Nuevas tendencias en el diseño de materiales y estructuras

El presente texto incluye temas como las nuevas herramientas para la modelación de diferentes problemas relacionados con la Ingeniería Civil; la implantación de un modelo matemático para el análisis dinámico no lineal de las viviendas prefabricadas, que permite simular el comportamiento histerético del sistema estructural de la vivienda a partir del comportamiento cíclico experimental; las herramientas de la inteligencia artificial (las redes neuronales) para la modelación de fenómenos complejos presentes en el comportamiento de algunos materiales, en este caso en tres arenas típicas y su relación esfuerzo-deformación; nuevos enfoques en el diseño de estructuras y materiales, nuevas tendencias de diseño tanto de las estructuras como en los materiales compuestos; una perspectiva sobre nuevos materiales compuestos o alternativos, que proponen materiales de origen natural combinados con materiales tradicionales en la industria de la construcción. Presenta una breve descripción de los materiales compuestos, tipo sándwich, y propone un nuevo compuesto a partir de conglomerados de material vegetal y ferrocemento. E incluye el estudio de los suelos residuales estabilizados con cal y se evalúa su comportamiento mecánico.PRÓLOGO............. 15 PRESENTACIÓN.............. 17 Primera parte Nuevas herramientas para la modelación de problemas en Ingeniería Civil Capítulo 1 APLICACIÓN DEL MODELO DE Bouc y Wen EN EL ANÁLISIS SÍSMICO DE VIVIENDAS PREFABRICADAS Daniel Alveiro Bedoya Ruiz 1.1 INTRODUCCIÓN.............. 21 1.2 AVANCES EN EL MODELO DE Bouc y Wen............. 23 1.3 SISTEMAS HISTERÉTICOS NO LINEALES............ 27 1.3.1 Ecuación de movimiento............ 30 1.3.2 Parámetros de forma de la histéresis............ 31 1.3.3 Disipación de energía............. 34 1.3.4 Rigidez, resistencia y estrangulamiento..............35 1.4 Identificación de sistemas y control.............. 37 1.5 APLICACIÓN DEL MODELO EN VIVIENDAS PREFABRICADAS............. 38 1.5.1 El modelo en casas prefabricadas de ferrocemento............. 41 1.5.2 Dinámica y comportamiento no lineal............. 44 1.6 CONCLUSIÓN............ 45 Capítulo 2 DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN CONSTITUTIVA DE LAS ARENAS USANDO REDES NEURONALES ARTI FICIALES (RNA) Hernán Eduardo Martínez-Carvajal - Márcio Muniz de Farias 2.1 INTRODUCCIÓN............ 51 2.2 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO DE MATERIALES........... 53 2.3 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO USANDO REDES NEURONALES ARTIFICIALES............. 55 2.4 LA BASE DE DATOS............ 56 2.5 LA ARQUITECTURA DE LA RED NEURONAL............... 58 2.6 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN............. 60 2.7. CONCLUSIONES.............. 65 Segunda parte Nuevos enfoques en el diseño de materiales y estructuras Capítulo 3 Diseño por desplazamientos de pilares de puentes Matthew J. Tobolski - José I. Restrepo 3.1 INTRODUCCIÓN............ 69 3.2 ESPECTRO DEL DISEÑO............. 72 3.3 AMORTIGUAMIENTO............ 74 3.4 RESPUESTA INÉLASTICA............. 75 3.5 COMBINACIÓN DE FACTORES DE AMPLIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTO............. 79 3.6 CAPACIDAD DE DESPLAZAMIENTO............ 80 3.7 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO............ 85 3.8 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE SEGURIDAD DE LA VIDA.............. 86 3.9 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE FUNCIONAMIENTO INMEDIATO.............. 89 3.10 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS............. 92 3.11 ANÁLISIS PARAMÉTRICO............. 93 3.12 EXIGENCIA SÍSMICA Y DUCTILIDAD DE CURVATURA.............. 93 3.13 PROPORCIÓN DE LA ROTACIÓN RESIDUAL............. 94 3.14 DIÁMETRO Y ALTURA DE LA COLUMNA.............. 95 3.15 CONCLUSIONES.............. 98 3.16 APÉNDICE. EJEMPLO DE DISEÑO............... 99 Capítulo 4 UN NUEVO ENFOQUE PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO Héctor Guillermo Urrego Giraldo 4.1 INTRODUCCIÓN.............. 111 4.2 COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN............. 113 4.3 COMPORTAMIENTO DEL ACERO.............. 115 4.4 CURVATURA.............. 117 4.5 EJEMPLO 1.............. 123 4.6 MÉTODO PROPUESTO............... 136 4.7 EJEMPLO 2............. 138 4.8 CONCLUSIONES............... 