Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales

The interaction between asphalt binder and aggregate is fundamental to ensure adequate performance of asphalt mixtures, mainly in the presence of water. The work of adhesion generated between both materials directly affects the resistance of asphalt mixture to moisture damage, because it measures the ease with which water can displace asphalt binder from the aggregate surface. The objective of this study was to characterize the bond strength between asphalt and several aggregate sources. A PG 64-22 neat binder was modified with several additives to determine the effect on adhesion: polymers, nanomaterials, and adhesion promoters. To measure the strength of adhesion, the bitumen bond strength (BBS) test and contact angle measurements between asphalt binder and the aggregate surface by means of goniometry were used. The surface energy of the asphalt and the aggregate, with and without the presence of water, was estimated also. Testing was performed on all binders and on each binder–aggregate combination after ( a) rolling thin-film oven (RTFO) aging and ( b) RTFO and pressure aging vessel aging. The BBS results identified differences in bond strength as a result of moisture conditioning and aging. The differences depended on the aggregate source and binder type. Different failure modes were also observed (i.e., cohesive, adhesive). The results also indicated an increase in strength of adhesion associated with the aging process: the main resistance gain was observed after RTFO aging. Finally, changes in bond strength were compared with functional composition changes associated with the aging process and related to changes in performance.

Critical Zones in tropical environments, especially near active volcanoes, are rich in resources such as water, food and construction materials. In Central America, people have lived near volcanic centers for thousands of years and learned to take advantage of these resources. Understanding how pre-Hispanic societies lived in this type of Critical Zones and interacted with volcanoes, provides us with insights on how to reduce the negative impact derived from volcanic activity in modern cities. In this multidisciplinary approach we focus on two case studies in Costa Rica near Poás and Turrialba volcanoes, which are currently active, in order to obtain a comprehensive view of human-volcano interactions through time. We use a methodology based on historical accounts, geological and archaeological fieldwork, geomorphological characterization based on remote sensing techniques and past (pre-Hispanic), and present land use analysis. The northern Poás region represents a case of a poorly developed pre-Hispanic society, which subsisted mainly on hunting and gathering activities, had no permanent settlements and was probably affected by the activity of the Hule and Río Cuarto maars. In spite of their vulnerability and lack of infrastructure, they used geomorphology to their advantage, achieving natural protection. Conversely, the Guayabo National Monument near Turrialba Volcano represents a cultural peak in pre-Hispanic societies in Costa Rica. Archaeological remains and structures at this site indicate that this society had a good understanding of physical and geological processes and was therefore able to take advantage of natural resources for water and food supply, construction, and protection as well as hazard prevention and mitigation. The use of new technologies, some accessible and low-cost such as Google Earth and others with restricted access and higher costs such as LiDAR, allowed us to complete a rapid and efficient characterization of land use and geomorphological features of the study area. This study helps to establish how some locations near volcanic edifices are more prone the effects of volcanic hazards than others and why this data should be included in volcanic risk assessment and land planning processes.

El 8 de diciembre de 1994, a las 22:48 (hora local), tuvo lugar en flanco norte del volcán Irazú un evento particular, que se describió en esa época como una erupción freática. Recientemente, se cuestionó la naturaleza volcánica de este evento y se propuso que habría sido una avalancha de escombros generado por un deslizamiento. En este trabajo se retomó el análisis de este proceso desde la perspectiva histórica, geológica y geomorfológica, y se reforzó dicha hipótesis a la luz de evidencias sismológicas, aunque sigue sin descartarse que hubiera intervenido actividad geotermal. En este trabajo se realizó la restitución fotogramétrica a partir de fotografías aéreas obtenidas por el Instituto Geográfico Nacional (IGN) el 20 de diciembre de 1994, mediante la cual se estimó un volumen deslizado entre 21±8 y 22±7x106 m3.

En este artículo se presenta un estudio sobre el efecto de la resistencia de los bloques, el mortero de pega y el concretode relleno sobre la resistencia a la compresión de la mampostería de bloques de concreto. Se presenta también larelación existente entre el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión de la mampostería.Con base en resultados obtenidos por investigaciones realizadas sobre el tema a nivel nacional, se encontraronexpresiones generales que ayudan a modelar el comportamiento de la mampostería ante cargas de compresión. Unavez obtenidas estas relaciones, se compararon con las relaciones propuestas por códigos nacionales e internacionales.Como resultado de mayor interés, se encontró que la resistencia a compresión de los bloques es el factor de mayorimportancia en la resistencia a compresión de la mampostería de concreto; además, se concluyó que el Código Sísmicode Costa Rica 2002, CSCR-02 (Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica[CPCSCR], (2002), es conservador en sus recomendaciones en cuanto a la mampostería de concreto se refiere.

