Análisis de elementos finitos con un continuo elástico lineal tipo Cosserat

Contexto: Los resultados experimentales en materiales granulares muestran que el comportamiento esfuerzo deformación tiene dependencia con la escala de análisis, sin embargo, debido a las supocisiones intrínsecas que tiene la mecánica del medio continuo, los análisis de elementos finitos basados en el continuo continuo de Boltzmann no permite tener en cuenta longitudes características en su formulación que refleje la escala.Método: En este trabajo se presenta la formulación especializada de los elementos finitos para un problema de deformación plana para el continuo de Cosserat. Se presentan los grados de libertad de un elemento finito cuadrilatero y se deduce el operador diferencial para obtener el vector de deformación, su función de forma, la matriz de interpolación, la matriz de rigidez y el vector de fuerza nodal. Finalmente se implementa el continuo de cosserat con el elemento descrito en un programa de elementos finitos codificado por los autores.  El programa se ejecuta para resolver el problema de esfuerzos y deformaciones en una capa homogenea de material con comportamiento lineal elástico.Resultados: Se obtiene las diferencias entre los componentes de esfuerzos y deformaciones de corte entre el continuo convencional y el de Cosserat junto con la aparición de momentos  a nivel de punto de Gauss.Conclusiones: La deducción e implementación del continuo de Cosserat permite un análisis de elementos finitos alternativo al del continuo Convencional con la posibilidad de introducir una longitud característica en su formulación para tener en cuenta los efectos de escala y rotaciones que se observan en materiales granulares.Contexto: Los resultados experimentales en materiales granulares muestran que el comportamiento esfuerzo deformación tiene dependencia con la escala de análisis, sin embargo, debido a las supocisiones intrínsecas que tiene la mecánica del medio continuo, los análisis de elementos finitos basados en el continuo continuo de Boltzmann no permite tener en cuenta longitudes características en su formulación que refleje la escala.Método: En este trabajo se presenta la formulación especializada de los elementos finitos para un problema de deformación plana para el continuo de Cosserat. Se presentan los grados de libertad de un elemento finito cuadrilatero y se deduce el operador diferencial para obtener el vector de deformación, su función de forma, la matriz de interpolación, la matriz de rigidez y el vector de fuerza nodal. Finalmente se implementa el continuo de cosserat con el elemento descrito en un programa de elementos finitos codificado por los autores.  El programa se ejecuta para resolver el problema de esfuerzos y deformaciones en una capa homogenea de material con comportamiento lineal elástico.Resultados: Se obtiene las diferencias entre los componentes de esfuerzos y deformaciones de corte entre el continuo convencional y el de Cosserat junto con la aparición de momentos  a nivel de punto de Gauss.Conclusiones: La deducción e implementación del continuo de Cosserat permite un análisis de elementos finitos alternativo al del continuo Convencional con la posibilidad de introducir una longitud característica en su formulación para tener en cuenta los efectos de escala y rotaciones que se observan en materiales granulares

