Estudio de la adherencia en la interface suelo-polímero y una aproximación numérica al problema

Trabajo de InvestigaciónEsta investigación consta de un estudio de la modelación numérica mediante el diseño de un ensayo a tracción, el comportamiento de la interface suelo-polímero, a partir de diagramas esfuerzo y desplazamientos presentados en la interface y basados en la revisión bibliográfica realizada en la primera fase de estudio, n tiene el propósito de hacer el análisis de compatibilidad del polímero con en suelo, conocer el comportamiento de estos dos materiales por medio de ensayos de laboratorio diseñando el montaje del ensayo y realizar un modelo numérico preliminar que permita evaluar la posible adherencia desarrollada entre los dos materiales.PregradoIngeniero Civi

Diseño e implementación de proyecto piloto para el sistema de gestión de pavimento del Municipio de Itagüí

Es de gran importancia para un país, una ciudad o un pueblo, la manera en que se movilizan las personas y/o mercancías dentro del mismo, es decir utilizar las vías como instrumento para el desplazamiento, las cuales deben estar en buenas condiciones tanto estructural como funcionalmente, por lo tanto, se deben realizar evaluaciones periódicas a las mallas viales, para así obtener unos patrones de rehabilitaciones y mantenimientos a las mismas. Las necesidades básicas de un municipio para su desarrollo consisten en integrar un sistema eficaz de movilidad vial y transporte, en el cual la infraestructura del mismo sea eficiente para optimizar su capacidad al máximo. Se escoge al Municipio de Itagüí para crear un modelo de gestión de pavimentos, ya que, en pocos años, ha sido un municipio de que evolucionado en construcción de obras civiles y en infraestructura para el comercio, sin embargo, ha dejado de lado el mantenimiento sus vías. Por tal motivo, se propone una matriz de decisión la cual consiste en realizar actividades de mejoramiento de las vías existentes de acuerdo a sus características físicas y estructurales

Desempeño óptimo de una mezcla asfáltica en caliente modificada con Polímero Styrene Butadiene Styrene

La presente investigación tiene como objetivo determinar el porcentaje de incorporación de polímero SBS y tasa adecuada de cemento asfaltico que incrementa el desempeño de la mezcla asfáltica en caliente medidos en parámetros Marshall, TSR, fatiga y ahuellamiento. La metodología es deductiva, de orientación aplicada y de enfoque cuantitativo, ya que de acuerdo a la teoría existente analizamos los polímeros SBS de tipo elastómero, que mejora las propiedades reológicas del asfalto, con lo cual resolvemos el problema de fatiga y ahuellamiento en la mezcla asfáltica en caliente, incorporando diferentes porcentajes de polímero SBS (2.5%, 3.5% y 4.5%), con ello obtener parámetros que demuestren el incremento a parámetros de desempeño (fatiga y ahuellamiento). El tipo de investigación es descriptiva, como primer punto se caracteriza la granulometría ASTM D 3515 D-5, PEN 85/100 y polímero elastómero SBS, asimismo para correlacionar las variables, se incorpora el polímero SBS al asfalto, y finalmente se explica los parámetros obtenidos a través de los ensayos Marshall (Estabilidad – Flujo), TSR, Rueda de Hamburgo y Vida a la Fatiga. La investigación determino los contenidos óptimos de asfalto para cada tasa de polímero SBS que fue de: 5.6% CA - 2.5% polímero, 5.5% CA - 3.5% polímero, 5.7% - 4.5%. en función del ensayo Marshall, a partir de encontrar las tasas de asfalto se construyó 114 briquetas. Para tasas de polímero SBS 2.5%, 3.5% y 4.5%, se encuentran valores de resistencia en fatiga, los numero de ciclos alcanzados incrementan de 1.5 a 2 veces el valor, 1061040 y 1417090 respectivamente, asimismo, los valores de deformación permanente alcanzan valores de 8.07 mm, 6.16 mm y 3.65 mm, estando por debajo de lo especificado que es 12.00 mm. en cuanto al ensayo de TSR con una tasa asfalto de 5.5% y 3.5% de polímero SBS alcanza un valor máximo de 87.8%, asimismo con 4.5% de polímero disminuye el TSR a 83.6%. En conclusión, es recomendable utilizar un mínimo de tasa 5.5% de asfalto y de 3% a 3.5% de polímero SBS, con lo cual estaría cumpliendo el requerimiento para obtener una mezcla balanceada que satisfaga parámetros de fatiga y ahuellamiento

