Aplicación de sistemas tecnológicos enfocados al diseño estructural. Análisis de marcos de estructuras de concreto armado, mediante modelos computacionales y modelos físicos a escala.

Abstract

El objetivo del presente trabajo de investigación, consiste en la implementación de modelos físicos y computacionales de marcos de concreto reforzado resistentes a momento, con la finalidad de analizar su desempeño y comportamiento al ser afectado por una carga lateral. Se pretende con este estudio, promover en el Departamento de Ingeniería Civil el modelismo, como parte del proceso de diseño y análisis de elementos y marcos de concreto reforzado. El análisis de modelos físicos conlleva el estudio de casos análogos, para lo cual se llevó a cabo una recopilación de estudios previos para la fabricación del modelo a escala y el modelo computacional. La base teórica se recopiló del libro escrito por Harry Harris y Gajanan Sabnis titulado Structural Modeling and Experimental Techniques. Este libro contiene de varias investigaciones realizadas en relación al modelismo, las cuales fueron llevadas a cabo en centros de investigación y Universidades de alto prestigio de Estados Unidos, Asia y Europa. A partir de la información recolectada, se determinó una escala apropiada para modelar un marco de concreto reforzado a escala. La primera parte del proceso consistió en determinar la escala y definir los parámetros con los que se van a trabajar. Una vez definida la escala y los parámetros, se procedió a hacer un predimensionamiento del modelo prototipo, el cual servirá de guía para elaborar y comparar los resultados del modelo a escala. El siguiente paso fue realizar un diseño de mezcla apropiado para el modelo físico, se eligió un modelo de resistencia con una escala ¼. Se diseñó una mezcla de concreto a escala con un mínimo de resistencia a compresión de 4,000 psi. El acero utilizado como refuerzo longitudinal fueron varillas de alta resistencia con un diámetro de 6mm. Para los estribos se utilizó alambre galvanizado. Una vez definida la mezcla a utilizar mediante ensayos de compresión, se procedió a calcular mediante el método de rigidez la deformación del modelo al aplicar una carga lateral. El diseño estructural se basó en AGIES y en ACI 318, para una estructura tipo D no mayor a 12 metros de altura. El diseño de la armadura de refuerzo, se basó en un tipo de armado para pórticos y vigas intermedios resistentes a momento. Luego se elaboró el modelo prototipo y el modelo a escala en un programa computacional (ETABS) para modelar la deformación de ambos modelos y analizar los resultados. Por último se fabricó el modelo físico a escala para comprar y analizar nuevamente los resultados, y de esta forma determinar si el modelo físico de microconcreto es consistente con el modelo prototipo.