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Nuevas tendencias en el diseño de materiales y estructuras
El presente texto incluye temas como las nuevas herramientas para la modelación de diferentes problemas relacionados con la Ingeniería Civil; la implantación de un modelo matemático para el análisis dinámico no lineal de las viviendas prefabricadas, que permite simular el comportamiento
histerético del sistema estructural de la vivienda a partir del comportamiento cíclico experimental;
las herramientas de la inteligencia artificial (las redes neuronales) para la modelación de fenómenos complejos presentes en el comportamiento de algunos materiales, en este caso en tres arenas típicas y su relación esfuerzo-deformación; nuevos enfoques en el diseño de estructuras y materiales, nuevas tendencias de diseño tanto de las estructuras como en los materiales compuestos; una perspectiva sobre nuevos materiales compuestos o alternativos, que proponen materiales de origen natural combinados con materiales tradicionales en la industria de la construcción. Presenta una breve descripción de los materiales compuestos, tipo sándwich, y propone un nuevo compuesto a partir de conglomerados de material vegetal y ferrocemento. E incluye el estudio de los suelos residuales estabilizados con cal y se evalúa su comportamiento mecánico.PRÓLOGO............. 15
PRESENTACIÓN.............. 17
Primera parte
Nuevas herramientas para la modelación de problemas en Ingeniería Civil
Capítulo 1
APLICACIÓN DEL MODELO DE Bouc y Wen
EN EL ANÁLISIS SÍSMICO DE VIVIENDAS PREFABRICADAS
Daniel Alveiro Bedoya Ruiz
1.1 INTRODUCCIÓN.............. 21
1.2 AVANCES EN EL MODELO DE Bouc y Wen............. 23
1.3 SISTEMAS HISTERÉTICOS NO LINEALES............ 27
1.3.1 Ecuación de movimiento............ 30
1.3.2 Parámetros de forma de la histéresis............ 31
1.3.3 Disipación de energía............. 34
1.3.4 Rigidez, resistencia y estrangulamiento..............35
1.4 Identificación de sistemas y control.............. 37
1.5 APLICACIÓN DEL MODELO EN VIVIENDAS PREFABRICADAS............. 38
1.5.1 El modelo en casas prefabricadas de ferrocemento............. 41
1.5.2 Dinámica y comportamiento no lineal............. 44
1.6 CONCLUSIÓN............ 45
Capítulo 2
DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN CONSTITUTIVA
DE LAS ARENAS USANDO REDES NEURONALES ARTI FICIALES (RNA)
Hernán Eduardo Martínez-Carvajal - Márcio Muniz de Farias
2.1 INTRODUCCIÓN............ 51
2.2 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO DE MATERIALES........... 53
2.3 MODELAMIENTO CONSTITUTIVO USANDO REDES NEURONALES ARTIFICIALES............. 55
2.4 LA BASE DE DATOS............ 56
2.5 LA ARQUITECTURA DE LA RED NEURONAL............... 58
2.6 RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN............. 60
2.7. CONCLUSIONES.............. 65
Segunda parte
Nuevos enfoques en el diseño de materiales y estructuras
Capítulo 3
Diseño por desplazamientos de pilares de puentes
Matthew J. Tobolski - José I. Restrepo
3.1 INTRODUCCIÓN............ 69
3.2 ESPECTRO DEL DISEÑO............. 72
3.3 AMORTIGUAMIENTO............ 74
3.4 RESPUESTA INÉLASTICA............. 75
3.5 COMBINACIÓN DE FACTORES DE AMPLIFICACIÓN DE DESPLAZAMIENTO............. 79
3.6 CAPACIDAD DE DESPLAZAMIENTO............ 80
3.7 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO............ 85
3.8 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE SEGURIDAD DE LA VIDA.............. 86
3.9 OBJETIVO DE DESEMPEÑO DE FUNCIONAMIENTO INMEDIATO.............. 89
3.10 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS............. 92
3.11 ANÁLISIS PARAMÉTRICO............. 93
3.12 EXIGENCIA SÍSMICA Y DUCTILIDAD DE CURVATURA.............. 93
3.13 PROPORCIÓN DE LA ROTACIÓN RESIDUAL............. 94
3.14 DIÁMETRO Y ALTURA DE LA COLUMNA.............. 95
3.15 CONCLUSIONES.............. 98
3.16 APÉNDICE. EJEMPLO DE DISEÑO............... 99
Capítulo 4
UN NUEVO ENFOQUE
PARA EL ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO
Héctor Guillermo Urrego Giraldo
4.1 INTRODUCCIÓN.............. 111
4.2 COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN............. 113
4.3 COMPORTAMIENTO DEL ACERO.............. 115
4.4 CURVATURA.............. 117
4.5 EJEMPLO 1.............. 123
4.6 MÉTODO PROPUESTO............... 136
4.7 EJEMPLO 2............. 138
4.8 CONCLUSIONES............... 144
Capítulo 5