“Evaluación del Comportamiento del Asfalto Modificado con Polímeros Utilizados en la Vía Asfaltada Macusani – Ollachea Km 182+250 al km 188+300”

La inversión en el país destinado a la construcción y mantenimiento de las vías asfaltadas, permite implementar la Red vial en más de 8000 km., de los ahí el 20% corresponden a caminos construidos en “zonas de altura”. En la totalidad de los casos donde fueron pavimentadas, el material utilizado en la superficie de la vía es la mezcla asfáltica. Este insumo en todos los casos tiene un buen comportamiento, sin embargo, en zonas alto-andinas se ha verificado que los pavimentos han presentado deterioros prematuros. De todos los problemas que afectan al asfalto en el pavimento y los más principales son: la oxidación (envejecimiento), una constante deformación, las grietas. Así mismo la contaminación ocasionada por subproductos generada por las llantas de los vehículos cuyo aspecto no es contemplado dentro de la problemática ambiental que actualmente afecta al país. La presente investigación, demuestra que la adición de POLIMEROS en las mezclas asfálticas en la vía Macusani - Ollachea mejorará sus parámetros reológicas y propiedades físicas mecánicas. Para cumplir con los objetivos se realizó un análisis experimental mediante la evaluación del asfalto sin modificar, y el asfalto con adición de polímero S.B.S (Estireno Butadieno Estireno) al 2%, 2.5%, 3% y 4%. El A.M.P. (Asfalto Modificado con Polímero) con 3%, cumplió con los requerimientos especificados por las normas ASTM “American Society for Testing Materials” (Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales), el ensayo de penetración 25 °C tuvo un valor de 75 dmm, el punto de ablandamiento se alcanzó a una temperatura de 59 °C, para la recuperación elástica por torsión se obtuvo un 75% y recuperación elástica lineal un valor de 80%, la ductilidad para el asfalto modificado con polímero fue de 30 cm y para la estabilidad de almacenamiento una temperatura de 3 °C. Así mismo se realizó el ensayo Marshall cuyos resultados indican la optimizan las características del asfalto, el peso unitario bulk con AMP se obtuvo un peso unitario de 2.333 gr/cm3, el volumen de vacíos fue de 4%, el vacío de agregado mineral fue de 15.40%, estabilidad de 1060 kg, resultados de flujo fue 3.65mm, vacíos llenos con asfalto 74%, índice de rigidez 2904 y % de cemento asfaltico 6.3%. Las características típicas de nuestra zona donde el clima es el causante de las fallas de los pavimentos, debemos de adoptar soluciones que mejoren la calidad y tiempo de vida útil de estos. Es por ello que con la siguiente investigación se propone una alternativa para reducir el deterioro prematuro de los pavimentos en nuestra región, puesto que el AMP proporciona grandes ventajas sobre el cemento asfáltico por consiguiente también en la mezcla.Tesi

La utilización del poliestireno expandido en obras de geotécnia.

