Ingeniería

Frames with Intentionally Eccentric W-Shape, C-Shape, and Round HSS Braces

Resumen Los marcos de acero con riostras intencionalmente excéntricas (FIEB, del inglés Frame with Intentionally Eccentric Braces) constituyen un sistema sismorresistente novedoso que ofrece ventajas significativas en comparación con los marcos arriostrados concéntricamente. Investigaciones recientes han mostrado que la ajustabilidad de la resistencia y la rigidez que ofrecen las riostras intencionalmente excéntricas (BIE, del inglés Brace with Intentional Eccentricity) de sección estructural hueca (HSS, del inglés Hollow Structural Section) rectangular permite un mejor control sobre la respuesta dinámica de la estructura y reducir las fuerzas de diseño por capacidad para los miembros no disipadores de energía. En este artículo, se evalúa preliminarmente la aptitud de las secciones W, secciones C y HSS redondas para ser empleadas como BIE en FIEB de varios niveles. Con este fin, se diseñan edificios hipotéticos de diferentes alturas con FIEB basados en los tres tipos de sección mencionados, utilizando un procedimiento de diseño basado en desplazamientos y considerando la amenaza sísmica de sitios en Costa Rica. El desempeño de los edificios se evalúa numéricamente mediante análisis no lineal de respuesta en el tiempo. Los resultados muestran una respuesta sísmica satisfactoria por parte de los FIEB con las tres secciones consideradas, en términos de razones de deriva máxima y cortantes de piso, e indican que, entre estas, las secciones W permiten diseños más eficientes.

Abstract Steel Frames with Intentionally Eccentric Braces (FIEBs) are an innovative Seismic Force-Resisting System (SFRS) that offers significant advantages compared to Concentrically Braced Frames (CBFs). Recent research has shown that the adjustable stiffness and strength of Braces with Intentional Eccentricity (BIEs) with square Hollow Structural Section (HSS) bracing members allows for a better control over the structure’s dynamic response and for a reduction of the capacity-based design forces on the non-energy-dissipating members. In this article, the aptness of W-shapes, C-shapes, and round HSSs to be employed as bracing members in multi-story FIEBs is evaluated preliminarily. To this end, hypothetical buildings with FIEBs based on the three section types as their SFRS are designed using a displacement-based procedure for the seismic hazard of locations in Costa Rica, and their performance is assessed numerically with Non-Linear Response History Analysis (NLRHA). The results show that the three section types produce FIEBs that display a satisfactory seismic response in terms of maximum story drifts and story shears, and that the use of W-shape BIEs results in the most cost-effective designs.

Design and Evaluation of Cellular Hydraulic Concrete Using Modified Cement and Andesite Aggregates

Resumen El concreto celular es un material liviano que requiere de un diseño especializado para cumplir con parámetros mecánicos, tales como densidades, así como resistencias a compresión y flexión. Aunque el concreto celular es utilizado en otros países, su fabricación en Costa Rica representa una innovación, ya que implica la creación de un diseño adaptado a los recursos materiales disponibles. Su importancia radica en la versatilidad y posibilidad de construcciones con una mayor productividad. El objetivo de esta investigación es obtener, por medio de pruebas de laboratorio, los diseños de mezcla para la elaboración de concreto hidráulico celular, utilizando un aditivo inclusor de aire, cemento hidráulico mixto modificado tanto con caliza como puzolana y agregados procedentes de aluvión de andesita. Los ensayos se realizaron en el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales de la Universidad de Costa Rica, en el año 2023, bajo condiciones controladas, utilizando normas de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales y guías del Instituto Americano del Concreto. Los resultados sugieren que el agregado fino procedente de aluvión de andesita cumple con los requerimientos técnicos y permite obtener mezclas acordes a los parámetros de diseño. Además, las pruebas para la densidad del concreto fresco indican que no existe evidencia suficiente para determinar que las densidades experimentales sean diferentes a las densidades teóricas. Por último, los resultados de resistencia a la compresión y tracción del concreto celular son aceptables según los parámetros estadísticos que se utilizaron en el diseño.

Abstract Cellular concrete is a lightweight material that requires specialized design to meet mechanical parameters such as density, as well as compressive and flexural strength. Although cellular concrete is used in other countries, its production in Costa Rica represents an innovation, as it involves the development of a mix design adapted to locally available materials. Its significance lies in its versatility and its potential to increase construction productivity. The objective of this study is to determine, through laboratory testing, the mix designs for producing cellular hydraulic concrete using an air-entraining admixture, blended hydraulic cement modified with limestone and pozzolan, and aggregates derived from andesite alluvium. The tests were conducted in 2023 at the National Laboratory of Materials and Structural Models at the University of Costa Rica, under controlled conditions and in accordance with standards from the American Society for Testing and Materials (ASTM) and guidelines from the American Concrete Institute (ACI). The results suggest that the fine aggregate sourced from andesite alluvium meets the technical requirements and enables the formulation of mixes that conform to the design parameters. In addition, tests on the density of fresh concrete indicate that there is insufficient evidence to conclude that the experimental densities differ from the theoretical values. Finally, the compressive and tensile strength results of the cellular concrete are acceptable according to the statistical parameters used in the design.