144 Capítulo 5 DESEMPEÑO SÍSMICO DE PÓRTI COS PLANOS DE ACERO CON EL SISTEMA KNEE-BRACING Ricardo León Bonett Díaz - Carolina López Toro 5.1 INTRODUCCIÓN.............. 147 5.2 MARCO CONCEPTUAL.............. 149 5.3 CRITERIOS PARA ESCOGER EL KNEE Y EL BRACE.............. 151 5.4 CASO DE ESTUDIO............. 153 5.5 INCORPORACIÓN DEL DISPOSABLE KNEE BRACING............. 165 5.6 EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD SÍSMICA............. 167 5.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 172 5.8 CONCLUSIONES................ 176 Capítulo 6 TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTI CAS EN CALIENTE ¡MARSHALL vs SUPERPAVE! Carlos Rodolfo Marín Uribe 6.1 INTRODUCCIÓN.............. 179 6.2 DESCRIPCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO............... 180 6.3 Algunas diferencias entre las dos metodologías.............. 190 6.4 DESARROLLO DE UN TRABAJO EXPERIMENTAL.............. 192 6.4.1 Selección de materiales............ 192 6.4.2 Obtención del porcentaje óptimo de asfalto........... 195 6.4.3 Caracterización mecánica y dinámica de las mezclas asfálticas............. 195 6.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 203 6.6 CONCLUSIONES............... 204 Capítulo 7 EL EFECTO ARCO EN SUELOS John Mario García Giraldo 7.1 INTRODUCCIÓN............. 209 7.2 EL ARCO COMO FORMA ESTRUCTURAL.............. 210 7.2.1 Definición de arco.............. 210 7.2.2 Historia del arco como elemento estructural............. 211 7.3 F ORMAS DE ARCO............ 212 7.4 EFECTO DE LA GEOMETRÍA ESTRUCTURAL EN LA DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES EN EL INTERIOR DE UN ELEMENTO............. 215 7.4.1 Esfuerzos en un elemento estructural............. 215 7.4.2 Distribución de tensiones en el interior de un elemento estructural............. 216 7.5 GEOMETRÍAS ÓPTIMAS............... 219 7.6 ESTUDIO DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS............ 220 7.6.1 Efecto de arco sobre una escotilla móvil (trapdoor).............. 220 7.6.2 Análisis del efecto arco en los suelos por Terzaghi en 1945........... 222 7.7 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HANDY EN 1985.............. 226 7.8 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HARROP EN 1989.............. 233 7.9 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR SALGADO EN 2002.............. 237 7.10 CONCLUSIONES............ 241 Tercera parte Nuevos materiales compuestos o alternativos Capítulo 8 MATERIALES COMPUESTOS A BASE DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETA L Daniel Alveiro Bedoya Ruiz - Juan Camilo Aldana Barrera - Leonardo Ávila Vélez 8.1 INTRODUCCIÓN.............. 247 8.2 MATERIALES COMPUESTOS.............. 249 8.2.1 Núcleo............. 252 8.2.2 Corteza estructural............. 253 8.2.3 Sistemas constructivos............ 254 8.3 COMPORTAMIENTO EXPERIMENTAL DE LOS COMPUESTOS DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETAL............. 255 8.3.1 Núcleo de material vegetal............ 256 8.3.2 Corteza de ferrocemento.............. 260 8.3.3 A. 3.3 paneles de ferrocemento con núcleo vegetal............. 261 8.4 CONCLUSIONES.............. 266 Capítulo 9 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE SUELOS RESIDUALES ESTABILIZADO S César Augusto Hidalgo Montoya - Mario Alberto Rodríguez Moreno 9.1 INTRODUCCIÓN.............. 271 9.2 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL............. 273 9.3 PROPIEDADES RESILIENTES O RESILIENCIA............... 275 9.4 CARGAS EN EL PAVIMENTO.............. 276 9.4.1 Tipos de cargas que actúan............. 276 9.4.2 Duración de la carga cíclica............. 279 9.5 MÓDULO RESILIENTE............. 279 9.6 F ACTORES GENERALES QUE AFECTAN EL MÓDULO RESILIENTE............. 281 9.6.1 Factores que afectan el Mr de suelos finos............ 281 9.6.2 Factores que afectan el Mr de materiales granulares............ 284 9.7 ENSAYOS PARA DETERMINAR EL MÓDULO RESILIENTE.............. 286 9.8 CORRELACIONES............... 289 9.9 PROPIEDADES RESILIENTES DE SUELOS ESTABILIZADOS.............. 290 9.10 ENSAYOS DE LABORATORIO.............. 292 9.11 ANÁLISIS DE RESULTADOS............... 295 9.11.1 Compresión simple............ 296 9.11.2 Tracción indirecta............. 299 9.11.3 CBR............. 300 9.11.4 Módulo resiliente.............. 302 9.12 CONCLUSIONES.............. 30

