Escuela de Ingenieria Civil

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Análisis de fisuras en una viga a partir de las curvaturas de la deflexión y la forma modal
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Forero Carrillo, Ruben Dario; Begambre Carrillo, Oscar Javier
Las estructuras a través de los años de uso pueden llegar a presentar fisuras que no fueron tenidas en cuenta en los análisis iniciales. Por ello resulta importante el desarrollo de herramientas que permitan modelar y analizar la presencia de fisuras en las estructuras. Teniendo como base la teoría de vigas de Euler Bernoulli, y el trabajo desarrollado por Sinha, Friswell y Edwards1, (el cual es un método que tiene la ventaja de localizar la fisura, dentro de un modelo numérico, dando su posición y su altura), se propone una extensión de las formulas planteadas por estos autores, con el fin de poder superar las limitaciones del planteamiento inicial de los mismos, a saber: el tamaño de los elementos finitos; la cercanía entre fisuras y la cercanía de las fisuras a los puntos extremos de la viga. Posteriormente, empleando las formulas modificadas, se desarrolló un procedimiento para determinar y graficar las curvaturas de la deflexión y de las formas modales, con la finalidad de identificar posibles variaciones en las mismas. Igualmente se simuló el efecto de errores de medición sobre las curvaturas determinadas y se analizó como afectan estos errores las gráficas de curvaturas de deflexión y de formas modales
Aplicación de un algoritmo heurístico para optimización del peso de una torre de energía de alta tensión
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Guevara Corzo, Jeffrey Jose; Begambre Carrillo, Oscar Javier
La aplicación de los diferentes métodos de optimización, en el diseño de diferentes tipos de estructuras civiles, es una línea de investigación relativamente joven que ha ido ganando importancia, en la comunidad científica y en la industria, por su flexibilidad y los grandes beneficios económicos que estos pueden brindar. En este documento se presenta un procedimiento de diseño óptimo, aplicando el algoritmo del temple simulado (Simulated Annealing), y los resultados de su aplicación para determinar el peso mínimo de una estructura metálica para transmisión de energía. El procedimiento realizado se adapta a la naturaleza discreta que tienen los perfiles que compone la estructura, en donde se utiliza la perfileria comercial en L que está presente en el mercado colombiano, aplicando tres diferentes agrupaciones de variables, analizando las repercusiones que tiene esta estrategia en la eficiencia del algoritmo (disminución del peso) y el costo computacional del mismo (tiempo de procesamiento). Mediante el uso del temple simulado, se puede llegar a un diseño final con una reducción de hasta un 12% de su peso inicial. Considerando que en el país no existe una guía o parámetros para el diseño de este tipo de estructuras metálicas, se siguieron los documentos ASCE 72-09 y ASCE 10-97, los cuales brindan los parámetros necesarios para el diseño de la estructura y las restricciones para el algoritmo del temple simulado.
Aplicación del análisis multivariado y redes neuronales artificiales para estimar el módulo de Young en shales
(Universidad Industrial de Santander, 2014) Espinosa Cardenas, Juan Pablo; Begambre Carrillo, Oscar Javier; Carvajal Jiménez, Jenny Mabel
Los modelos geomecánicos se construyen a partir de registros, cuya medición se realiza en campo de forma indirecta. Para tener confianza en estos modelos se hace necesario calibrarlos a partir de datos obtenidos a través de ensayos de laboratorio. En muchas ocasiones contar con buenos datos de laboratorio, distribuidos a diferentes profundidades, no es muy común debido a la dificultad en la preparación de las muestras y en la medición de las propiedades durante la ejecución y análisis de los ensayos. Cuando las formaciones a evaluar son tipo shale los problemas aumentan, debido a algunas propiedades particulares de estas rocas como son su fisilidad, la presencia de planos de debilidad y fracturas. En aras de resolver estos inconvenientes se recurre a los modelos predictivos con el objeto de obtener datos suficientes para poblar los modelos geomecnicos y calibrarlos . Se busca así aumentar la confiabilidad para la determinación del Módulo de Young en formaciones de shale. La metodología utilizada en este trabajo consiste en una serie de análisis a datos provenientes de laboratorio y de registro de pozo. Inicialmente se establece, a través de un análisis multivariado, una relación entre variables petrofísicas (Gamma Ray, porosidad, densidad, resistividad, tiempos de transito de ondas P y S,) y el módulo de Young (obtenido de laboratorio) en shales. Posteriormente, se desarrolla una técnica a partir de redes neuronales artificiales utilizando los mismos datos de etapa anterior. Finalmente se evalúa y compara el desempeño de la red neuronal con el análisis multivariado en términos de su correlación y confiabilidad en la determinación del módulo de elasticidad. Los Resultados mostraron que utilizando las Redes Neuronales se obtienen mayores coeficientes de determinación R2 pero a un costo más alto que si se aplica el análisis multivariado. Por tanto se ahorra tiempo y dinero con esta última técnica.
