Maestría en Ingeniería Civil

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Análisis del comportamiento mecánico de los aisladores sísmicos de bajo costo expuestos a condiciones medioambientales
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2024) Lemos Micolta, Erika Daniela; Cundumí Sánchez, Orlando
En Colombia, los aislantes elastoméricos no adheridos reforzados con fibras de bajo costo hechos de caucho natural (UN-FREI) y caucho reciclado (UR-FREI) han surgido como una solución para reducir los daños en estructuras de baja altura durante los terremotos. Sin embargo, no se ha estudiado suficientemente su comportamiento frente a la degradación ambiental causada por factores como el dióxido de carbono, agua salada, humedad relativa y radiación UV. Estos agentes pueden comprometer las propiedades mecánicas del caucho, afectando su capacidad para disipar energía. Este estudio evaluó el comportamiento de los aislantes en diferentes condiciones ambientales mediante la caracterización inicial del caucho, ensayos mecánicos sobre prototipos a escala reducida expuestos a ambientes controlados y el análisis sísmico de una estructura aislada. Se determinaron factores de modificación (λae,max y λae,min) que reflejan el efecto del cambio en las propiedades de los aisladores en el comportamiento estructural. Los resultados mostraron que la edificación con aisladores de UN-FREI y UR-FREI, presentan mayores derivas, cortantes basales e indices de sobreesfuerzos con λae,max. Esto pone de manifiesto la necesidad de realizar ensayos sobre los aisladores para determinar factores de modificación que reflejen el efecto de las condiciones ambientales sobre las estructuras a lo largo de su vida útil.
Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de algunos de los edificios de la Pontificia Universidad Javeriana Cali siguiendo los parámetros de la norma asce/sei 31-03 y determinando las curvas de fragilidad para evaluar el riesgo sísmico
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2024) Montenegro Valencia, María Alejandra; Piedrahita Saldaña, Jimmy; Cundumí Sánchez, Orlando
El método a emplear es el establecido por la norma ASCE/SEI 31-03 en su fase inicial denominada TIER I el cual plantea los siguientes pasos: 1. Recolección de datos pertinentes a la conformación geológica, riesgo por fallas, desastres naturales y capacidad portante del suelo del sector y donde está cimentada la estructura; planos arquitectónicos y estructurales; memoria de cálculo del diseño estructural; eventos naturales que se hayan presentado desde la construcción de la edificación y que hayan podido afectar la estabilidad de este. 2. Visita a la edificación para identificar patologías del concreto o algún indicio de deterioro o falencia en los elementos estructurales y no estructurales que puedan representar riesgo para la estabilidad de la obra y por lo tanto para la vida o integridad física de las personas que la habitan. 3. Registro detallado de la visita del inmueble evidenciado por fotos además de la relación del estado de la edificación actual y el cotejo con la información recaudada en el paso anterior. 4. Determinar mediante el análisis de la información el grado de sismicidad de la región. 5. Chequeo de las Listas propuestas por el manual ASCE/SEI 31-03 para la fase TIER I. Para la elaboración de este proceso se cuenta con la ruta de evaluación, establece el flujo de estudio del análisis de vulnerabilidad sísmica para estructuras existentes, dividido en tres fases. Este esquema da una idea rápida de toda la magnitud de la metodología, incluyendo la referencia de las tablas de la ASCE/SEI-31-03, que se deben consultar para determinar si la estructura por su complejidad requiere un análisis TIER II o si puede ser evaluada con un análisis TIER I y que en el proceso de esta primera fase de evaluación se determine si se requiere la evaluación TIER II, y finalmente después de realizarse el análisis TIER II, determinar si la estructura es segura para el nivel de desempeño establecido o si se requiere un mayor grado de investigación como lo es el TIER III, las estructuras que requieran ser avaladas en Nivel 3, se determinará si son o no vulnerables y por lo tanto se recomienda o no ser intervenidas