Spatial Interpolation of Foliar Diseases in Oil Palm Nurseries: a Methodological Approach

Resumen El uso de interpoladores simples para el diagnóstico de enfermedades foliares puede mejorar el manejo agronómico oportuno en cultivos. Actualmente, existe una carencia de herramientas calibradas y validadas para aplicar de manera precisa los interpoladores en entornos agrícolas, de acuerdo con la distribución espacial de enfermedades foliares en cultivos. Este trabajo tiene el propósito de definir el algoritmo más apropiado para interpolar enfermedades foliares y determinar el porcentaje adecuado de muestras para realizar la validación cruzada. Para ello, se realizó un estudio de caso utilizando el porcentaje de severidad de la hoja en viveros de palma aceitera. Este se enfocó en analizar los siguientes interpoladores: triangulación (triangulation), Distancia Inversa Ponderada (IDW), vecinos naturales (natural neigbor), spline cúbica (cubicspline) y el geoestadístico kriging ordinario. Asimismo, se analizaron distintos porcentajes de muestras para la validación cruzada, que correspondió desde 2.5 % hasta 30 %, utilizando el I-Moran y el método del análisis de poder T (“Power Analysis”). Se encontró que, en la separación muestral a partir de 10 % de la totalidad de los datos, hay menos autocorrelación espacial y, por tanto, el desempeño del interpolador se hace más evidente. Se concluye que el interpolador IDW presentó la mayor eficacia (α = 0.05) para predecir la distribución espacial de una enfermedad foliar.

Abstract The use of simple interpolation techniques for the diagnosis of foliar disease can improve timely agronomic management in crop systems. Currently, there is a lack of calibrated and validated tools to accurately apply interpolation methods in agricultural environments, according to the spatial distribution of foliar diseases. This study aims to identify the most appropriate algorithm for interpolating foliar diseases and determining the optimal sample size for cross-validation. A case study was conducted using the leaf severity percentage in oil palm nurseries. This focused on analyzing the performance of the following interpolators: triangulation, Inverse Distance Weighted (IDW), natural neighbor, cubic spline, and ordinary kriging. Additionally, various sample sizes for cross-validation were examined, with ranges from 2.5 % to 30 %, using the I-Moran and Power analysis as metrics. It was found that, when the sample size reached or exceeded 10 % of the total dataset, spatial autocorrelation decreased, and thus the performance of the interpolation method became more critical for prediction. The study concluded that IDW was the most effective interpolation method (α = 0.05) for predicting the spatial distribution of a foliar disease, outperforming the other evaluated algorithms.

Strategies for the Georeference of GNSS Surveys Within the CR-SIRGAS National Geodetic Frame

Resumen En el año 2020, el Registro Inmobiliario de Costa Rica publicó las directrices DRI-001-2020 y DIG-001-2020, las cuales actualizan el vínculo de la información geoespacial al marco geodésico de referencia nacional CR-SIRGAS. Para acatar estas directrices, se debe transformar las coordenadas entre marcos geodésicos, debido a la definición de la primera versión de CR-SIRGAS, que emplea la época 2014,59 del Marco Internacional de Referencia Terrestre 2008 (ITRF por sus siglas en inglés). Se presentan los resultados de seis variantes aplicadas para ir a la época 2019,24 y dos subvariantes para llegar hasta la época 2014,59 del marco geodésico CR-SIRGAS. Dichas variantes y subvariantes de georreferenciación fueron aplicadas a 31 levantamientos de puntos nuevos en modalidad estática y dos levantamientos en la modalidad RTK. Las variaciones consideradas entre cada procesamiento incluyeron el uso de parámetros de transformación oficiales del Instituto Geográfico Nacional, cálculo de parámetros propios, uso de efemérides rápidas y finales del Servicio Internacional de GNSS (IGS), además del uso de la plataforma web de postprocesamiento brindada por el Instituto Geográfico Nacional, denominada Spider Business Center. Dependiendo del procesamiento para ir desde su época de medición (ti) hasta la época de referencia (t0 = 2019,24), las diferencias en las coordenadas geocéntricas estuvieron en el orden de ± 4 mm hasta un máximo de ± 4 cm. Posteriormente, se realizó un análisis comparativo entre parámetros de transformación y valores en los residuales de cada variante y subvariante, al excluir el factor de escala del cálculo de parámetros de transformación propios.