DESEMPEÑO SÍSMICO DE PÓRTI COS PLANOS DE ACERO CON EL SISTEMA KNEE-BRACING
Ricardo León Bonett Díaz - Carolina López Toro
5.1 INTRODUCCIÓN.............. 147
5.2 MARCO CONCEPTUAL.............. 149
5.3 CRITERIOS PARA ESCOGER EL KNEE Y EL BRACE.............. 151
5.4 CASO DE ESTUDIO............. 153
5.5 INCORPORACIÓN DEL DISPOSABLE KNEE BRACING............. 165
5.6 EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD SÍSMICA............. 167
5.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 172
5.8 CONCLUSIONES................ 176
Capítulo 6
TENDENCIAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTI CAS EN CALIENTE
¡MARSHALL vs SUPERPAVE!
Carlos Rodolfo Marín Uribe
6.1 INTRODUCCIÓN.............. 179
6.2 DESCRIPCIÓN DE LAS METODOLOGÍAS DE DISEÑO............... 180
6.3 Algunas diferencias entre las dos metodologías.............. 190
6.4 DESARROLLO DE UN TRABAJO EXPERIMENTAL.............. 192
6.4.1 Selección de materiales............ 192
6.4.2 Obtención del porcentaje óptimo de asfalto........... 195
6.4.3 Caracterización mecánica y dinámica de las mezclas asfálticas............. 195
6.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS.............. 203
6.6 CONCLUSIONES............... 204
Capítulo 7
EL EFECTO ARCO EN SUELOS
John Mario García Giraldo
7.1 INTRODUCCIÓN............. 209
7.2 EL ARCO COMO FORMA ESTRUCTURAL.............. 210
7.2.1 Definición de arco.............. 210
7.2.2 Historia del arco como elemento estructural............. 211
7.3 F ORMAS DE ARCO............ 212
7.4 EFECTO DE LA GEOMETRÍA ESTRUCTURAL
EN LA DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES EN EL INTERIOR DE UN ELEMENTO............. 215
7.4.1 Esfuerzos en un elemento estructural............. 215
7.4.2 Distribución de tensiones en el interior de un elemento estructural............. 216
7.5 GEOMETRÍAS ÓPTIMAS............... 219
7.6 ESTUDIO DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS............ 220
7.6.1 Efecto de arco sobre una escotilla móvil (trapdoor).............. 220
7.6.2 Análisis del efecto arco en los suelos por Terzaghi en 1945........... 222
7.7 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HANDY EN 1985.............. 226
7.8 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR HARROP EN 1989.............. 233
7.9 ANÁLISIS DEL EFECTO ARCO EN LOS SUELOS POR SALGADO EN 2002.............. 237
7.10 CONCLUSIONES............ 241
Tercera parte
Nuevos materiales compuestos o alternativos
Capítulo 8
MATERIALES COMPUESTOS
A BASE DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETA L
Daniel Alveiro Bedoya Ruiz - Juan Camilo Aldana Barrera - Leonardo Ávila Vélez
8.1 INTRODUCCIÓN.............. 247
8.2 MATERIALES COMPUESTOS.............. 249
8.2.1 Núcleo............. 252
8.2.2 Corteza estructural............. 253
8.2.3 Sistemas constructivos............ 254
8.3 COMPORTAMIENTO EXPERIMENTAL DE LOS COMPUESTOS
DE FERROCEMENTO Y MATERIAL VEGETAL............. 255
8.3.1 Núcleo de material vegetal............ 256
8.3.2 Corteza de ferrocemento.............. 260
8.3.3 A. 3.3 paneles de ferrocemento con núcleo vegetal............. 261
8.4 CONCLUSIONES.............. 266
Capítulo 9
COMPORTAMIENTO MECÁNICO
DE SUELOS RESIDUALES ESTABILIZADO S
César Augusto Hidalgo Montoya - Mario Alberto Rodríguez Moreno
9.1 INTRODUCCIÓN.............. 271
9.2 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL............. 273
9.3 PROPIEDADES RESILIENTES O RESILIENCIA............... 275
9.4 CARGAS EN EL PAVIMENTO.............. 276
9.4.1 Tipos de cargas que actúan............. 276
9.4.2 Duración de la carga cíclica............. 279
9.5 MÓDULO RESILIENTE............. 279
9.6 F ACTORES GENERALES QUE AFECTAN EL MÓDULO RESILIENTE............. 281
9.6.1 Factores que afectan el Mr de suelos finos............ 281
9.6.2 Factores que afectan el Mr de materiales granulares............ 284
9.7 ENSAYOS PARA DETERMINAR EL MÓDULO RESILIENTE.............. 286
9.8 CORRELACIONES............... 289
9.9 PROPIEDADES RESILIENTES DE SUELOS ESTABILIZADOS.............. 290
9.10 ENSAYOS DE LABORATORIO.............. 292
9.11 ANÁLISIS DE RESULTADOS............... 295
9.11.1 Compresión simple............ 296
9.11.2 Tracción indirecta............. 299
9.11.3 CBR............. 300
9.11.4 Módulo resiliente.............. 302
9.12 CONCLUSIONES.............. 30
Vulnerabilidad y riesgo sísmico de edificios. Aplicación a entornos urbanos en zonas de amenaza alta y moderada.
