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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

Con el fin de responder a la necesidad expresa de establecer herramientas que sirvieran de apoyo a la eventual creación de un sistema de administración de infraestructura en Costa Rica, la Unidad de Investigación del LanammeUCR desarrolló una metodología que permite definir estrategias de intervención a nivel de red, basándose en una modificación del método VIZIR desarrollado por el Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) de Francia en 1972 y usado desde 1995 por el Departamento de Planificación Sectorial del MOPT-Costa Rica y en la definición de tramos homogéneos a partir del índice de regularidad internacional (IRI). Con esta metodología fue posible calcular para cada tramo homogéneo de IRI otros importantes índices, tales como el índice de serviciabilidad presente (PSI), el índice de condición del pavimento (PCI), notas de calidad Q (VIZIR) y valores de deflexiones característicos para cada tramo dependiendo del tránsito promedio diario (TPD) de cada uno. Una vez conformada una gran base de datos con la caracterización funcional, estructural y de condición superficial, se establecieron estrategias de intervención en cada tramo homogéneo y se administró toda esta información en sistemas de información geográfica para su fácil manejo y actualización.

En este artículo se verifican las proporciones para morteros de pega establecidas por el Código Sísmico de Costa Rica 2010 (CSCR-10). Con este fin se fabricaron 18 mezclas diferentes de mortero, que corresponden a las proporciones establecidas en el CSCR 10 utilizando tres arenas diferentes, una de río (Guápiles) y dos de tajo (Guacalillo y La Garita). Además se incluyeron dos proporciones adicionales que corresponden a la práctica común de las construcciones costarricenses.A estos morteros se les realizaron pruebas para determinar sus principales propiedades: plasticidad, retención de agua y resistencia a la compresión simple a tres edades de falla distintas (3, 7 y 28 días), utilizando las normas establecidas por la American Society for Testing and Materials (ASTM).

<p>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.</p><p> 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.</p><p> 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.</p>

La composicion quimica del polimero y por ende sus propiedades fisicas inherentes, hacen que cada polimero tenga un efecto propio sobre el asfalto. De igual forma, la incorporacion de polimero es variable de acuerdo a la naturaleza del mismo y del asfalto. Sin embargo las tecnicas de modificacion en muchos de los casos se hace de forma cualitativa basada ya sea en la experiencia del que modifica, o siguiendo indicaciones del fabricante. Esto se lleva a cabo sin realizar un estudio previo de los materiales de partida, las condiciones del proceso de modificacion, asi como las demas variables que afecten el proceso. El presente articulo resulta de un analisis a profundidad de distintos metodos, los cuales permiten dilucidar el comportamiento de los polimeros y del asfalto modificado con los mismos. De tal forma, se hace uso de tecnicas de ciencias de materiales como Microscopia de Fuerza Atomica, Calorimetria de Barrido Diferencial (DSC) y Analisis Termo gravimetrico (TGA), las cuales proporcionan informacion importante para el diseno de las condiciones del proceso de modificacion, en base a parametros cualitativamente evaluados. Dichas metodologias se emplearon en la caracterizacion fisico-quimica de dos polimeros con caracteristicas diferentes, el SBS y el polietileno, asi como en la caracterizacion de los asfaltos modificados con dichos polimeros.

Se resumen las metodologías de evaluación de la vulnerabilidad de la infraestructura vial nacional anteamenazas naturales. Se detallan metodologías para el análisis de la vulnerabilidad de alcantarillas ante caudalesextremos, la vulnerabilidad de puentes ante amenaza sísmica, la susceptibilidad de licuación por vibración sísmica,la susceptibilidad ante flujo de lodos y detritos y la susceptibilidad a deslizamientos en taludes de corte y relleno, lascuales fueron desarrolladas, aplicadas y calibradas para Costa Rica por el Subprograma de Investigación en Gestiónde Riesgos Naturales de la Infraestructura Vial del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales(LanammeUCR) de la Universidad de Costa Rica (UCR) y están siendo actualmente aplicadas por la Unidad deEvaluación de la Red Vial Nacional del LanammeUCR.Los resultados obtenidos a partir de la aplicación de estas metodologías permiten enfocar la toma de decisioneshacia las rutas nacionales más vulnerables, convirtiéndose en una herramienta útil a nivel técnico y político para laatención de la red vial nacional.

Por las características geológicas de Costa Rica, los suelos de subrasante presentes son en su mayoría suelos conaltos índices de plasticidad. Estas subrasantes son utilizadas como cimiento para la estructura de pavimentos o en rutasno pavimentas (tierra y lastre) en superficies que estarán en contacto directo con las cargas del tránsito en su estadonatural o mezcladas con materiales granulares en los casos de caminos de lastre.Consecuentemente se plantea el uso de la cal como un estabilizador ideal para materiales finos de media o altaplasticidad, el cual no ha sido utilizado en Costa Rica para estos fines. Su uso tiene como consecuencia una seriede mejoras tales como: el aumento de propiedades mecánicas de resistencia, menor susceptibilidad a la humedad,reducción de la plasticidad y aumento de trabajabilidad, entre otros.Por lo anterior se planteó el siguiente proyecto enfocado en evaluar el efecto de dos tipos de cal (primera ysegunda calidad) en las propiedades de un suelo de alta plasticidad, estabilizado con cal y valorar el cumplimiento deespecificaciones de acuerdo con la normativa existente

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.