Abstract In 2020, the Real Estate Registry of Costa Rica published guidelines DRI-001-2020 and DIG-001-2020, which update the linkage of geospatial information to the national geodetic reference frame CR-SIRGAS. To comply with these guidelines, coordinating transformations between geodetic reference frames are required, due to the definition of the first version of CR-SIRGAS, which uses epoch 2014.59 of the International Terrestrial Reference Frame 2008 (ITRF2008). This document presents the results of six variants applied to transform to epoch 2019.24 and two sub-variants to reach epoch 2014.59 of the CR-SIRGAS geodetic frame. These georeferencing variants and sub-variants were applied to 31 new point surveys using the static method and two surveys using the RTK method. The processing variations considered included the use of official transformation parameters provided by the National Geographic Institute (IGN), the calculation of custom parameters, the use of rapid and final ephemerides from the International GNSS Service (IGS), and the use of the web-based post-processing platform provided by the IGN, called Spider Business Center. Depending on the processing method used to transform from the measurement epoch (ti) to the reference epoch (t0 = 2019.24), differences in geocentric coordinates ranged from ±4 mm to a maximum of ±4 cm. Subsequently, a comparative analysis was conducted between transformation parameters and residual values for each variant and sub-variant, excluding the scale factor in the calculation of custom transformation parameters.

Characterization of Constructed Wetlands for Wastewater Treatment in Costa Rica

Resumen Ante la necesidad de soluciones descentralizadas para el tratamiento de aguas residuales en zonas rurales y periurbanas, los humedales artificiales emergen como una opción ecológica, de bajo costo y adaptable a condiciones tropicales. Este estudio analiza la ubicación, diseño y características técnicas de humedales artificiales subsuperficiales de flujo horizontal en Costa Rica. Mediante visitas realizadas entre marzo de 2022 y junio de 2023, se caracterizaron 81 sistemas construidos desde 2004. La implementación de humedales artificiales ha mostrado una estandarización técnica informal, impulsada por guías locales y la disponibilidad de materiales, lo que ha generado patrones consistentes en sus dimensiones, profundidad, tipo de sustrato y vegetación. El 96 % trata aguas grises y se localiza mayormente en Puntarenas (53 %) y Guanacaste (19 %). La mayoría presenta áreas de 1-15 m² y profundidad promedio de 0,75 m, con impermeabilización mediante plástico de construcción (90 %). El sustrato más empleado es piedra bola tanto en entrada como salida y piedra cuarta en la sección media. Se identificaron 44 especies vegetales, destacando Canna indica y Heliconia sp., cuya distribución mostró dependencia con el clima, según análisis de chi-cuadrado. Un visor cartográfico interactivo acompaña el estudio para facilitar el análisis espacial y actualización de datos. Los resultados evidencian un desarrollo limitado y empírico de esta tecnología, sin bases de datos consolidadas ni seguimiento técnico sistemático. Se propone su incorporación como estrategia de saneamiento descentralizado en comunidades no conectadas a sistemas formales, mediante políticas públicas que reconozcan su eficacia y replicabilidad.

Abstract In response to the need for decentralized wastewater treatment solutions in rural and peri-urban areas, constructed wetlands emerge as an ecological, low-cost, and adaptable option for tropical conditions. This study analyzes the location, design, and technical characteristics of horizontal subsurface flow constructed wetlands in Costa Rica. Through field visits conducted between March 2022 and June 2023, 81 systems built since 2004 were characterized. The implementation of constructed wetlands has shown informal technical standardization, driven by local guidelines and material availability, which has generated consistent patterns in their dimensions, depth, substrate type, and vegetation. The findings indicate that 96% of these systems treat greywater and are predominantly located in Puntarenas (53%) and Guanacaste (19%). Most systems feature surface areas of 1-15 m² and an average depth of 0,75 m, with plastic sheeting as the primary waterproofing material (90%). The most common substrate used is cobbles at the inlet and outlet, and crushed rock in the middle section. A total of 44 plant species were identified, with Canna indica and Heliconia sp. being prominent; their distribution showed a dependence on climate, based on chi-squared analysis. An interactive cartographic viewer accompanies the study to facilitate spatial analysis and data updates. The results reveal a limited and empirical development of this technology, lacking consolidated databases or systematic technical monitoring. The study proposes its integration as a decentralized sanitation strategy in communities not connected to formal systems, through public policies that recognize its effectiveness and replicability.