A comparative study of the dynamic behavior of twin single-span bridges was carried out based on operational modal analysis and a linear finite element model updating with the aim of finding a potential damage indicator. The bridges are skewed, 30 m long and with prestressed concrete girders as the main support structure, but one of them were collided and suffered damage in two of its I-shape girders. Ambient vibration tests were conducted by deploying 14 uniaxial accelerometers along the sidewalks, experimental modal parameters were identified using the COVariance-driven Stochastic Subspace Identification method (SSI-COV). Six vertical modes were clearly identified for each structure. Additionally, some extra modes with non-proportional damping were identified. It was found that the modal frequencies are sensitive to the support conditions and the overall stiffness of the bridge but not to the localized girder damage, which, on the contrary, is reflected in the discrepancy in the fundamental bending mode shape amplitude between the lateral sides of the bridge, and a so-called Continuous Symmetry Measure adopted as a symmetry index seems to be a good damage indicator for this type of straight-alignment simply supported bridges, given the symmetric nature of the bending mode shapes and the asymmetric nature of the damage.

En este artículo, se analizaron las propiedades geométricas del bloque y la mampostería de concreto en el país. Estas propiedades son: dimensiones y espesores de pared del bloque de concreto, también el área, inercia y módulo de sección transversales netos, además del espesor equivalente de la mampostería de concreto.La etapa experimental contempló el muestreo de 378 bloques de concreto en 16 de las 20 bloqueras de mayor producción en el país, las cuales se encuentran distribuidas a lo largo y ancho del territorio nacional. Estas muestras se utilizaron para el ensayo de área neta en el bloque de concreto, basado en la norma ASTM C140. Con los resultados de este ensayo, se obtuvieron las propiedades geométricas con base en un análisis estadístico de los datos, empleando principalmente los percentiles de la muestra.Los resultados obtenidos muestran espesores de pared mayores a los mínimos establecidos por la norma INTE, por lo que se recomienda emplear en el diseño, un espesor de pared de 24 mm, 26 mm y 28 mm para los bloques de 12 cm, 15 cm y 20 cm de espesor respectivamente, además de un espesor de pared de 25 mm para el bloque modular.

Se presenta un estudio sobre el comportamiento de muros de mampostería integral sometidos a cargas paralelas a su plano, utilizandodos tipos de configuraciones de refuerzo a cortante, a- acero horizontal colocado directamente sobre las sisas de los bloquesy b- totalmente embebido en concreto de relleno. Se compara el comportamiento de ambos tipos de reforzamiento y se analizan las diferencias entre los valores de resistencia teórica en cortante calculados según los códigos sísmicos de Costa Rica (CSCR-02 y CSCR-10).Los ensayos consistieron en la aplicación de cargas paralelas al plano para ambos tipos de muros; se utilizarondos especímenes de cada configuración a escala naturalequivalentes en cuanto a cantidad de refuerzo, tipo de bloques, altura y longitud.Al analizarse los resultados obtenidos se encontró quelos muros con el refuerzo en las sisas presentaron menores valores de rigidez, y su agrietamiento comenzó a cargas menores que en los muros con el acero embebido. En el rango inelástico ambos tipos de muros presentaron valores similares de disipación de energía.Se pudo determinar que no existe diferencia significativa en la resistencia a cortante entre los muros al utilizar el acero horizontal entre las sisas o embebido en concreto, y que los cálculos teóricos tienden a ser muy conservadores.Sin embargo, hay que hacer notar que en este estudio no se evaluaron los empalmes en varillas horizontales.

El Índice de Regularidad Internacional (IRI) ha sido un parámetro ampliamente utilizado para determinar lascaracterísticas superficiales que presentan los pavimentos. Recientemente en Costa Rica, la Administración ha venidointroduciendo la medición del IRI como parámetro de aceptación de diferentes obras viales. Sin embargo, no ha sidoposible lograr una adecuada implementación de este índice. El artículo presenta los principales detalles, cuidados yprocedimientos involucrados en el cálculo del IRI, con la finalidad de que sean tomados en cuenta en la definición deespecificaciones de aceptación de proyectos viales o evaluación de la red vial.

