Año 2021
Artículo 1.-
NUEVAS FUNCIONES DE CEINCI-LAB PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE PÓRTICOS DE ACERO ACORDE A LA NEC-15
Brian Cagua, Roberto Aguiar, Julia Pilatasig.
Resumen
El Sistema de Computación CEINCI-LAB es una herramienta informática para realizar cálculo sísmico y estático de estructuras, se orienta a la academia e investigación debido a que permite al usuario entender el ingreso de datos, la secuencia de cálculo y los resultados del análisis, también se puede aplicar en consultorías de manera libre.
En este artículo se presenta nuevas funciones de CEINCI-LAB orientadas al análisis y diseño de pórticos de acero; en el análisis sísmico se calcula desplazamientos, derivas y fuerzas de corte en cada piso. En el análisis estático se aplican las cargas gravitacionales y sísmicas para obtener las fuerzas en los elementos, se aplica las combinaciones de cargas de la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-15) y se obtiene las envolventes de la demanda para compararlas con las capacidades de los elementos. También se verifica que la relación viga/columna sea menor a la unidad para que se asegure un comportamiento sismorresistente adecuado con la disipación de energía en las vigas.
Estas funciones permiten que el usuario pueda visualizar los resultados de manera sencilla en gráficos con colores en función de la relación demanda versus capacidad de los elementos, de manera similar a la que se presenta en programas comerciales como ETABS o SAP2000, además el usuario puede adaptar las funciones a necesidades particulares gracias a la bondad que presenta el código libre.
Artículo 2.-
CARACTERIZACIÓN DE LA AMENAZA HIDROLÓGICA DE UN PUENTE CON FINES DEL ANÁLISIS POR SOCAVACIÓN LOCAL
José Giovanni Cruz, M. Consolación Gómez-Soberón, David De-León-Escobedo
Resumen
Se presenta una metodología para la estimación de socavación local de un puente en función de historias aleatorias de los dos parámetros hidráulicos más importantes para este fin: tirante y velocidad media del flujo; estas historias representan aquellas posibles acciones a las que se someterá el puente en su vida de servicio. La metodología se basa en la modelación hidrológica de la cuenca de aportación con ayuda de un modelo digital de elevación del terreno y la calibración del modelo GR4J, para establecer la relación entre la historia de gastos y precipitaciones registradas en una subcuenca. La simulación de eventos de precipitación aleatorios se realizó usando la técnica de simulación por Monte Carlo, tomando en cuenta la dependencia entre estaciones climatológicas mediante la teoría de cópulas bivariadas; los tiempos de llegada se estimaron considerando un proceso de Poisson. El cálculo de la velocidad y tirante se logró resolviendo la ecuación de Manning con un área trapezoidal equivalente. Con la evaluación de la peligrosidad se tiene una estimación más rigurosa de la socavación local que se pronostica en la estructura, con la cual se puede obtener su probabilidad de un estado inseguro.
Artículo 3.-
ANÁLISIS DE PELIGRO SÍSMICO Y EFECTOS DE SITIO PARA LA ZONA METROPOLITANA DE GUADALAJARA
A. Monserrat Buenrostro, Alonso Gómez Bernal, Hugón Juárez García
Resumen
En este trabajo se desarrolló un análisis de peligro sísmico para la Zona Metropolitana de Guadalajara (ZMG), con un enfoque probabilista, mediante la metodología desarrollada por McGuire (2004). La ZMG es localizada en la parte central del Estado de Jalisco en la Costa del Pacifico de México. La ZMG está conformada por seis municipios, Guadalajara, Zapopan, San Pedro Tlaquepaque, Tonalá, Tlajomulco de Zúñiga y El Salto. El peligro sísmico en la metodología probabilista se define con Espectros de Peligro Uniforme (EPU) y considera todas las fuentes sísmicas que afectan a la zona de estudio, se identificaron tres ecuaciones de movimiento y se presenta un estudio de desagregación. Se incluyen efectos de sitio a partir de algunos estudios geofísicos de sitios ubicados en la ZMG. Se determinaron EPUs para terreno firme y para terreno blando de la ZMG. Los parámetros sísmicos de este trabajo, se compararon con la normatividad de diseño por sismo vigente de los municipios de Guadalajara y Zapopan, y encontramos mejores estimaciones sísmicas que las desarrolladas en estas normativas.