Evaluación técnica y económica de alternativas de reforzamiento convencional y no convencional para una estructura de tipo nave industrial sometida a nuevas solicitaciones de carga
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2024) Blandón Arenas, Melissa; Cundumí Sánchez, Orlando
En este documento se presenta la comparación entre dos modelos estructurales de la misma edificación, para su reforzamiento derivado de nuevas solicitaciones de carga. El primero de ellos, un modelo estructural convencional de pórticos resistentes y no resistentes a momento de aceroestructural, analizado por el método lineal estático y dinámico. El segundo, con el uso de disipadores de energía de tipo friccionante mediante análisis no lineal (FNA). La estructura objeto de este estudio, corresponde a una nave industrial regular y simétrica, conformada por elementos de tipo celosía en acero estructural, ubicada en el municipio de Yumbo, Valle del Cauca – Colombia. Se implementó como herramienta de diseño el software ETABS de la casa CSI, la cual permitió estudiar el comportamiento estructural del edificio con y sin dispositivos de disipación. A partir de los resultados obtenidos, se realizó la comparación entre ambos modelos, determinando las ventajas y desventajas de la respuesta estructural y del mejor costo beneficio de la aplicación de los reforzamientos estudiados. Finalmente, se obtuvo como resultado la disminución de esfuerzos en la base (corte y momento); por ende, las fuerzas de piso y las solicitaciones en los elementos estructurales fueron menores para la alternativa de reforzamiento con disipadores de tipo friccionante, reduciendo las secciones en vigas y columnas a reforzar, demostrando que es un método efectivo en control y reforzamiento sísmico para la estructura estudiada. Adicionalmente, se comprobó que son benéficamente económicos para su aplicación en este tipo de estructuras
Influencia de la interacción dinámica suelo-estructura en pórticos de concreto con disipadores viscosos incorporados
(Pontificia Universidad Javeriana Cali, 2021) Cortés Arias, Andrés Mauricio; Cundumí Sánchez, Orlando
Las edificaciones indispensables, como lo son los hospitales, centros de comunicación, autopistas, puentes, entre otras, juegan un papel importante en la sociedad. Estas edificaciones son vitales, especialmente después de un desastre natural. Ellas deben permanecer en funcionamiento después de un evento significativo para proveer servicios esenciales a la comunidad. En Colombia, una significativa parte de la población se encuentra en zona de amenaza sísmica media y alta, por lo que los sismos son los eventos a los que se debe tener la mayor preparación. Por lo anterior, durante la etapa de diseño estructural y rehabilitación, la implementación de sistemas de control resulta atractiva para disipar la respuesta dinámica proveniente de sismos. Bajo eventos sísmicos, la respuesta de la estructura puede verse alterada por la interacción entre la estructura y el suelo subyacente. En este trabajo de grado, se evaluó la influencia en la respuesta dinámica a través de simulación numérica al incluir los efectos de la interacción suelo estructura en pórticos resistentes a momento de concreto reforzado con incorporación de sistemas de disipación de energía del tipo de fluido viscoso. Para este análisis, se seleccionaron siete registros sísmicos, considerando su contenido frecuencial y su distancia a la sismofuente. Estos registros se emparejaron los espectros objetivo correspondientes de las normativas considerándolo en una zona de amenaza sísmica alta. De manera similar, el perfil de suelo usado para el análisis se correlaciona con la misma zona de amenaza sísmica. Las estructuras analizadas corresponden a edificaciones indispensables, es decir, de importancia alta, modeladas como pórticos resistentes a momento de concreto reforzado en dos dimensiones. El análisis se desarrolló para cuatro pórticos con configuraciones de luces y cantidad de pisos diferentes a los cuales se les incorporan los disipadores de fluido viscoso. Dos casos son estudiados: considerando y no considerando los efectos de la interacción suelo-estructura (ISE). Los resultados de esta investigación mostraron un incremento apreciable en la respuesta dinámica en términos de desplazamiento, deriva de entrepisos, cortante en la base, cuando se consideró la interacción suelo estructura (ISE).