Se presenta una propuesta para la clasificación de rangos que permiten clasificar los resultados de la evaluación dela Red Vial Nacional de Costa Rica (RVN), de acuerdo con su capacidad estructural y funcional.Debido a que las rutas que componen la Red Vial Nacional de Costa Rica difieren entre sí, tanto por su importanciacomo por la cantidad de vehículos y la estructura, se reconoce la necesidad de agruparlas y definir rangos de deflexionesque se ajusten a las características de cada subgrupo.Los rangos son determinados usando el Método de Vida Remanente (AASHTO, 1993) el cual correlaciona pérdidasen la vida útil del pavimento con una disminución del número estructural calculado mediante un factor de condición (CF).En el caso de la capacidad funcional, reflejada por el cálculo del índice de regularidad internacional (IRI); seusaron los modelos matemáticos que correlacionan el IRI con el índice de serviciabilidad presente o PSI por sus siglasen inglés, el cual es un índice que cuantifica, de forma matemática, la percepción cualitativa del usuario sobre lacalidad del ruedo de la carretera. A partir de esta correlación, se usaron los rangos de clasificación funcional existentepara PSI y se propusieron los nuevos rangos de IRI. Estos rangos son aplicables para pavimentos flexibles y permitencalificar la capacidad estructural de la RVN, tomando en cuenta sus características de Tránsito Promedio Diario (TPD),representando una mejora importante en la evaluación de las rutas, ya que son de fácil aplicación y evidencian un estadoestructural y funcional más acorde con la realidad nacional.

Se reconoce la necesidad de conocer los deterioros típicos de los pavimentos rígidos en Costa Rica, ya que no existen técnicas de diseño ni información a nivel constructivo que tomen en cuenta las variables climatológicas ni de tránsito del país. Con el objetivo de complementar la información existente, se propone una evaluación para determinar los deterioros típicos de los pavimentos rígidos en Costa Rica. La evaluación de los pavimentos rígidos se basó en una auscultación visual y en un levantamiento automático mediante el Geo 3D. Inicialmente, se realizó el levantamiento de los deterioros de cada uno de los siete proyectos, los cuales se utilizaron para calcular el PCI (del inglés Pavement Condition Index) de cada uno y determinar los deterioros típicos. Luego, se identificaron las características climatológicas y de tránsito de cada proyecto y se relacionaron con los deterioros. Finalmente, se crearon los modelos iniciales de predicción de deterioros con las relaciones obtenidas. Se observó que los deterioros típicos de Costa Rica son el daño de sello de junta (21,22 %), desprendimiento de agregados (13,58 %), pulimiento de agregado (13,10 %) y agrietamiento lineal (7,08 %), además los deterioros se relacionan con la precipitación, temperatura y ejes equivalentes. Por lo tanto, se recomienda tomar como base los resultados de esta investigación para futuros modelos de predicción de deterioros.

Introduction: Implant restorations should endure a variable range of forces over a long period of time. Some commercial brands offer the implant together with an accessory called “implant mount” or “implant holder,” which might be used as a temporary abutment. However, scientific literature in the use of implant holders as abutments for restorations is scarce. Objectives: The purpose of this in vitro study was to compare the load at which implant holders of Implant Direct ® and Zimmer ® fail under static compression after being subjected to fatigue, and to compare the gap produced between the implant–holder complexes after dynamic loading. Materials and Methods: The test protocol was based on the recommendation of ISO 14801. Five implant–implant holder assemblies of each brand were subjected to dynamic loading. A load of 250 N was applied at 5 × 10 6 cycles and at 15 Hz stress frequency (Eden Prairie, MN, USA). The gap (μm) at the interface was measured postfatigue using scanning electron microscopy (S-3700N, HITACHI, Japan), and afterward, static loading was applied and the maximum load (N) after the point of failure was established. Implant–definitive abutment complexes were used as controls. Data were analyzed by means of a central tendency measurement test Mann–Whitney U-test (nonparametric). Results: There was no difference between both the implant holder groups ( P ≤ 0.05); however, a slight trend of greater resistance was observed for the Zimmer ® group. The gap in the interface was greater for Implant Direct ® implants, but the difference was not statistically significant. Conclusion: No significant differences were found in terms of the maximum load under compression or the interface gap after the dynamic loading in the two experimental groups.