Artículo 4.-
SISTEMAS DE PISOS COMPUESTOS CON VIGAS DE ALMA ABIERTA
Marcos Díaz , Luis Hernández, Gastón Parra
Resumen
Este estudio resume una propuesta de cálculo para entrepisos compuestos con vigas de alma abierta, para el cual se tomaron en consideración los materiales disponibles a nivel nacional, la Norma Ecuatoriana de la Construcción y normativas extranjeras. Se expone la diferencia entre estas vigas sin o con segmento especial, destacándose estas últimas por su posibilidad de disipar energía. Las ecuaciones para determinar el momento nominal de la sección fueron desarrolladas en función del tipo de loseta de compresión; losa maciza o lámina de acero (Steel Deck), para el caso de la loseta con lámina de acero también se consideró en el análisis la dirección de las nervaduras y la ubicación del eje neutro plástico. Adicionalmente, se desarrolló el análisis del estado límite de servicio, el diseño de los conectores de corte y el diseño de los elementos constituyentes del alma de la viga; además del análisis de pórticos especiales resistentes a momento con vigas de alma abierta.
Artículo 5.-
Genner Alvarito Villarreal Castro, Marco Antonio Cerna Vasquez, Cesar Ubaldo Espinoza Torres
Resumen
La presente investigación, está orientada al cálculo de edificaciones con muros de ductilidad limitada, considerando la flexibilidad de la base de fundación, conocida a nivel mundial, como Interacción Suelo-Estructura. Para el desarrollo de esta investigación, se manejaron diferentes modelos propuestos por diversos científicos investigadores en el campo de la Ingeniería Estructural y Geotécnica. Los modelos de interacción suelo-estructura estudiados en el presente trabajo de investigación, tuvieron como base las diversas investigaciones publicadas por el Ph.D Genner Villarreal Castro, en donde se reflejan amplios conocimientos y teorías acerca de esta área de la investigación sísmica, teniendo la consideración principal que las estructuras deben de cumplir con los requerimientos exigidos en el país. En el desarrollo de la investigación, se eligieron los modelos más adecuados para plateas de cimentación, considerando la flexibilidad y las propiedades físico-mecánicas del suelo. De igual forma, se desarrolló una metodología de modelación del edificio con muros de ductilidad sobre plateas de cimentación, ante la acción sísmica con diversos ángulos de inclinación y en condiciones reales del Perú, según los requerimientos de la norma de Diseño Sismorresistente E030. Finalmente, se desarrolló el análisis y diseño estructural de la edificación en estudio. En estos tópicos, se desarrollaron diversos puntos como requisitos estructurales, centros de rigidez y masa, análisis sísmico de la edificación, criterios del modelamiento estructural, aplicación del programa SAP2000 y diseño de elementos estructurales.
Artículo 6.-
Delgado D., García L., Frau C. y Vinces D.