Los sistemas modernos de construcción son asociados a tecnologías innovadoras y a los nuevos materiales, sistemas livianos que ofrecen la posibilidad de una mayor rapidez de ejecución por montaje. Estas características influyen en gran medida en el aprovechamiento de los materiales y de la mano de obra, ya que la planificación se hace más sencilla, pudiendo cumplir las metas fijadas en cuanto a los recursos económicos y de tiempo. Los sistemas constructivos convencionales han evolucionado de acuerdo a nuevos criterios para el análisis, desarrollo de procesos y puesta en obra. De esta manera aumenta su utilización, ofreciendo una resistencia y capacidad de carga que le permita un desempeño igual o superior a los sistemas constructivos que actualmente se encuentran en aplicación. Además de ello, estos sistemas también imponen características físicas apropiadas en los materiales. Tras sintetizarse en 1930 el poliestireno a nivel industrial y tras su posterior comercialización a partir de la década de los 50, se le ha dado a este material múltiples aplicaciones; comenzándose su incorporación a la construcción como material aislante, empleándose en las últimas décadas como material aligerante en múltiples elementos estructurales. Si embargo, su difusión como material con posibles aplicaciones en geotecnia no está tan extendida. En este trabajo de investigación se plantea el estudio de algunas soluciones constructivas en el campo de la geotecnia, entendiendo éstas como no limitativas, y en todo caso, como algunas pinceladas en un campo que está prácticamente por descubrir. La primera de estas aplicaciones consistiría en sustituir parcialmente el material de aporte de un terraplén por bloques de poliestireno expandido (EPS), en dos situaciones distintas, una con sección transversal horizontal y la otra en ladera. Como segunda solución constructiva, se analizará un muro de contención en ménsula, sustituyendo parcialmente el relleno del trasdós con bloques de EPS. A partir de aquí nos encontramos con la posibilidad de estudiar un caso real de muro de contención, pero en este caso con una altura muy superior, y que como consecuencia de ello, presentaba una bandeja intermedia. Otra de las posibles aplicaciones que aquí se proponen sería como material ligero en sistemas de contención de tierras, en este caso, en un apantalla discontinua de pilotes. Finalmente se ha analizado un sistema constructivo de aplicación en cimentaciones, consistente en la incorporación de bloques de EPS dentro del canto de una losa de cimentación, a modo de piezas aligerantes, de manera que se reduzca el peso del elemento estructural, sin mermar de forma sustancial su rigidez. Dentro de esta investigación, se realizó una campaña de ensayos experimentales en elementos a escala reducida, de una losa aligerada, comparando ésta con la maciza, desarrollándose una modelo de cálculo por medio del programa estructural SAP2000, ofreciendo resultados favorables. Los resultados obtenidos, permiten afirmar que las soluciones constructivas que aquí se proponen son en general perfectamente viables, y presentan importantes ventajas frente a soluciones tradicionales: reducción de asientos, reducción de empujes laterales y por tanto, aumento de la seguridad frente al deslizamiento, se minimizan los efectos de consolidación en suelos cohesivos, y, por último, en los elementos de cimentación analizados no sólo se reducen los asientos, sino que, además, esto son más uniformes en la superficie de apoyo

Diseño de un vehículo terrestre para transportar al menos un individuo

El presente proyecto desarrolla el diseño de un vehículo automóvil terrestre para transportar al menos a un individuo. Proporciona un proyecto completo, en el que se revisará la totalidad del proceso de diseño, así como el funcionamiento el vehículo. El objetivo fundamental se centra en el concepto y la innovación formal. Este proyecto fue presentado en el XVII Concurso de Diseño Autopista, convocado para 2014. Durante el desarrollo del proyecto se justificará tanto el diseño como la documentación aportada en las 4 láminas en formato A3, que exigen las bases del concurso.The present project is aimed at the development of a terrestrial automobile vehicle intended for the transportation of at least one individual. Its scope is defined as a complete project, in which we will review the whole design process as well as the vehicle function. The main focus will be on concept and formal innovation. This project was presented on the XVII Autopista Design Contest, which has taken place in 2014. During its development we will justify both design and documentation included in the four A3 blueprints that figured in the requirements for the contest.Ingeniería Mecánic

Diseño y construcción de un atenuador de impacto a escala utilizando fibra de carbono mediante software CAD/CAE e impresión 3D.

