Investigación experimental en ingeniería estructural

Transcripción

1 Investigación experimental en ingeniería estructural Oscar M. González Cuevas Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco

2 Antecedentes En las décadas de los cincuenta y los sesenta se instalaron laboratorios de control de calidad de las Secretarías, PEMEX y CFE. Se iniciaron algunas investigaciones y se entrenó a personal técnico en el uso de equipos de laboratorios.

3 Creación del Instituto de Ingeniería Se fundó en 1957 a partir de un laboratorio donado por ICA Se iniciaron investigaciones teóricas y experimentales formales Fundadores reconocidos: Javier Barros Sierra, Nabor Carrillo Flores, Fernando Hiriart Balderrama, Eulalio Juárez Badillo, Enzo Levi Lattes, Raúl Marsal Córdoba, Bernardo Quintana Arrioja y Emilio Rosenblueth Deutsch.

4 Objetivos de la investigación experimental Puede utilizarse para comprobar alguna teoría. Para estudiar algunas estructuras complicadas o complejas. Para establecer parámetros experimentales que complementen una teoría. Para estudiar zonas de una estructura en que se presenten concentraciones de esfuerzos. Como herramienta didáctica para ilustrar objetivamente el comportamiento de elementos o sistemas estructurales. Se requiere conocer los estudios teóricos.

5 Experiencias y ejemplos En 1960 se iniciaron investigaciones en elementos y estructuras de concreto en el Instituto de Ingeniería. Una de las primeras fue en modelos de cortinas de presas de concreto, para determinar esfuerzos principales. Los instrumentos y equipos eran muy sencillos. Los modelos de estructuras de concreto son útiles pero tienen limitaciones, como la escala.

6 Fines didácticos

7 Fines didácticos (2) Este Oeste Norte er trim. 2do trim. 3er trim. 4to trim.

8 Columnas encamisadas

9 Columnas encamisadas (2)

10 Tabla 1. Resistencias experimentales y teóricas ELEMENTO f c kg/cm 2 V experimental ( kg ) V NTC ( kg ) V TMCC (kg) ECMINPR ECMINPR ECMINP ECMINP ECMINR ECMINR ECMIN ECMIN ECMAXPR ECMAXPR ECMAXP ECMAXP ECMAXR ECMAXR ECMAX ECMAX

11 Se aplican cargas cíclicas y se registra más información

12 Trabes postensadas con extremos recortados

13 USOS MENOR ALTURA ENTREPISO EDIFICIOS

14 usos

15 RESUMEN DEL MÉTODO DE PUNTALES Y TENSORES

16

17

18 Armado típico "Nib" Interface between nib and full_ depth beam (8") Y potential diagonal tntyion cracks z h(12") d An (3/4") V a Hanger reinforcement Avh (closed) stirups) A (4.5) B b 45* c Av Beamflexural reinforcement As Beam shear reinforcement Figura4.- Refuerzo tipico de extremos recortados y localizacion de grietas potenciales H(24)

19 Esfuerzos principales Con el programa diana se hizo un modelo de elemento finito para obtener la dirección de los esfuerzo principales Esfuerzos de compresión Esfuerzos de tensión

20 Modelo de puntales y tensores EJEMPLO 2 DE ACI MODELO DE PUNTALES Y TENSORES 1.5 KIPS 2.2 KIPS 2.9 KIPS B CM D E CM 5.08 CM A 25 CM 43.6 KIPS C F CM CM CM CM 12.7 CM CM PUNTALES (COMPRESION) TENSORES (TENSIÓN) Figura 12

21 Método de puntales y tensores 2 modelos diseñados con 50% de la carga cada uno

22 Espécimen y ensaye

23 Ensaye

24 Mediciones en un extremo RESULTADOS DE DEFORMIMETROS RESULTADOS PARA DISEÑO DE 14 TON SIGNOS (-) FUERZAS DE COMPRESION NH-H2 F=2.98 TON NH-H3 F=2.98 TON NH-H4 F=2.98 TON FLUYERON A 12.5 TON FHORIZ ensaye ton (4 varillas) FHORIZ modelo 9.95 ton NH-H1 F=0.67 TON FHORIZ ensaye FHORIZ modelo 1.34 ton ton NH-V1 NH-V2 F=-.099 F=-.093 FVERT ensaye ton FVERT modelo ton NH-V3 F= 8.41 NH-V8 F=2.03 TON NH-V4 F=0.255 TON NH-V5 F=-0.09 TON NH-V6 F= TON NH-V7 F= TON TIRANTE 1 VERTICAL FVERT ensaye TON TIRANTE 2 VERTICAL FVERT modelo TON MODELO 8.84 TON NO FLUYERON ENSAYE TON NO FLUYERON