Resumen
La necesidad de conocer el tipo de suelo se ha vuelto de suma importancia al momento de diseñar una estructura y en especial el efecto de la interacción suelo-estructura, y especial, si el proyecto se encuentra ubicado en zona de alta sismicidad y considerar los efectos sísmicos sobre la estructura, del periodo predominante del suelo. El presente trabajo aporta con un análisis de los valores del periodo predominante de los Puentes 1, 2 y 3, pertenecientes al ducto Carrizal-Chone para la clasificación del suelo según la Norma Ecuatoriana de la Construcción, ya que es fundamental conocer los periodos de los suelos para caracterizarlos y clasificarlo, de acuerdo con el tipo de suelo será la amplificación de la onda sísmica y una mayor excitación sobre la estructura. Se utilizó el método de Nakamura también conocido como Cociente Espectral H/V, mediante un sismómetro triaxial Geobox SR04, se midieron las vibraciones ambientales en cada puente, tres puntos con tres lecturas cada uno, siguiendo los criterios SESAME. Los registros fueron procesados en el programa Geopsy, se calcularon los periodos predominantes del sitio, obteniéndose rangos de 0,45 a 0,76 segundos, clasificándolos según el tipo de perfil de sitio y se determinó que los puentes uno y dos están ubicados sobre un perfil tipo D y el puente tres sobre un perfil tipo E.
Artículo 7.-
Brian Cagua, Roberto Aguiar, Julia Pilatasig
RESUMEN
Se presenta la metodología de análisis y diseño de un pórtico de acero en el cual se incluye diagonales concéntricas en forma de V invertida (Chevrón) y en X de múltiples pisos. Se utiliza el Sistema de Computación CEINCI-LAB y se presenta una explicación detallada de las nuevas funciones. Estas funciones permiten al usuario realizar análisis sísmico y estático paso a paso, entendiendo la forma en la que se realizan los cálculos, tanto de las propiedades de la estructura como son masa y rigidez hasta el diseño de cada elemento del pórtico. En este artículo se presenta el prediseño de un pórtico de acero con diagonales concéntricas, posteriormente se realiza el análisis sísmico para obtener desplazamientos, derivas y cortante de piso. Además, se verifica la estabilidad de la estructura ante volteo. Se realiza un análisis estático con los estados y combinaciones de carga de la Norma Ecuatoriana de Construcción 2015 (NEC-15), esto permite definir la demanda “D” en los elementos. Se calcula la capacidad “C” de elementos y se presenta de manera gráfica la relación “D/C” para que el usuario pueda verificar que este factor sea menor a 1. Finalmente se realiza el análisis por capacidad de la estructura para definir el diseño. En la estructuración de pórticos de acero con diagonales concéntricas el diseño por capacidad consiste en diseñar las vigas y columnas en función de la resistencia esperada en las riostras, considerando dos casos, el primero es cuando las riostras desarrollan su máxima capacidad a tracción y compresión y el segundo es cuando las riostras en compresión pierden su capacidad debido a pandeo y se tiene una resistencia residual máxima del 30% de su resistencia a compresión. La filosofía de diseño sismo resistente de este sistema estructural manifiesta que se debe concentrar el daño durante un evento sísmico en las riostras, posteriormente en vigas y evitar el daño en las columnas. Esto se traduce en diagonal fuerte para soportar las solicitaciones, vigas más fuertes para controlar las fuerzas desarrolladas en las diagonales y finalmente columnas mucho más fuertes para cuidar la estabilidad global de la estructura.
Artículo 8.-
Jordy Joseph Sosa Rodas, Genner Alvarito Villarreal Castro
RESUMEN
Un estudio paramétrico de vigas compuestas de acero y concreto conectadas con pasadores de corte se examina numéricamente con ABAQUS en esta investigación analizando su comportamiento a flexión en estado límite de servicio. Los resultados servirán de apoyo a investigaciones futuras para la optimización de la normativa actual la cual aún es conservadora. El modelado se discute en detalle para proporcionar directrices a futuros modeladores numéricos en esta área y se evalúan las diferentes opciones de interacción mecánica, mallado y concepción de los modelos constitutivos de los materiales. El modelo numérico empleado en el estudio paramétrico se validó replicando los resultados de un modelo equivalente al del estudio (Prakash et al., 2011) el cual posee un ensayo experimental de referencia para su propia validación. El modelo de plasticidad por daño no lineal se considera para modelar el comportamiento frágil del concreto y se utilizan curvas bilineales elasto-plásticas para modelar los diferentes tipos de acero al carbono. La validación del modelo se realizó comparando la capacidad de absorción de energía, el deslizamiento en la interfaz, el agrietamiento y el aplastamiento del concreto, y la fluencia y el pandeo local de los patines de la viga de acero con los valores correspondientes obtenidos del experimento y el modelo numérico en (Prakash et al., 2011). La capacidad de absorción de energía de la viga compuesta obtenida del FEA (Finite Element Analysis) demuestra estar por lo menos en un 90% correlacionada con los valores medidos en el experimento, algo que concuerda con el porcentaje de error esperado en resultados de simulación. Respecto a la normativa, se concluye que posee limitantes en cuanto a variaciones de fy en la viga, efectos de deslizamiento en la interfaz y variaciones de fu elevadas en los pasadores de corte a diferencia de los resultados FEA.