En este documento se analiza el comportamiento del concreto reforzado con fibras metálicas (SFRC) y se presentan los resultados de diferentes metodologías de diseño para losas apoyadas en el suelo. Específicamente, se estudiaron las metodologías de los códigos de diseño ACI 360R-06 (ACI, 2006) y TR34 (The Concrete Society, 2003) con el fin de reconocer los beneficios que conlleva la utilización del SFRC y poder obtener una mayor eficiencia en su uso.La investigación experimental desarrollada se basó en obtener el parámetro Re,3, a partir de una resistencia de concreto y un tipo de fibra específicos con el objetivo de comprobar el comportamiento mecánico del SFRC y compararlo contra los datos de las especificaciones técnicas utilizadas.

El objetivo principal de esta investigación es la evaluación del comportamiento estructural de muros de mampostería confinada con ductilidad local óptima, utilizando modelos a escala reducida con un factor de 1/6. Para el diseño de los muros se utilizó el documento Propuesta CSCR 2010 para la nueva versión del Código Sísmico (2009). Los modelos se construyeron y ensayaron en el LanammeUCR. Se diseñaron y construyeron tres muros.Dos de ellos cumpliendo con los requisitos de muros de mampostería confinada con ductilidad local óptima según la Propuesta CSCR 2010 (2009). El tercer muro se construyó sin acero horizontal, para evaluar el aporte de este acero en el comportamiento estructural.Se obtienen los siguientes resultados:Los muros ensayados cumplen con las ductilidades de diseño.Los muros con acero horizontal tienen una falla combinada de flexión y cortante donde predomina la falla por flexión.El muro con acero horizontal tiene una falla combinada de flexión y cortante donde predomina la falla por cortante.Los gráficos de carga-desplazamiento obtenidos para los tres muros ensayados muestran un comportamiento estructural similar.Se verificó la premisa principal de la investigación, los muros ensayados cumplen con las ductilidades requeridas por la Propuesta CSCR 2010 (2009). En cuanto a la evaluación del aporte del acero horizontal en el comportamiento estructural se esperaba encontrar mayores diferencias entre los muros con acero horizontal y el muro sin este tipo de refuerzo, sin embargo solo se encontró un modo de falla diferente.

El análisis de componentes principales permite generar una reducción de las dimensiones de los problemas con una pérdida mínima de la información. En este caso en particular, se logró una reducción de 14 dimensiones originales a tres dimensiones para el caso del servicio de transporte de estudiantes de la Universidad de Costa Rica y a cuatro dimensiones para el servicio regular de transporte público. La identificación de estas dimensiones, es decir, de la percepción en cuanto a la calidad de los servicios de transporte público, desde la perspectiva del usuario, puede ser utilizado como un insumo para priorizar las intervenciones y mejoras en los servicios brindados.

This article describes the main damages observed in vehicular bridges as a consequence of the 1991 Limón earthquake. It also shows how this seismic event originated changes in the regulations that govern the design and construction in Costa Rica, specifically the seismic design of buildings and bridges. It is also argued that the impact of the Limón earthquake may also be identified in international bridge design specifications, since the structural failures that occurred as a consequence of this earthquake and other seismic events of the 1990s worldwide, motivated the revision and modification of the construction practices on bridges in seismically active regions

En esta investigación se evaluaron las propiedades más relevantes de siete de los morteros preempacados más conocidos en el país, utilizados para la pega de bloques de concreto. Los resultados obtenidos se compararon con la normativa internacional. Dentro de los morteros seleccionados se encuentran tres morteros Tipo M, dos Tipo S y dos Tipo N de diferentes proveedores. Se realizaron ensayos de compresión de morteros a tres lotes de producción con los siete morteros seleccionados para evaluar su resistencia a los 7, 14 y 28 días. Además se midieron otras propiedades como densidad en estado fresco, contenido de aire, retención de agua y consistencia. Las pruebas se realizaron de acuerdo con las normas de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM).Se encontró que cinco de los siete morteros muestreados cumplieron con la resistencia mínima requerida a los 28 días según la norma ASTM C270, asimismo, cinco morteros cumplieron con el mínimo de 75% de retención de agua. Con respecto al contenido de aire, todos los morteros se mantuvieron por debajo de los máximos establecidos por la norma ASTM C231.