Las nuevas tendencias en la Ingeniería Sísmica, reconocen la necesidad de evaluar la vulnerabilidad de los edificios en entornos urbanos. De hecho, es allí donde se concentra la mayor parte de la población mundial, las infraestructuras y los servicios. Así pues, el comportamiento de los edificios ante la ocurrencia de sismos intensos, es el responsable de evitar verdaderas catástrofes sísmicas, como las que hasta la fecha, continúan dejando pérdidas económicas millonarias y un número inaceptable de víctimas mortales. De lo anterior, se deduce la motivación del presente trabajo, que ha sido estructurado en tres grandes bloques. En el primero de ellos, se han analizado los aspectos conceptuales y metodológicos relacionados con la evaluación de la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de edificios en entornos urbanos. En la segunda parte, se ha analizado detalladamente, el comportamiento sísmico esperado de los edificios porticados de hormigón armado, situados en la ciudad de Manizales (Colombia), caracterizada por una amenaza sísmica alta. El desarrollo y aplicación de métodos y técnicas avanzadas de análisis del desempeño, vulnerabilidad y fragilidad de las edificaciones, ha permitido establecer, de forma cuantitativa, la importancia que, para la minoración del riesgo sísmico, tiene el diseño y construcción sismo-resistente. La tercera parte, se ha dedicado al análisis del riesgo sísmico en la ciudad de Barcelona (España), que por hallarse situada en un entorno de amenaza sísmica entre moderada y baja, no ha incorporado en sus costumbres y hábitos constructivos, ninguna conciencia ni precaución sísmica, lo que ha resultado en una elevada vulnerabilidad y fragilidad de sus edificios y, por lo tanto, en un considerable riesgo. Las metodologías utilizadas en este trabajo, han sido desarrolladas a partir de consideraciones estocásticas, que permiten tener en cuenta, de forma natural, las incertidumbres en la acción dinámica, en las características materiales y estructurales de los edificios y, en consecuencia, en los resultados obtenidos. Diversos análisis de sensibilidad han permitido constatar, una vez más, la importancia de una correcta y ajustada definición de la acción sísmica, que, en caso de ser posible, debe fundamentarse en acelerogramas registrados en la zona de estudio. La ciudad de Manizales en Colombia, ha sido uno de los escenarios que ha permitido una aplicación clara de la importancia de preferir espectros compatibles con acciones reales sobre otros espectros generales que promedian una gran cantidad de información y que, finalmente, pueden llegar a no ser representativas de ninguna, como es el caso incluso, de los espectros de respuesta simplificados que proveen las normativas y códigos de diseño sísmico. Esta elevada sensibilidad de los resultados a las características de la acción ha quedado también patente en el otro escenario elegido, Barcelona. Los resultados obtenidos demuestran cómo la adopción de unas medidas sencillas de protección sísmica, pueden llegar a disminuir hasta en un grado el daño esperado, mientras que la ausencia de memoria sísmica, la despreocupación y abandono de unas precauciones mínimas, lo puede incrementar en un grado.Les noves tendències a l'enginyeria sísmica confirmen la necessitat d'avaluar la vulnerabilitat dels edificis a les grans ciutats, on així mateix, es concentra la majoria de la població mundial i de les seves estructures i infrastructures. Per tant és necessari avaluar el comportament dels edificis abans de què succeeixi un terratrèmol per tal d'evitar que segueixin succeint les catàstrofes sísmiques que, a hores d'ara, continuen causant grans pèrdues econòmiques i un nombre inacceptable de vides humanes. Aquest treball consta de tres parts. La primera conté els aspectes metodològics i conceptuals relacionats amb l'avaluació de la vulnerabilitat i del risc sísmics. En segon lloc es realitza una anàlisi detallada del comportament sísmic dels edificis porticats de formigó armat, típics de la ciutat de Manizales (Colòmbia), la qual està situada en una regió amb un alt perill sísmic. El desenvolupament i aplicació de nous mètodes i tècniques orientades a l'anàlisi del la vulnerabilitat, fragilitat i comportament sísmic dels edificis, han indicat amb claredat, la importància del disseny i construcció sismo-resistent per minorar el