Artículo 9.-
Ortiz David, Reinoso Eduardo, Calderón María O.
RESUMEN
En esta investigación se efectúa una breve descripción de los daños y la rehabilitación del puente Corpac de Tingo María, Perú con base en información recabada de distintos medios de comunicación e investigación de campo in situ, registrándose que, debido al tránsito de vehículos que excedieron la carga máxima permisible y a la falta de mantenimiento de la obra de infraestructura vial, se produjeron varios daños, tales como un deslizamiento en el patín inferior de la viga del carril izquierdo con dirección a Castillo Grande y una fractura a lo largo de la soldadura entre algunas placas y vigas de acero. Para las reparaciones se efectuaron soldaduras empleando electrodo E 7018. Posteriormente, en este trabajo se analizan los problemas sociales y económicos derivados del cierre vehicular del puente con base en información obtenida de entrevistas estructuradas y no estructuradas, documentándose que se produjo un gran descontento social por la inflación, así como grandes afectaciones en algunos negocios. Para evitar problemas más graves en el futuro, por ejemplo, un colapso que propicie víctimas humanas o mayores pérdidas económicas se sugiere que las autoridades correspondientes tomen medidas estrictas para controlar el tránsito vehicular del puente Corpac. Además, se recomienda comisionar a Ingenieros especialistas en Estructuras para realizar inspecciones más continuas de esta construcción, llevar a cabo un correcto mantenimiento de la obra de infraestructura y construir vías alternas para el beneficio de la población.
Artículo 10.-
ESTADO DEL ARTE SOBRE EXPERIMENTACIÓN Y MODELACIÓN DE NUDOS HÍBRIDOS DE HORMIGÓN ARMADO Y ACERO
Yordy Mieles, Rafael Larrúa, Mavel Pardo
RESUMEN
Internacionalmente se reportan una gran variedad de sistemas estructurales donde interactúan elementos de* hormigón armado y acero, lo que da lugar a la necesidad de la utilización de nudos, denominados híbridos, que garantizan la unión entre los elementos y un adecuado comportamiento global de la estructura. Un ejemplo de lo anterior en el contexto ecuatoriano, es la difundida utilización de sistemas constructivos con losas compuestas de hormigón y láminas de acero (steel deck) en edificaciones con pórticos de hormigón armado, con una notable dispersión en las tipologías de nudos híbridos utilizados, los que en general no cuentan con una fundamentación rigurosa. Lo anterior ha conducido al desarrollo reciente y actual de investigaciones teóricas y experimentales sobre el tema, con énfasis en el estudio del comportamiento de nudos híbridos entre vigas de acero y vigas de hormigón armado, lideradas por la Universidad Técnica de Manabí (UTM); como parte de estas, en el presente artículo se expone una síntesis del estado del arte sobre experimentación y modelación de este tipo de conexión, y se esbozan algunos resultados alcanzados en la investigación en curso. Pudo constatarse que no existen antecedentes de investigaciones experimentales o numéricas específicas en la tipología actualmente valorada en la UTM. Se resalta el rol y potencialidades de cada herramienta de investigación, experimentación y modelación, así como de su integración, en las investigaciones recientes en el ámbito de los nudos híbridos, como es usual en el contexto de la ingeniería estructural.