La finalidad de este estudio fue comprobar experimentalmente si el uso de cal en la mezcla para el mortero para pega de bloques de mampostería trae beneficios en sus propiedades. Se obtuvieron los porcentajes de retención de agua, contenido de aire y la resistencia a la compresión a los 7, 28 y 56 días. Estos resultados se compararon con los recomendados en las normas ASTM correspondientes a cada caso en prueba. En primer lugar se visitaron caleras en Costa Rica, se procedió a realizarles pruebas químicas a las cales, se determinó su granulometría y retención de agua. Estas pruebas iniciales sirvieron como criterio para seleccionar las cales que se utilizaron en la mezcla del mortero, con la finalidad de probar su influencia en las propiedades del mortero en estado fresco y endurecido. Por medio de las pruebas realizadas, se pudo comprobar que el uso de cal en la mezcla del mortero para pega de bloques trae beneficios en los parámetros evaluados en este estudio. Se obtuvieron mejoras en los porcentajes de retención de agua, contenido de aire y la resistencia a la compresión, por lo cual se recomienda su uso.

De acuerdo a los oficios DPS-2013-0779, LM-PI-001-2014, el informe de asesoría técnica LM-PI-001-2014 y con el fin de plantear el esquema de trabajo de tal forma que el LanammeUCR oferte los servicios de la creación de los de los productos requeridos según los oficios e informes anteriores, se elabora el presente documento, en el mismo expone los principales componentes que deberán considerase así como la propuesta concreta para que el LanammeUCR asuma el proyecto en su primera fase de ejecución. Dado la importancia y amplitud del mismo, se propone realizar el proyecto en etapas, donde los entregables puedan ser monitoreados de una forma satisfactoria, además de disminuir la incertidumbre de cada componente; esto permite controlar cada proceso y optimizar los recursos requeridos.

En el diseño de estructuras de concreto es importante conocer con la mayor exactitud posible las propiedades del concreto, entre ellas su módulo de elasticidad. Como los concretos de alta resistencia tienen diferencias con los concretos de resistencia normal, se hace necesario investigar sus propiedades con los materiales que lo componen, con el fin de obtener ecuaciones que relacionen directa e indirectamente la resistencia del concreto con el módulo de elasticidad.Este artículo presenta los resultados de las investigaciones realizadas para obtener ecuaciones que relacionen el módulo de elasticidad en concretos normales y de alto desempeño (CAD) con su resistencia, utilizando materiales de origen nacional, y se evaluaron cuatro resistencias de concreto: 30 MPa, 50 MPa, 70 MPa y 90 MPa.Las ecuaciones resultantes fueron comparadas con las descritas en códigos como el ACI 318S-08 y ACI 363R-10, así como con investigaciones similares realizadas en Costa Rica. Como resultado final, se obtuvieron una serie de ecuaciones para predecir el módulo de elasticidad que pueden ser usadas en el diseño de estructuras de concreto de mediana a alta resistencia producidas en Costa Rica.

En los últimos años taludes y terraplenes se han visto afectados en diferente medida por sismos. Dependiendo de los daños, este tipo de obras geotécnicas pueden ser reparadas con relativa facilidad, por lo que es importante que las deformaciones y desplazamientos permanentes que puedan sufrir ante un evento sísmico sean menor que los límites permisibles para asegurar una rápida reparación. Para esto se propone se realice su análisis y diseño bajo conceptos de desempeño y no de esfuerzos permisibles. El uso de este enfoque en la ingeniería geotécnica sísmica se ha incrementado en los últimos años dado que ofrece una serie de ventajas sobre otros métodos, como flexibilidad, objetividad, consistencia y relevancia para con las necesidades del ingeniero evaluador y del proyecto. Con los métodos usuales de análisis el desempeño es evaluado comúnmente en términos de la respuesta del sistema, utilizando medidas tradicionales del movimiento del terreno definidos por dos o más niveles de amenaza. El análisis basado en desempeño plantea que se permitan factores de seguridad menores que la unidad, manteniendo las deformaciones residuales y desplazamientos permanentes dentro de un rango permisible, de acuerdo a la importancia de la estructura y al riesgo que quiera asumir el ingeniero y el dueño de la obra. La deformación o desplazamiento residual calculado al finalizar el sismo se compara con un valor de referencia. Si el valor calculado es mayor que el límite permisible, el diseño original debe ser modificado.