risc sísmic. Finalment, la tercera part s'ha dedicat al anàlisi del risc sísmic a Barcelona (Espanya). Aquesta ciutat es troba en una zona on el perill sísmic és entre moderat i baix però els seus edificis han estat construïts sense cap consideració de tipus sísmic per la qual cosa presenten una vulnerabilitat i fragilitat elevades. Els mètodes emprats en l'estudi han estat considerats de forma probabilista, i han permès incorporar les incerteses en les propietats materials i constructives dels edificis i en l'acció sísmica. Tanmateix, s'han efectuat alguns tests de sensibilitat que han confirmat la importància que té una definició acurada de l'acció sísmica, que cal es basi en accelerogrames reals enregistrats a la zona d'estudi. En particular, els resultats obtinguts a Manizales demostren la importància d'emprar espectres sísmics compatibles amb registres reals de la zona d'estudi. De fet, els espectres de resposta previstos a les normatives sísmiques, s'obtenen suavitzant els valors migs corresponents a una gran nombre d'espectres de resposta individuals, i poden no representar de forma adequada l'acció sísmica esperada en un lloc concret. Aquesta alta sensibilitat dels resultats a les característiques de l'acció ha estat també palesa a l'altre escenari sísmic considerat: Barcelona. Elsresultats obtinguts mostren clarament com el dany es pot reduir fins a una grau quan s'adopten mesures força senzilles de protecció sísmica. Pel contrari, l'absència del record sísmic unit amb la despreocupació i abandonament d'unes precaucions mínimes poden augmentar fins a un grau el nivell de danys esperats.New trends in earthquake engineering confirm the need of evaluating the buildings vulnerability in urban areas, where, In addition, most of man-made facilities and structures, and world population are concentrated. Therefore, it is necessary to evaluate the performance of the buildings before an earthquake occurs in order to avoid the occurrence of seismic catastrophes, which continue causing great economic losses and an unacceptable number of deaths. This work has been divided into three parts. The first one, contains conceptual and methodological aspects related to the evaluation of the vulnerability and seismic risk of buildings in urban areas. Secondly, we realize a detailed analysis of the seismic behavior of the reinforced concrete frame buildings, typical of the city of Manizales (Colombia), which is located in a high seismic hazard zone. The development and application of new methods and techniques facing to the analysis of vulnerability, fragility and seismic performance of buildings, have clearly indicated the importance of the earthquake-resistant design and construction to reduce the seismic risk. Finally, the third part has been devoted to the seismic risk analysis of Barcelona (Spain). This city is located in a low to moderate seismic hazard area and, their buildings were constructed without any seismic consideration showing a high seismic vulnerability and fragility. The methodologies used in this work, have been considered in a probabilistictic way, allowing us to consider uncertainties both in the seismic action and in buildings material and structural characteristics. We also performed some sensitivity tests which have confirmed the importance of a fine definition of the seismic action, that preferently should be based on real accelerograms recorded in the zone of study. In particular, the results obtained for Manizales show the importance of using seismic spectra compatible with real records. In fact, the response spectra provided by seismic codes are smoothed averages, from many individual seismic actions, which may not be representative for the place where a particular building is analyzed. This high sensitivity of the results to the characteristics of the action has also been clear in the other seismic scenario we have analyzed: Barcelona. The obtained results cleraly show how the damage can be reduced up to one degree, by using very simple seismic protection measures. On the contrary, the absence of seismic memory linked to the unconcern and abandonment of some minima cautions, may increase it up to one degree.Postprint (published version
A displacement based desing method for medium-rise reinforced concrete walls