Artículo 11.-
Roberto Aguiar, Brian Cagua, Julia Pilatasig
RESUMEN
La estructura del parqueadero de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí ULEAM, que fue afectada por el terremoto de Pedernales de 2016 (M=7.8) es bastante interesante, por lo que se decidió utilizarla para presentar algunas funciones del sistema de computación CEINCI-LAB; la generación de la geometría de los pórticos se la realiza en forma cronológica utilizando las funciones desarrolladas en el 2008 hasta las nuevas funciones obtenidas en el 2021. Paralelamente a la presentación de las funciones que conducen al cálculo de la matriz de rigidez lateral y de la matriz de rigidez en coordenadas de piso, para el análisis sísmico en 3 D, se presentan aspectos relacionados al daño que tuvo la estructura durante el terremoto de 2016 y la forma como se reparó y reforzó la estructura. La principal falla que se dio en el diseño estructural original fue la generación de pórticos con columna corta en la periferia del edificio y en el eje central fue más grave, ya que se tenía losas a diferente altura a los dos lados. Se indica la forma como se eliminó el problema de columna corta. Se indica la forma cómo se obtiene la matriz de rigidez lateral en un pórtico de hormigón armado, reforzado con diagonales concéntricas en la planta baja y con disipadores de energía TADAS colocados sobre diagonales en los pisos superiores, modelando el conjunto diagonal-disipador mediante una diagonal equivalente.
Artículo 12.-
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA Y SU INFLUENCIA EN LA RESPUESTA SISMICA DE EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO
Genner Alvarito Villarreal Castro, Cristhoffer Tito Aguila Gómez
RESUMEN
En la investigación se desarrollan los conceptos fundamentales que permiten interpretar y entender el análisis dinámico con interacción suelo-estructura y su influencia en la respuesta dinámica de edificios regulares de concreto armado. Se explica de forma detallada los métodos de subestructura y FEMA 440 que evidencian la interacción suelo-estructura en los modelos de edificaciones, a través de la modelación del suelo por constantes elásticas en la base y mediante la reducción del espectro de diseño respectivamente. Se presenta un conjunto de fórmulas para calcular la rigidez dinámica y el amortiguamiento de fundaciones de tipo superficial (Losa de fundación). Para el cálculo con el método del FEMA 440 se expone una serie de pasos estructurados que permiten incluir la interacción suelo-estructura dentro del espectro de diseño sin modificar la simplificación que habitualmente emplean muchos ingenieros calculistas de empotrar la base de los modelos estructurales. Haciendo uso de estos métodos se evalúa el comportamiento dinámico de edificaciones de 4, 8 y 12 niveles, cada uno de ellos apoyado en un estrato de arena densa y un estrato de arcilla blanda. El análisis dinámico empleado corresponde a lo indicado en la norma técnica E030 del Perú. Con base en los modelos estructurales, en los resultados se presentan periodos de vibración, fuerzas cortantes en la base, deformaciones máximas de piso y derivas de piso de cada edificio con cada método propuesto, y se realiza una comparación con un grupo de control que corresponde al criterio de mantener los apoyos con una rigidez infinita en los modelos estructurales. Luego del análisis se evidencia variaciones que permiten concluir que considerar el análisis dinámico por interacción suelo-estructura si tiene una influencia en la respuesta dinámica de estructuras de edificación. Esta variación se hace más evidente a medida que se tiene mayor porcentaje de degradación del terreno ante la ocurrencia de un evento sísmico.