El presente trabajo de titulación tipo propuesta tecnológica tuvo como objetivo el diseño, simulación y construcción de un atenuador de impacto delantero a escala para un vehículo tipo sedán, mediante software CAD/CAE para diseñar y analizar su comportamiento y la tecnología de impresión 3D para su fabricación. Se inició, el estudio con la respectiva revisión bibliográfica de la base teórica del fenómeno, después se seleccionó el vehículo para desmontar el atenuador de impacto y diseñarlo en el software SolidWorks, luego se procedió con la simulación de impacto frontal tipo “offset” en el módulo de Explicit Dynamics del software Ansys tomando como referencia los ensayos realizados por la Latin NCAP y la respectiva norma de colisiones en que se rigen, la UN R94. Por tanto, se simulo con dos tipos materiales; el PP-GF45 que viene originalmente en el vehículo Chevrolet Optra 1.8, y el PLA-CF30, obteniendo resultados de deformaciones, esfuerzos y absorción de energía que a posterior se complementó con los ensayos de impacto Charpy realizados en el laboratorio de resistencia de materiales de la Facultad de Mecánica de la ESPOCH bajo la normativa ASTM D6110-04, testeando cinco probetas por cada material. Por último, se pasó a la impresión del atenuador de impacto y piezas adicionales a escala para validar el diseño. En el análisis de los resultados se evaluó la ligereza, deformación, esfuerzos y absorción de energía, donde este último se comparó los resultados obtenidos en la simulación y los del laboratorio para dar validez al estudio. En base a esto, se pudo concluir que el PLA-CF30 tiene mayor resistencia a la deformación y esfuerzos, pero carece en absorción de energía. Por ello, se recomienda el uso de materiales compuestos reforzados con fibras para la construcción de este componente debido a la mayor absorción de energía durante un choque.The purpose of this technological proposal was the design, simulation and construction of a front impact attenuator for a sedan type vehicle, using CAD/CAE software to design and analyse its behavior and 3D printing technological for its manufacturing. The study was started with the respective bibliographic review of the theoretical basis of the phenomenon, then the vehicle was selected to disassemble the impact attenuator and design it in the SolidWorks software, then we proceeded with the “offset” type frontal impact simulation in the module of Explicit Dynamics of the Ansys software taking as reference the test carried out by the Latin NCAP and the respective collision rule in which they are governed, the UN R94. Therefore, it was simulated with two material types: the PP-GF45 that originally came in the Chevrolet Optra 1.8 vehicle and the PLA-CF30, obtaining results of deformations, stresses and energy absorption that later was complemented with the Charpy impact test carried out in the materials resistance at the Mechanics School laboratory, ESPOCH, under ASTM D6110-04, testing five specimens for each material. Finally, the impact attenuator and additional pieces of scale were printed to validate the design. In the analysis of the results, lightness, deformation, stress and energy absorption were evaluated, where finally the results obtained in the simulation and those of the laboratory were compared to validate the study. Based on this, it could be concluded that PLA-CF30 has greater resistance to deformation and stress, but lacks energy absorption. Therefore, the use of fibre reinforced composite materials is recommended for the construction of this component due to the greater absorption of energy during a crash

Comportamiento de estructuras de material compuestos sometidas a cargas impulsivas