In displacementbased design methods some demand considerations, starting from the first mode of vibration, are usually made. However, some authors have called the attention on the importance of taking the higher modes into account, due to their influence in the distribution and demand of both, moments and shears along the vertical elements, with significant effects. In this work, the method presented allows to consider, in a practical way, the effect of the higher modes on the seismic response of a structure. The proposal to achieve it, is a simplified model of Three Degree ofFredom developed from a mass concentration of four points equally distant along the building height. This method corresponds to an iterative process, in which the analysis and design procedures are carried out simultaneously, thus, avoiding considerations or suppositions on resistance and ductility values. This method has been applied to the structural walls of a 15storey building. The results obtained show the efficiency of the method in terms of the proposed objectives achievement and the fast converging of the iterative process involved. The effect of the higher modes is extremely noticeable in the distribution of shear stresses and the use of an initial predimensioning involving the reinforcement, allows consistency between the analysis and the structural design.En los métodos de diseño basado en desplazamientos normalmente se hacen consideraciones de demanda a partir del primer modo de vibrar, sin embargo algunos autores han llamado la atención sobre la importancia de considerar los modos superiores ya que estos influyen en la distribución y en la demanda tanto de momentos como de cortantes a lo largo de los elementos verticales con efectos importantes. En este trabajo, se presenta un método práctico que permite considerar el efecto de los modos superiores sobre la respuesta sísmica de una estructura. Para ello, se propone un modelo simplificado de tres grados de libertad, desarrollado a partir de la concentración de las masas en cuatro puntos igualmente espaciados en la altura del edificio. El método desarrollado corresponde a un proceso iterativo, en el cual los procedimientos de análisis y diseño se realizan de manera simultánea, evitando hacer consideraciones o supuestos sobre valores de resistencia y ductilidad. El método ha sido aplicado a un edificio de muros estructurales de 15 niveles. Los resultados obtenidos muestran la eficiencia del método en términos del cumplimiento de los objetivos propuestos y la rapidez con que converge el proceso iterativo involucrado. El efecto de los modos superiores es altamente notorio en la distribución de esfuerzos cortantes y el uso de un predimensionamiento inicial que involucra el refuerzo, permite una consistencia entre el análisis y el diseño estructura
XV Jornada de Investigación
La XV Jornada de Investigación en 2024 convocó a 815 asistentes con la presentación de 8 conferencias principales, 90 pósters y 56 ponencias, alrededor de los diferentes ejes temáticos: a) “Derecho, cultura y sociedad”, b) “Desarrollo humano y sostenible” y c) “Gestión de la tecnología al servicio de la sociedad”. Estos trabajos abordaron temas de actualidad, por ejemplo, la inteligencia artificial (IA) y sus aportes para el desarrollo de diferentes disciplinas, robótica,
derechos humanos, salud mental y aspectos políticos y culturales en comunidades vulnerables. Asimismo, la investigación-creación fue uno de los escenarios más importantes a destacar como una forma de aportar a la sociedad del conocimiento en favor del desarrollo cultural y artístico de nuestro país.
La visualización de los resultados de investigación sigue siendo un fin importante de la XV Jornada de Investigación, con la presentación de resultados
de manera clara y accesible que facilita la comprensión y la aplicación de los productos de investigación por parte de un público más amplio. Esta transparencia es esencial para construir confianza y asegurar que el conocimiento generado tenga un impacto real y positivo en la sociedad.
Como un reconocimiento al esfuerzo de todos y cada uno de sus participantes, se publican las Memorias de la XV Jornada de Investigación, en las que se recopilan los valiosos aportes al conocimiento científico de conferencistas, ponentes y todos los participantes.. (Tomado de la fuente).Quinta ediciónEJE TEMÁTICO I: DERECHO, CULTURA Y SOCIEDAD
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