Finite Element Analysis Using a Cosserat Linear Elastic Continuum

RESUMEN: Contexto: Los resultados experimentales en materiales granulares muestran que el comportamiento esfuerzo deformación tiene dependencia con la escala de análisis, sin embargo, debido a las supocisiones intrínsecas que tiene la mecánica del medio continuo, los análisis de elementos finitos basados en el continuo de Boltzmann no permite tener en cuenta longitudes características en su formulación que refleje la escala. Método: En este trabajo se presenta la formulación especializada de los elementos finitos para un problema de deformación plana para el continuo de Cosserat. Se presentan los grados de libertad de un elemento finito cuadrilatero y se deduce el operador diferencial para obtener el vector de deformación, su función de forma, la matriz de interpolación, la matriz de rigidez y el vector de fuerza nodal. Finalmente se implementa el continuo de cosserat con el elemento descrito en un programa de elementos finitos codificado por los autores. El programa se ejecuta para resolver el problema de esfuerzos y deformaciones en una capa homogenea de material con comportamiento lineal elástico. Resultados: Se obtiene las diferencias entre los componentes de esfuerzos y deformaciones de corte entre el continuo convencional y el de Cosserat junto con la aparición de momentos a nivel de punto de Gauss. Conclusiones: La deducción e implementación del continuo de Cosserat permite un análisis de elementos finitos alternativo al del continuo Convencional con la posibilidad de introducir una longitud característica en su formulación para tener en cuenta los efectos de escala y rotaciones que se observan en materiales granulares.ABSTRACT: Context: Experimental results show that the stress-strain behavior of granular materials depends upon the scale analysis. However, due to the intrinsic assumptions of the mechanics of a continuum medium, the analysis of finite elements based on the Boltzmann´s continuum does not allow to consider characteristic lengths in its formulation to reflect the scale effect. Method: This work presents a finite element formulation to analyze plane-strain linear problems using the Cosserat continuum. The degrees of freedom of a four-node quadrilateral finite element are presented and the differential operator is derived to obtain the deformation vector, function form, interpolation matrix, stiffness matrix and nodal load vector. Finally, the Cosserat continuum with the aforementioned element is implemented in a finite element software coded by the authors. The software is used to solve a stress-strain problem of a homogeneous layer with a linear elastic behavior. Results: The differences of the stress and shear strain responses between the conventional and the Cosserat continuum along with the moments acting at the Gauss point level are obtained. Conclusions: The derivation and implementation of the Cosserat continuum provides an alternative finite element analysis to the conventional continuum, along with the advantage of introducing a characteristic length in the formulation to account for the scale effects and rotations observed in granular materials

Niveles umbrales de lluvia que generan deslizamientos: Una revisión crítica

Multiple rainfall-landslides relationships have been proposed for early warning systems in the world. This work presents a data base that synthesizes the state of the art of rainfall thresholds that generate mass movements in the entire world. The more common rainfall-landslides relationships are processed in order to analyze data in function of the Köppen climatic classification and the area for which it was proposed. The results show a wide range of parameters derived from rainfall that triggers landslides together with considerable differences between threshold values. Data analysis shows the necessity to obtain parameters and thresholds derived from the rainfall that generate landslides for each specific geographical and climatic zone. For that reason, it is possible to generate a rational background that allows us to establish early warning systems of landslides caused by rainfall with low variability. This work provides insights into the catalog of possible parameters derived from rainfall records that allow us to generate thresholds to predict the landslides occurrence. Researchers will have the possibility to search for rainfall-landslide relationships based on statistical analysis, with a wide spectrum of parameters, beyond the traditional variables of antecedent rainfall and the intensity occurred the day of the landslide. En el mundo se han propuesto múltiples relaciones lluvia-deslizamientos para sistemas de alerta temprana. Este trabajo presenta una base de datos que sintetiza el estado del arte de umbrales de lluvia que generan movimientos en masa en todo el mundo. Las relaciones más comunes lluvia-deslizamiento se procesan con el fin de analizar los datos en función de la clasificación climática de Köppen y el área para la cual fue generada. Los resultados muestran la amplia oferta disponible de tipos de parámetros derivados de lluvia que producen deslizamientos, unido con las diferencias considerables en los valores umbrales que pueden tomar dichos parámetros. Estos resultados se condensan en figuras comparativas de niveles umbrales de lluvia que generan deslizamientos propuestos en el mundo para diferentes parámetros. Del análisis de la información recopilada resulta evidente la necesidad de obtener parámetros y umbrales derivados de lluvia que generan deslizamientos para cada zona geográfica y climática específica, de forma tal que se pueda generar una base racional de conocimiento que permita establecer sistemas de alerta temprana de deslizamientos detonados por lluvias con baja variabilidad. Este trabajo aporta en la construcción del conocimiento del catálogo de posibles parámetros derivados de registros de precipitación que permiten generar umbrales de predicción de ocurrencia de deslizamientos. Los investigadores tendrán la posibilidad de buscar relaciones lluvia-deslizamiento, basadas en análisis estadísticos, con una amplia paleta de parámetros, más allá de las variables tradicionales de lluvia antecedente e intensidad ocurrida el día del deslizamiento

Aplicabilidad de la energía cinética en el inicio de la inestabilidad de materiales granulares en un tambor rotador mediante la técnica PIV (Particle Image Velocimetry)