A displacement based desing method for medium-rise reinforced concrete walls

In displacementbased design methods some demand considerations, starting from the first mode of vibration, are usually made. However, some authors have called the attention on the importance of taking the higher modes into account, due to their influence in the distribution and demand of both, moments and shears along the vertical elements, with significant effects. In this work, the method presented allows to consider, in a practical way, the effect of the higher modes on the seismic response of a structure. The proposal to achieve it, is a simplified model of Three Degree ofFredom developed from a mass concentration of four points equally distant along the building height. This method corresponds to an iterative process, in which the analysis and design procedures are carried out simultaneously, thus, avoiding considerations or suppositions on resistance and ductility values. This method has been applied to the structural walls of a 15storey building. The results obtained show the efficiency of the method in terms of the proposed objectives achievement and the fast converging of the iterative process involved. The effect of the higher modes is extremely noticeable in the distribution of shear stresses and the use of an initial predimensioning involving the reinforcement, allows consistency between the analysis and the structural design.En los métodos de diseño basado en desplazamientos normalmente se hacen consideraciones de demanda a partir del primer modo de vibrar, sin embargo algunos autores han llamado la atención sobre la importancia de considerar los modos superiores ya que estos influyen en la distribución y en la demanda tanto de momentos como de cortantes a lo largo de los elementos verticales con efectos importantes. En este trabajo, se presenta un método práctico que permite considerar el efecto de los modos superiores sobre la respuesta sísmica de una estructura. Para ello, se propone un modelo simplificado de tres grados de libertad, desarrollado a partir de la concentración de las masas en cuatro puntos igualmente espaciados en la altura del edificio. El método desarrollado corresponde a un proceso iterativo, en el cual los procedimientos de análisis y diseño se realizan de manera simultánea, evitando hacer consideraciones o supuestos sobre valores de resistencia y ductilidad. El método ha sido aplicado a un edificio de muros estructurales de 15 niveles. Los resultados obtenidos muestran la eficiencia del método en términos del cumplimiento de los objetivos propuestos y la rapidez con que converge el proceso iterativo involucrado. El efecto de los modos superiores es altamente notorio en la distribución de esfuerzos cortantes y el uso de un predimensionamiento inicial que involucra el refuerzo, permite una consistencia entre el análisis y el diseño estructura

Un método de diseño basado en desplazamientos para muros de hormigón reforzado de mediana altura

In displacement¬based design methods some demand considerations, starting from the first mode of vibration, are usually made. However, some authors have called the attention on the importance of taking the higher modes into account, due to their influence in the distribution and demand of both, moments and shears along the vertical elements, with significant effects. In this work, the method presented allows to consider, in a practical way, the effect of the higher modes on the seismic response of a structure. The proposal to achieve it, is a simplified model of Three Degree of¬Fredom developed from a mass concentration of four points equally distant along the building height. This method corresponds to an iterative process, in which the analysis and design procedures are carried out simultaneously, thus, avoiding considerations or suppositions on resistance and ductility values. This method has been applied to the structural walls of a 15¬storey building. The results obtained show the efficiency of the method in terms of the proposed objectives achievement and the fast converging of the iterative process involved. The effect of the higher modes is extremely noticeable in the distribution of shear stresses and the use of an initial pre¬dimensioning involving the reinforcement, allows consistency between the analysis and the structural design.En los métodos de diseño basado en desplazamientos normalmente se hacen consideraciones de demanda a partir del primer modo de vibrar, sin embargo algunos autores han llamado la atención sobre la importancia de considerar los modos superiores ya que estos influyen en la distribución y en la demanda tanto de momentos como de cortantes a lo largo de los elementos verticales con efectos importantes. En este trabajo, se presenta un método práctico que permite considerar el efecto de los modos superiores sobre la respuesta sísmica de una estructura. Para ello, se propone un modelo simplificado de tres grados de libertad, desarrollado a partir de la concentración de las masas en cuatro puntos igualmente espaciados en la altura del edificio. El método desarrollado corresponde a un proceso iterativo, en el cual los procedimientos de análisis y diseño se realizan de manera simultánea, evitando hacer consideraciones o supuestos sobre valores de resistencia y ductilidad. El método ha sido aplicado a un edificio de muros estructurales de 15 niveles. Los resultados obtenidos muestran la eficiencia del método en términos del cumplimiento de los objetivos propuestos y la rapidez con que converge el proceso iterativo involucrado. El efecto de los modos superiores es altamente notorio en la distribución de esfuerzos cortantes y el uso de un predimensionamiento inicial que involucra el refuerzo, permite una consistencia entre el análisis y el diseño estructura