Ingeniería sísmica

Safety factor evaluation in high embankment roads slopes considering a seismic load

Resumen Cuando se construye un terraplén carretero, una de las variables analizadas en el diseño es la obtención del factor de seguridad para determinar la estabilidad y seguridad de los taludes. Este diseño se realiza haciendo uso de un análisis estático y, en casos más específicos y aislados haciendo un análisis sísmico. En el presente trabajo se realiza un estudio del comportamiento del factor de seguridad en taludes de terraplenes carreteros altos frente a la solicitación sísmica. Para llevar a cabo el presente estudio se realizó un diseño de experimento 32. En el diseño de experimento se varió la altura del terraplén en tres niveles y el nivel de sismicidad, construyendo acelerogramas a partir de los espectros de diseño considerando los parámetros de la sección 3.1 del Manual de diseño de obras civiles de la comisión federal de electricidad de México. En la obtención de los resultados se empleó el método de los elementos finitos (MEF) y el método de Newmark. Como herramienta computacional se empleó el software especializado Geo-Studio con el sub-módulo para el análisis dinámico QUAKE/W, y el sub-módulo para el análisis de estabilidad SLOPE/W. Los resultados obtenidos muestran la necesidad de revisar estas obras frente al sismo sobre todo en zonas de sismicidad alta cuando su altura supere los 12 m.

Abstract When a road embankment is built, the safety factor is analyzed as one of the most important variables in the design; since it is necessary that slopes are safe and stable. In most cases, a static analysis is used for design purposes. This paper presents results of a study on the seismic behavior of the safety factor of slopes, in high road embankments under seismic action. An experimental design 32 was performed for this study. In the experimental design, three different embankment heights were considered and the level of seismicity was varied through accelerograms from the design spectrum bearing in mind the parameter of the section 3.1 of the “Manual de diseño de obras civiles de la comisión federal de electricidad” of Mexico. To obtain the results, the finite element method (FEM) and the Newmark method were employed by the software Geo-Studio; using the sub-modulus QUAKE/W for dynamic analysis, and the sub-modulus SLOPE/W for stability analysis. The results shown the necessity to review these structures in high intensity seismic regions for embankments higher than 12 m.

Relevant parameters of the stress-deformation curve in compression of unconfined concrets produced in Mexico

Resumen Las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo para la Ciudad de México especifica por primera vez, métodos de análisis sísmico no lineal de estructuras, para los cuales es necesario conocer, entre otros, los parámetros que definen la curva-esfuerzo-deformación en compresión del concreto sin confinar. En esta investigación se llevaron a cabo estudios analíticos y experimentales de concretos producidos recientemente en México. Con base en los resultados encontrados se dan recomendaciones para estimar parámetros que definen de manera importante la curva esfuerzo-deformación del concreto sin confinar. Los estudios experimentales de los especímenes de concreto se realizaron en el Instituto de Ingeniería de la UNAM, aplicando ciclos de carga en compresión de acuerdo con las normas ASTM y NMX correspondientes y tomando como resultado un promedio de las muestras ensayadas. Se proponen expresiones para obtener el módulo de elasticidad del concreto, E c , parámetro que es relevante en el cómputo de desplazamientos laterales de estructuras en zonas sísmicas, así como en el cómputo de los periodos de vibrar de una estructura en estas zonas. También en esta investigación se dan expresiones para obtener valores de parámetros importantes de la curva esfuerzo-deformación del concreto no confinado en compresión, los cuales se emplean en el modelado de articulaciones plásticas para el análisis no lineal. Estos parámetros son la relación de E c y el módulo secante, E sec , E c /E sec y la deformación del concreto en f’ c , ε’ c . Con base en los resultados de estos ensayes se dan recomendaciones para la estimación de estos parámetros para concretos producidos recientemente en México.

Abstract The seismic design standard for the city of Mexico prescribes the use of no-lineal analyses, for which it is necessary to define, among various others, the parameters of the unconfined concrete stress-strain relationship. This study describes results of analytical and experimental studies of unconfined concrete produced in Mexico. Based on experimental test data obtained in this study, recommendations for estimating parameters that define the unconfined concrete stress-strain curve are given. Test of concrete cylinders were conducted at the Instituto de Ingeniería (Institute of Engineering), UNAM, México, following testing procedures according to national and international standards. and taking average results of tested samples. In this research, expressions for determining the modulus of elasticity E c , are given. Parameter E c is relevant for computing lateral displacements of structures subjected to earthquake actions, as well as for computing periods of vibration of these structures. It is also presented expressions to define other important parameters of the concrete stress-strain curve, which are considered when modeling plastic hinges in nonlinear analysis. Such parameters are the strain at the stress f’ c of unconfined concrete specimen, ε’ c , and the ratio of E c to the secant modulus E sec . Recommendations are given for estimating these parameters for concrete produced in Mexico.

Experimental behavior of connections for steel frames under seismic demands

Resumen Se discute el comportamiento inelástico cíclico de seis especímenes de conexiones viga-columna ensayados experimentalmente en escala natural. Las configuraciones seleccionadas son ampliamente empleadas en estructuras de acero con marcos momento resistentes en la práctica mexicana. De acuerdo a los resultados, las conexiones ensayadas bajo grandes deformaciones inelásticas desarrollaron una concentración de daño inesperada que no es lo suficientemente dúctil para una estructura de acero de alta ductilidad. Se enfatiza el efecto de algunos parámetros de soldadura y detalles de fabricación que mejorarían la respuesta de las conexiones ante demandas sísmicas.

Abstract Cyclic inelastic behavior of six beam-column connections experimentally tested through natural-scale models are discussed. Selected configurations are widely employed in moment-resisting steel frame structures by the Mexican practice. According to the results, tested moment-resisting connections under large inelastic deformations demands developed an unexpected damage concentration that is not enough ductile for a high-ductility steel structure. The effect of various welding parameters and fabrications details are emphasized in order to improve the response of the connections under seismic demands.

Estimation of the seismic accidental-torsion effects from the amplification of the response of a torsionally balanced model

Resumen Mediante simulación Monte Carlo y el programa de análisis Canny-E, se analizan dinámicamente ocho modelos estructurales elásticos representativos de edificios de marcos de concreto reforzado de 4, 7 y 10 niveles, con el objetivo de establecer un procedimiento simplificado para tomar en cuenta los efectos de la torsión accidental en el diseño sísmico de edificios. Los resultados muestran que es factible diseñar por torsión sísmica un edificio a base de marcos, representativo de edificios de oficinas, empleando una relación simple que amplifica la respuesta del correspondiente modelo torsionalmente balanceado para estimar los elementos mecánicos y cinemáticos de diseño.

Abstract Eight structural models representing 4, 7 and 10-level reinforced concrete frames are dynamically analyzed via Monte Carlo simulation and the Canny-E analysis program. The aim is to establish a simplified procedure to take into account the effects of the accidental torsion in the seismic design of buildings. The results show that it is possible to design a typical office frame building to withstand the accidental-torsion effects by using a simple relationship that amplifies the response of the corresponding torsionally balanced model to estimate the design forces and displacements.