This article presents a study of the behavior of granular materials that are subject to a process of instability in a rotating drum. By employing an original procedure, the applicability of kinetic energy as a parameter to measure processes of instability and their relationships with the granulometry of materials and rotating drum’s velocities are evaluated. Certain granulometries are tested in various set-ups in order to capture consecutive images of the process in which the present materials flow into the rotating drum. Image processing is carried out by using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique in order to be able to determine the particles’ displacement vectors and velocity fields by using Pivlab, the Matlab toolbox. Subsequently, the kinetic energy is calculated and its applicability is determined through analyzing the variation of this parameter in the processes of instability and its relationship with the granulometry of materials and the velocities of the rotating drum. The trials undertaken as part of this study have determined that there are two types of particle flow: falling and rolling. Moreover, the dependence of the material type on the threshold value of kinetic energy at the beginning of the process of instability was discovered as well as the independence of this parameter from the angle of inclination of the material inside the rotating drum. The results from this research allow for an analysis of the processes of instability in granular materials by means of non-conventional methodologiesSe presenta un estudio del comportamiento de materiales granulares sometidos a procesos de inestabilidad en un tambor rotador. Mediante un procedimiento novedoso se evalúa la aplicabilidad de la energía cinética como parámetro de medición de procesos de inestabilidad y su relación con las granulometrías de los materiales y las velocidades de rotación del tambor. Determinadas granulometrías se ensayan en diferentes montajes, para la captura de imágenes consecutivas del proceso de flujo de los materiales presentes en el tambor rotador. El procesamiento de las imágenes es realizado mediante la técnica de Particle Image Velocimetry (PIV) para así poder determinar los vectores de desplazamiento y el campo de velocidad de las partículas, utilizando el toolbox de Matlab llamado Pivlab. Posteriormente se calcula la energía cinética y se determina su aplicabilidad mediante el análisis de la variación de este parámetro en los procesos de inestabilidad y su relación con las granulometrías de los materiales y las velocidades de rotación del tambor. En los ensayos realizados se determinaron dos tipos de flujo de partículas: régimen de caída y régimen rodante. Además, se encontró la dependencia del tipo de material en el valor umbral de energía cinética al inicio del proceso de inestabilidad y la independencia de este parámetro del ángulo de inclinación del material dentro del tambor rotador. Los resultados de este proyecto permiten un análisis de los procesos de inestabilidad en materiales granulares mediante metodologías no convencionales

Database of Seismic Intensities for Colombia and Western Venezuela

Este artículo presenta una base de datos de intensidades sísmicas recopiladas para Colombia y el Occidente de Venezuela. Esta base de datos macrosísmica está basada en la recopilación y análisis de información contenida en mapas de isosistas generada por diferentes investigadores en el Norte de Suramérica. La base de datos incluye 68 eventos sísmicos ocurridos entre 1766 y 2004. Para estos eventos, se presentan 283 pares de datos de intensidad – radio equivalente. El presente trabajo constituye la base para futuras investigaciones cuyo objetivo sea mejorar el entendimiento de la atenuación de la energía sísmica en la región.This article presents an extensive database of seismic intensities compiled for Colombia and Western Venezuela. This macroseismal database is based upon the compilation and analysis of information contained in isoseismal maps produced mainly by researchers in Colombia and Venezuela. The database includes 68 earthquake events, which happened between 1766 and 2004. For these events 283 pairs of Modified Mercalli intensity points and the radii of equivalent isoseismals are presented. This work constitutes the basis for future investigations aimed at improving the understanding of the attenuation of seismic energy in the region. It is considered that the database presented may play a central role in future studies of hazard based on intensity

Resultados Semilleros de Investigación 2009-2010

La publicación recoge los doce informes finales de investigación presentados por los estudiantes de ocho Semilleros 1 y cuatro Semilleros 2, correspondientes a la convocatoria 2009–2010 y se constituye en el Número 25 de la Serie de Investigaciones en Construcción, si bien este es el primer Número publicado en formato digital que UNIJUS se permite poner a disposición no sólo de la comunidad universitaria, sino también de la sociedad colombiana e internacional, interesada en los temas estudiados por los jóvenes investigadores de la Facultad de Derecho, Ciencias Políticas y Sociales de la Universidad Nacional de Colombia