En esta tesis se ha estudiado el comportamiento frente a impacto, tanto de alta velocidad como de baja velocidad, de diversas estructuras fabricadas con distintos materiales compuestos. Se han analizado estructuras sándwich de fibra de vidrio con núcleo de espuma de polivinilo y de pieles de fibra de carbono con núcleo de panal de abeja de aluminio, así como laminados monolíticos de fibra de vidrio/poliéster y carbono/epoxi. Se evalúo la respuesta frente a impacto de baja velocidad de estructuras sándwich, evaluando la influencia de la energía de impacto en la fuerza máxima y la energía absorbida, así como un estudio del daño generado por el impacto de dichas probetas, el cual fue realizado haciendo uso de técnicas de ensayo no destructivo mediante inspección visual y ultrasonido. Se ha desarrollado un modelo analítico basado en criterios energéticos aplicable a laminados delgados carbono/epoxi sujetos a impactos de alta velocidad de proyectiles de poca masa. Este modelo ha sido validado mediante ensayos experimentales y mediante un modelo numérico; con este modelo ha sido posible determinar la velocidad residual del proyectil y deducir el límite balístico. El modelo también permite estimar la contribución de diferentes mecanismos a la absorción de la energía cinética del proyectil. Con este modelo se ha evaluado la influencia del espesor y de la velocidad de impacto en ambos parámetros. Se aplicó un modelo numérico detallado para las estructuras sándwich estudiadas implementado en Abaqus/Explicit, validándolo con los resultados experimentales. Con este modelo se evaluó la influencia del núcleo en el comportamiento frente a impacto, comparando con una estructura sin núcleo denominada placas espaciadas, también se evaluó la influencia del ratio espesor pieles/espesor núcleo. Este estudio se complementó con resultados experimentales en los que se evaluó el daño generado. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In this PhD thesis the impact behavior of both high velocity and low velocity of various structures made from different composite materials has been studied. Sandwich structures have been analyzed fiberglass with polyvinyl foam core and carbon fiber skins with honeycomb core of aluminum, and monolithic laminated fiberglass/polyester and carbon/epoxy. The evaluation of response to low-velocity was conducted with the study of the influence of impact energy in the maximum force and absorbed energy, and damage area generated by the impact of these specimens, which was conducted by use of nondestructive testing techniques by visual inspection and ultrasound. A simplified analytical model was developed based on energy criteria applicable to thin laminated carbon/epoxy subjected to high velocity impacts of low-mass projectiles. This model has been validated by experimental tests and by a numerical model, this model has been possible to determine the residual velocity and ballistic limit deduced. The model also allows us to estimate the contribution of different mechanisms of absorption of the kinetic energy of the projectile. This model evaluated the influence of the thickness and velocity of impact on both parameters. We performed a detailed numerical model for the studied sandwich structures implemented in Abaqus/Explicit, validating it with experimental results. This model evaluated the influence of the nucleus in the impact behavior, compared to a structure coreless called spaced plate, we also have evaluated the influence of skin thickness/core thickness ratio. This study is complemented by experimental results that evaluated the damage generated

Micro-mechanical testing of afvanced ceramics: tools, procedures and first results

Micro-mechanical testing has lately become a more accessible tool for understanding deformation, strengthening and failure mechanisms at small scales. It has been found that the often considered intrinsic or “intensive” properties of materials, i.e. not size dependent, start to exhibit an extrinsic behaviour if the volume of material tested is reduced down to the level of the micro- or nano-scale. This is true at least for metals, where diverse experimental approaches have shown that the ultimate strength strongly increases in enough small material volumes in the micro-nano range. In ceramics, the small scale testing approach has received much less attention probably because of the absence of dislocation-controlled deformation mechanisms. Even though, it is the only direct method for the study of the mechanical behaviour of ceramics in thin coatings, superficial layers induced by surface degradation processes as in wear, corrosion, etc. Besides, in ceramics with a grain size dependent transformation toughening mechanism, such as zirconia-based ceramics, a clear effect is expected when testing at the micro-scale. In this work the methodology of micro-mechanical testing is presented and is applied to yttria-stabilized zirconia. Advantages and limitations of the technique are discussed and details about the combination of FIB-machining and nanoindentation testing are illustrated. At the same time, first results of the strength in compression of zirconia micropillars are presented and the failure mechanism is discussed.Postprint (published version

Propulsión en vehículos eléctricos

Este trabajo del vehículo eléctrico, pone en relevancia su interés actual como alternativa a los vehículos de combustión interna. Para comprender cómo funciona esta tecnología, explicaremos las diferentes variantes de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica que puede equipar, así como también los distintos tipos de motores eléctricos empleados en la industria del automóvil eléctrico, para finalmente pasar a realizar un estudio de la propulsión en vehículos eléctricos, explicando los diferentes elementos que conforman un tren propulsivo, que características y prestaciones reales ofrece, apoyándonos para ello en dos ejemplos concretos de la industria como son el automóvil eléctrico GM EV1 y el scooter eléctrico Scoot’Elec, a través de los cuales podremos conocer las prestaciones y autonomía que pueden ofrecer realmente los vehículos eléctricos.Departamento de Ingeniería EléctricaGrado en Ingeniería Eléctric