Artículo 13.-
Alejandra Guadarrama, David De León
RESUMEN
En México se han desarrollado estándares para nuevas estructuras, pero los criterios y pautas de reparación no se han afinado tan bien como los estándares para nuevas estructuras. En este trabajo se exploran tres de las recomendaciones de reparación incluidas en la guía técnica de rehabilitación sísmica de la infraestructura física educativa de México para tres escuelas ubicadas en áreas de alta amenaza sísmica, que sufrieron daño durante el sismo del 19 de septiembre de 2017, evaluando la confiabilidad de la rehabilitación a través de una formulación de riesgos y resiliencia. Para ello se calculan las probabilidades de falla y costos esperados en el ciclo de vida para cada escuela. Se analizan los estados límite de falla y de servicio en función de la amenaza sísmica de cada sitio. Se evalúan algunas alternativas de esquemas y niveles de reparación para reducir la probabilidad de falla global. El costo esperado en el ciclo de vida se calcula en términos de las posibles consecuencias de la falla, como posibles muertes, la pérdida de contenido, las reparaciones y el costo de pérdida asociado con la transferencia de actividades a otras instalaciones mientras se repara o reconstruye la escuela. Las probabilidades de falla de las escuelas estudiadas se redujeron de 0.032 a 0.0029, de 0.041 a 0.0028 y de 0.026 a 0.0026 donde las probabilidades reducidas son el promedio de las que resultan para las 3 alternativas de reparación. El procedimiento permitió identificar que el modo de falla dominante fue el de flexión y que la alternativa de reparación con ángulos de acero fue la mejor en reducción en probabilidad de falla y en costo esperado en el ciclo de vida.
Artículo 14.-
Nery F. Pizarro, Miguel E. Tornello, Nelson D. Agüera, Gustavo Gioacchini
RESUMEN
Los edificios educativos construidos antes de la normativa vigente deben ser evaluados, de acuerdo con su vulnerabilidad sísmica, debido a su gran importancia para la sociedad. Los resultados obtenidos permitirán a las autoridades brindar una respuesta programada para la adaptación sismorresistente de aquellos edificios que lo requieran. El presente trabajo evalúa, por medio de dos métodos cualitativos, el nivel de la seguridad sismorresistente de cuatro colegios situados en el Centro-Norte de la provincia de Mendoza, Argentina. zona de elevado riesgo sísmico. El trabajo considera los resultados del método que determina un Índice de vulnerabilidad adecuado a los edificios educacionales para luego compararlos con la metodología de “Determinación Visual Rápida” “RVS” del FEMA P-154. Los resultados se compararon mediante una regresión para darle una mejor validez. Los resultados encontrados muestran compatibilidad con uno de los niveles de aplicación del FEMA P-154.
Artículo 15.-
Brian Cagua, Roberto Aguiar, Julia Pilatasig, Alejandro Bonilla
RESUMEN
En este artículo se presenta la metodología de análisis y diseño de un pórtico de acero con diagonales excéntricas en forma de V invertida (Chevrón), con el elemento de enlace en el centro. Se ilustra el procedimiento de análisis y diseño mediante el Sistema de Computación CEINCI-LAB y se describe una explicación detallada de las nuevas funciones. Mediante estas funciones el usuario puede realizar análisis sísmico y estático paso a paso, con ello, se puede entender el procedimiento de cálculo. Se ilustra un ejemplo de prediseño de un pórtico de acero con diagonales excéntricas, en el cual, se realiza el análisis sísmico para obtener desplazamientos, derivas y cortante de piso. Además, se verifica la estabilidad de la estructura ante volteo. Se realiza un análisis estático con los estados y combinaciones de carga de la Norma Ecuatoriana de Construcción 2015 (NEC-15), esto permite definir la demanda “D” en los elementos. Se calcula la capacidad “C” de elementos y se presenta de manera gráfica la relación “D/C” para que el usuario pueda verificar que este factor sea menor a 1. Finalmente, se realiza el análisis por capacidad de la estructura para definir el diseño.