Gestión del conocimiento. Perspectiva multidisciplinaria. Volumen 17

El libro “Gestión del Conocimiento. Perspectiva Multidisciplinaria”, Volumen 17 de la Colección Unión Global, es resultado de investigaciones. Los capítulos del libro, son resultados de investigaciones desarrolladas por sus autores. El libro es una publicación internacional, seriada, continua, arbitrada, de acceso abierto a todas las áreas del conocimiento, orientada a contribuir con procesos de gestión del conocimiento científico, tecnológico y humanístico. Con esta colección, se aspira contribuir con el cultivo, la comprensión, la recopilación y la apropiación social del conocimiento en cuanto a patrimonio intangible de la humanidad, con el propósito de hacer aportes con la transformación de las relaciones socioculturales que sustentan la construcción social de los saberes y su reconocimiento como bien público

Global burden of 288 causes of death and life expectancy decomposition in 204 countries and territories and 811 subnational locations, 1990–2021: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2021

BACKGROUND Regular, detailed reporting on population health by underlying cause of death is fundamental for public health decision making. Cause-specific estimates of mortality and the subsequent effects on life expectancy worldwide are valuable metrics to gauge progress in reducing mortality rates. These estimates are particularly important following large-scale mortality spikes, such as the COVID-19 pandemic. When systematically analysed, mortality rates and life expectancy allow comparisons of the consequences of causes of death globally and over time, providing a nuanced understanding of the effect of these causes on global populations. METHODS The Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study (GBD) 2021 cause-of-death analysis estimated mortality and years of life lost (YLLs) from 288 causes of death by age-sex-location-year in 204 countries and territories and 811 subnational locations for each year from 1990 until 2021. The analysis used 56 604 data sources, including data from vital registration and verbal autopsy as well as surveys, censuses, surveillance systems, and cancer registries, among others. As with previous GBD rounds, cause-specific death rates for most causes were estimated using the Cause of Death Ensemble model-a modelling tool developed for GBD to assess the out-of-sample predictive validity of different statistical models and covariate permutations and combine those results to produce cause-specific mortality estimates-with alternative strategies adapted to model causes with insufficient data, substantial changes in reporting over the study period, or unusual epidemiology. YLLs were computed as the product of the number of deaths for each cause-age-sex-location-year and the standard life expectancy at each age. As part of the modelling process, uncertainty intervals (UIs) were generated using the 2·5th and 97·5th percentiles from a 1000-draw distribution for each metric. We decomposed life expectancy by cause of death, location, and year to show cause-specific effects on life expectancy from 1990 to 2021. We also used the coefficient of variation and the fraction of population affected by 90% of deaths to highlight concentrations of mortality. Findings are reported in counts and age-standardised rates. Methodological improvements for cause-of-death estimates in GBD 2021 include the expansion of under-5-years age group to include four new age groups, enhanced methods to account for stochastic variation of sparse data, and the inclusion of COVID-19 and other pandemic-related mortality-which includes excess mortality associated with the pandemic, excluding COVID-19, lower respiratory infections, measles, malaria, and pertussis. For this analysis, 199 new country-years of vital registration cause-of-death data, 5 country-years of surveillance data, 21 country-years of verbal autopsy data, and 94 country-years of other data types were added to those used in previous GBD rounds. FINDINGS The leading causes of age-standardised deaths globally were the same in 2019 as they were in 1990; in descending order, these were, ischaemic heart disease, stroke, chronic obstructive pulmonary disease, and lower respiratory infections. In 2021, however, COVID-19 replaced stroke as the second-leading age-standardised cause of death, with 94·0 deaths (95% UI 89·2-100·0) per 100 000 population. The COVID-19 pandemic shifted the rankings of the leading five causes, lowering stroke to the third-leading and chronic obstructive pulmonary disease to the fourth-leading position. In 2021, the highest age-standardised death rates from COVID-19 occurred in sub-Saharan Africa (271·0 deaths [250·1-290·7] per 100 000 population) and Latin America and the Caribbean (195·4 deaths [182·1-211·4] per 100 000 population). The lowest age-standardised death rates from COVID-19 were in the high-income super-region (48·1 deaths [47·4-48·8] per 100 000 population) and southeast Asia, east Asia, and Oceania (23·2 deaths [16·3-37·2] per 100 000 population). Globally, life expectancy steadily improved between 1990 and 2019 for 18 of the 22 investigated causes. Decomposition of global and regional life expectancy showed the positive effect that reductions in deaths from enteric infections, lower respiratory infections, stroke, and neonatal deaths, among others have contributed to improved survival over the study period. However, a net reduction of 1·6 years occurred in global life expectancy between 2019 and 2021, primarily due to increased death rates from COVID-19 and other pandemic-related mortality. Life expectancy was highly variable between super-regions over the study period, with southeast Asia, east Asia, and Oceania gaining 8·3 years (6·7-9·9) overall, while having the smallest reduction in life expectancy due to COVID-19 (0·4 years). The largest reduction in life expectancy due to COVID-19 occurred in Latin America and the Caribbean (3·6 years). Additionally, 53 of the 288 causes of death were highly concentrated in locations with less than 50% of the global population as of 2021, and these causes of death became progressively more concentrated since 1990, when only 44 causes showed this pattern. The concentration phenomenon is discussed heuristically with respect to enteric and lower respiratory infections, malaria, HIV/AIDS, neonatal disorders, tuberculosis, and measles. INTERPRETATION Long-standing gains in life expectancy and reductions in many of the leading causes of death have been disrupted by the COVID-19 pandemic, the adverse effects of which were spread unevenly among populations. Despite the pandemic, there has been continued progress in combatting several notable causes of death, leading to improved global life expectancy over the study period. Each of the seven GBD super-regions showed an overall improvement from 1990 and 2021, obscuring the negative effect in the years of the pandemic. Additionally, our findings regarding regional variation in causes of death driving increases in life expectancy hold clear policy utility. Analyses of shifting mortality trends reveal that several causes, once widespread globally, are now increasingly concentrated geographically. These changes in mortality concentration, alongside further investigation of changing risks, interventions, and relevant policy, present an important opportunity to deepen our understanding of mortality-reduction strategies. Examining patterns in mortality concentration might reveal areas where successful public health interventions have been implemented. Translating these successes to locations where certain causes of death remain entrenched can inform policies that work to improve life expectancy for people everywhere. FUNDING Bill & Melinda Gates Foundation

