, no existen variaciones de importancia en el costo final de los edificios estudiados.
Artículo 15.-
Diseño sísmico resiliente de marcos dúctiles de acero con fusibles estructurales
Arturo Tena, Héctor Hernández
Resumen
Se presenta un método de diseño sísmico eficiente de marcos dúctiles de acero estructural con dispositivos disipadores de energía por histéresis que se emplean como fusibles estructurales. El procedimiento de diseño propuesto tiene la ventaja de que está orientado al método de las fuerzas y a la filosofía general de los reglamentos de diseño sísmico vigentes a nivel mundial, además de emplear conceptos de diseño por capacidad y promover un diseño sísmico resiliente. El método se ilustra con detalle con el diseño de un edificio de 15 niveles, cuya validez y eficacia se evalúa posteriormente mediante análisis estáticos y dinámicos no lineales.
Artículo 16.-
Roberto Aguiar
Resumen
Cuando se construye una estructura con aisladores sísmicos sobre las columnas del primer piso surgen problemas con la construcción de las gradas, debido a que el piso no aislado tiene desplazamientos pequeños en comparación con las del piso superior que se halla sobre aisladores. La solución a este problema se presenta al final del artículo y otro caso más interesante es la forma constructiva de la grada de emergencia que inicia en una estructura que no está aislada y se une a una estructura con aisladores, con este caso finaliza el artículo.
Con este preámbulo, se debe indicar que los Centros de Investigación Científica y de Post Grado de la Universidad de Fuerzas Armadas ESPE, funcionarán en un futuro cercano en 2 Bloques Estructurales con aisladores sísmicos y en 2 Bloques Estructurales con disipadores de energía. En este artículo se habla solamente de los Bloques con Aisladores de Triple Péndulo de Fricción y constituye el segundo trabajo en que se presenta el sistema constructivo. En efecto, en la Revista 2 del Volumen 21, publicado en junio de 2016, se presentó el sistema constructivo de estos edificios pero en base a lo que se tenía a esa fecha.
Luego del terremoto de Ecuador de 2016, que afectó a las Provincias de Manabí y Esmeraldas, quedó en evidencia que se debe cambiar la filosofía de diseño, se debe dejar de pensar que ante un terremoto severo el desempeño de la estructura es salvar vidas; no, el desempeño es que la estructura sea inmediatamente ocupacional. La población no acepta daño en la estructura y con razón por lo que se debe diseñar con aisladores sísmicos y/o con disipadores de energía. Pero al hacerlo de esta forma, existen una gran cantidad de detalles constructivos que es necesario divulgarlos para que las experiencias vividas sean asimiladas por quienes van a diseñar un edificio con aisladores; esta es la razón principal por la que se escribió este artículo.
Artículo 17.-
Reforzamiento sísmico de edificio banco Central de Manta
Roberto Aguiar, Lincoln García, Marcos Zevallos, Jorge Palacios, Edgar Menéndez
Resumen
Se presentan los aspectos más relevantes del reforzamiento sísmico del Edificio del Banco Central de Manta, que fue muy afectado por el terremoto del 16 de abril de 2016, que tuvo una magnitud de 7.8
Básicamente se le confirió mayor rigidez y resistencia, con la incorporación de muros de corte, a la estructura. Por otra parte, se disminuyó considerablemente el peso con el derrocamiento de antepechos y pantallas de hormigón armado que solo eran elementos decorativos.
Otro aspecto importante del reforzamiento estructural, es el cambio de material de las paredes de ladrillo que es rígido y pesado a Gypsum que es flexible y liviano.