“Laboratorio Lambda de la Pontificia Universidad Javeriana – Cali: diseño de la edificación y de la plataforma experimental”
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2024) Bastidas Betancourt, Carlos Eduar; Madera Sierra, Ingrid Elizabeth; Cundumí Sánchez, Orlando
El estudio de los materiales de construcción constituye un insumo fundamental para comprender cuál es su funcionalidad al implementarse en la estructuración de proyectos y obras civiles. La constante investigación en materiales nuevos y tradicionales, así como la incorporación de estos en configuraciones típicas y atípicas, ha permitido el desarrollo de códigos de construcción a nivel nacional e internacional que procuran brindar las recomendaciones adecuadas para garantizar la seguridad, preservación de vidas y defensa del patrimonio del estado y los ciudadanos. En este proyecto de grado, se presenta la evaluación y selección de alternativas y el diseño de una infraestructura capaz de ejecutar ensayos en estructuras y elementos estructurales de diferentes materialidades a escalas aproximadas a la realidad para la Pontificia Universidad Javeriana Cali, con el objetivo de detallar su comportamiento ante aplicación de diferentes patrones de carga, generando un impacto positivo a la investigación en el suroccidente colombiano. Esta infraestructura denominada como plataforma experimental se diseñó contemplando la acción de cargas estáticas y dinámicas provenientes de actuadores, así como el efecto asociado a su uso y el de fuentes externas como los terremotos. Se tuvo en cuenta criterios de rigidez estructural para evitar deformaciones excesivas; se analizaron frecuencias de vibración de acuerdo con las propiedades de los materiales y geometría establecida a fin de evitar efectos negativos de funcionamiento como la resonancia; se efectuaron análisis de interacción dinámica suelo –estructura para contemplar el efecto del suelo en la respuesta dinámica de la plataforma y se evaluaron parámetros de desempeño que permitieron obtener un sistema apropiado desde la resistencia y operatividad o servicio. Así mismo, se incluye el diseño y especificaciones de construcción del Laboratorio Lambda de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, el cual se dividió en dos componentes asociados a la estructura de cerramiento de la plataforma experimental y la ampliación de la zona de mezclas del actual laboratorio de la PUJC para permitir espacios multifuncionales. Para el primer componente, se proyectó una estructura metálica, que fue diseñada de manera que no tuviese sobreesfuerzos ni flexibilidades más allá de los requisitos definidos en la normatividad nacional e internacional vigente. Además, se verificó a partir de metodologías basadas en desempeño, su comportamiento esperado ante la aplicación de cargas laterales incrementales y su capacidad de incursionar en un rango de inelasticidad y disipación de energía mediante procedimientos de análisis de plastificación progresiva o también llamados “Pushover”. Para la ampliación de la zona de mezclas o segundo componente del Laboratorio Lambda, se implementaron metodologías de análisis modal espectral para corroborar el comportamiento de la estructura tanto para los elementos existentes, así como para las ampliaciones proyectadas. Finalmente, producto de todos los diseños se obtuvieron las especificaciones y detalles necesarios para la construcción mediante planos estructurales
Propiedades hiperelásticas y viscoelásticas del material de caucho reciclado utilizado como matriz de aisladores sísmicos: estudio experimental y FEM
(Pontificia Universidad Javariana Cali, 2024) Rodríguez Piedrahita, Juan Sebastián; Madera Sierra, Ingrid Elizabeth; Cundumí Sánchez, Orlando
Los peligros sísmicos representan una amenaza significativa para las estructuras en todo el mundo, y los aisladores convencionales a base de caucho tienen un costo prohibitivo para los países en desarrollo. Este estudio investiga las simulaciones de caucho reciclado (RR) como un enfoque alternativo para las pruebas de aisladores sísmicos y la predicción del rendimiento, con el objetivo de reducir la necesidad de pruebas experimentales extensas a través del modelado numérico. La metodología consistió en caracterizar una mezcla RR a través de múltiples modos de deformación (compresión y tensión uniaxial, corte simple, fluencia y relajación). Utilizando un método iterativo de reducción de errores que consideraba todos los modos simultáneamente, el modelo de Bergström-Boyce logró un valor medio de R² de 0,92 sólo para la matriz RR. A continuación, el proceso de calibración se amplió a un prototipo de refuerzo textil RR utilizando distintos coeficientes para diferentes intervalos de deformación. El modelo logró errores promedio de -10.5% en rigidez vertical, 5.2% en rigidez horizontal y 8.0% en relación de amortiguamiento en comparación con los datos experimentales, lo que demuestra su potencial para predecir el comportamiento del aislador. Esta investigación contribuye a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU al examinar soluciones de infraestructura sostenibles y resilientes mediante el uso de materiales reciclados en estructuras resistentes a los terremotos.

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