Paraelastic description of small-strain behaviour

The adequate characterization of the small-strain stiffness soil behavior plays an important role in the prediction of displacements of retaining walls and footings subjected to monotonic and/or cyclic loading. This document recounts the main experimental features observed on monotonic and cyclic element tests performed on sandy and clayey soil samples that allowed to coin the term small-strain stiffness in the 1970's. The starting point in this thesis is the analysis of the hypoplastic equation with intergranular strain. The basic version of hypoplasticity cannot reproduce many aspects of the cyclic behavior observed on sands. The concept of intergranular strain (IS) was the introduced as an internal variable needed to memorise the most recent strain history in order to reduce the ratcheting of the model and to take into account abrupt changes of stiffness upon changes of straining direction. However, a significant accumulation of strain is still obtained within the small-strain range (SSR). Some parameters of the IS must be adjusted to the amplitude of the strain loops and even them may lead to overshooting problems. Kinks in the damping ratio curves are obtained for strain amplitudes comprised in the SSR. Elastoplastic models based on the bounding surface plasticity concept perform well when simulating cyclic loading, specially for large strain amplitudes. Models like Sanisand define a very narrow yield surface under the concept of vanishing elastic region. Within the Ducker-Prager cone, a linear hypoelasticity controls the soil response, rendering the description of the small-strain stiffness effects inaccurate. No damping can be observed for yampl< 10-4. The inaccurate description of some features of the small-strain stiffness behavior observed both in hypoplasticity with intergranular strain and elastoplastic models can be repaired with the reformulated version of Hueckel & Nova's paraelasticity. The new paraelasticity has been devised as a non-linear elastic model comprised in the range of small strains (yampl< 10-4). Whithin this range the perfect reversibility of stress and strain cycles is guaranteed at all reversal points (also in full 3D case). The model follows the masing rules and reproduces the degradation of the shear modulus and the?Doctor en IngenieríaDoctorad

Potencialidad de las redes neuronales artificiales (RNA) en estudios de regionalización hidrológica de caudales

Magíster en Ingeniería CivilMaestrí