25 Mediciones en el otro extremo RESULTADOS DE DEFORMIMETROS NI-I1 F=3.75 TON SIGNOS (-) FUERZAS DE COMPRESION FINCLINADA ensaye 6.91 ton NI-I2 F=3.16 TON FINCLINADA modelo ton NI-H2 F=2.98 TON FLUYERON FHORIZ ensaye FHORIZ modelo 2.98 ton 2.33 ton NI-H1 F=0.66 TON FVERT ensaye FVERT modelo NI-V1 F= NI-V2 F= ton -3.7 ton NI-V3 F=10.67 NI-V4 F=0.47 TON NI-V5 F= TON NI-V6 F= TON NI-V7 F=-0.20 TON FHORIZ ensaye FHORIZ modelo 0.66 ton ton TIRANTE 1 VERTICAL FVERT ensaye TON TIRANTE 2 VERTICAL FVERT modelo 7 TON MODELO 2.07 TON ENSAYE TON

26 Diagrama Carga-deformación DIAGRAMA CARGA-DEFORMACION (NH) Extremo NH CARGA (TON) carga de falla de ton nivel de servicio 7.4 ton carga de diseño de 14 ton primer agrietamiento ton DEFORMACION AL CENTRO DE TRABE Pprueba / Pdiseño=16.26/14=1.16 EXTREMO NH APOYO ADICIONAL P=50 ton EXTREMO NI R R= 0.59 P P FORMA DE APOYO PARA ENSAYE DE EXTREMO NI DIAGRAMA CARGA-DEFORMACION (NI) 25 CARGA DE FALLA 20.3 TON 20 Pprueba / Pdiseño=20.3/18=1.12 CARGA (TON) NIVEL DE SERVICIO 9.3 TON CARGA DE DISEÑO MODIF 18 TON Extremo NI 5 0 PRIMER AGRIETAMIENTO 4 TON DEFORMACION AL CENTRO DE LA TRABE MM

27 Escala a 0.334

28 Secciones transversales

29 Adecuaciones en el modelo

30 Configuración de la prueba

31 Armado del prototipo

32 Colocación del accesorio de refuerzo

33 Construcción del accesorio de refuerzo

34 Falla Extremo NH Extremo NI

35

36

37 Dispositivo para ensaye de vigas, columnas y muros

38 Laboratorio de modelos intermedios

39 Dispositivo para ensayes de modelos intermedios

40 Ensaye de un marco dúctil

41

42 Vista en planta de un entrepiso Vista en planta Sistema Dual: Sistema sismo-resistente: Muros de concreto Sistema gravitacional: Columnas y losa plana

43 Vista superior del prototipo

44 Vista inferior del prototipo

45 Vista superior de la zona de estudio

46 Cargas verticales en la zona de estudio

47 Cargas verticales que producen fuerza cortante en la zona de estudio

48 Cargas en una zona reducida

49 Cargas verticales en el espécimen de prueba

50 ESPÉCIMEN DE PRUEBA (UAM-A)

51 Resultados Experimentales en Placas Planas Distorsión a la penetración (Ψ p ) Relación Fuerza Cortante Gravitacional (V u /φv c ) (Kang,2007) Distorsión a la falla de penetración por cortante versus cortante/cortante gravitacional para conexiones losa-columna en placas planas con y sin refuerzo por cortante.

52 Diseño del dispositivo de cargas

53 Dispositivo de carga

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80 Laboratorio de grandes modelos Actuadores Bloques de reacción Piso de reacción Adicionalmente: Grúa viajera Nave

81 Mesa vibradora del Instituto de Ingeniería

82 Ensaye de una estructura de nueve tableros

83 Ensaye de una estructura en mesa vibradora

84

85 Muchas gracias