Computación evolutiva aplicada al diseño de estructuras reticulares
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Moreno De Luca, Leonardo; Begambre Carrillo, Oscar Javier
Durante el proceso de optimización conducido en la fase conceptual del diseño de edificaciones, es común que surjan inconvenientes con respecto a los parámetros que definen el comportamiento estructural, y la funcionalidad y estética del objeto arquitectónico (ya que, por lo general, la optimización de dichos parámetros es conflictiva o incierta). Por consiguiente, en este proyecto de investigación se propone y se desarrolla un Procedimiento Auto-Configurado para el Diseño Multi-Objetivo de Estructuras Reticulares (PACDMOER), el cual está enfocado en generar y optimizar la geometría de dichas estructuras, teniendo como meta minimizar la energía de deformación y el peso, y optimizar el rendimiento acústico de la estructura. Para lograrlo, el procedimiento propuesto integra tres componentes (también desarrollados dentro del proyecto de investigación): un proceso de generación automática de geometría (llevado a cabo con el software Rhinoceros), unos códigos de programación para el análisis estructural y acústico (escritos en MatLab), y un algoritmo heurístico auto-configurado y multi-objetivo (basado en la combinación del algoritmo Particle Swarm Optimization, PSO, con el algoritmo Unified Particle Swarm Optimization, UPSO). Como resultado, el procedimiento propuesto fue capaz de alcanzar los objetivos, optimizando significativamente las tres funciones objetivo planteadas, y conduciendo un proceso de morfogénesis que resulta en la forma que se aproxima a ser óptima para una estructura reticular en particular. En este sentido, PACDMOER le permite al diseñador explorar distintas alternativas estéticas, mientras optimiza simultáneamente la estructura reticular.
Detección de danos en pórticos 3d empleando información en el dominio de la frecuencia y técnicas heurísticas de optimización
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Sotelo Monroy, Fredy Saul; Begambre Carrillo, Oscar Javier
La identificación de daños es de gran importancia dado que, en la ingeniería civil, uno e los campos de investigación de mayor relevancia es la búsqueda de estructuras más seguras, donde la detección de daños se orienta a determinar si la estructura bajo estuio ha sufrido alguna alteración que pueda comprometer su funcionalidad y seguridad. En este contexto, el objetivo de esta investigación es desarrollar una metodología para la identificación de daños en pórticos tridimensionales empleando información en el ominio de la frecuencia y técnicas heurísticas de optimización, dicha metodología fue implementada en la estructura de referencia propuesta por la IASC y la ASCE, donde el daño fue simulado removiendo varios elementos de la estructura y la respuesta dinámica del sistema para cada caso de daño fue medida experimentalmente. El ajuste de modelos fue empleado tanto para la calibración del modelo inicial como para los casos de daño, los cuáles fueron abordados como un problema de optimización, donde se utilizó el algoritmo SL-PSO dado que mostro mejor desempeño en funciones de prueba comparado con tres técnicas (SA, Ag y PSO) de amplio conocimiento en la literatura. La identificación fue realizada por medio de un índice de daño por piso donde se logró determinar una adecuada estimación de la presencia de daño en cada uno de los casos estudiados. Finalmente, se compararon los resultados con un trabajo reportado en la literatura especializada.
Modelo numérico de un silo metálico para almacenamiento de cemento : flujo, presiones, acciones y esfuerzos
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Quintero Ramírez, Carolina; Begambre Carrillo, Oscar Javier; Calil Junior, Carlito
Los silos son estructuras de almacenamiento consideradas especiales en cuanto a su cálculo. La mayoría de los silos existentes no presentan condiciones ideales de operación pues generalmente en su diseño no se tienen en cuenta todas las variables que afectan su futuro desempeño estructural. Ya que para el diseñador no es factible simular la complejidad de los fenómenos que se presentan en los silos, la comunidad científica tiene la ardua tarea de traducir esa complejidad en procedimientos y recomendaciones claras de diseño. En este contexto, este trabajo tiene por finalidad modelar por el método de elementos finitos (MEF) un silo metálico esbelto de paredes flexibles, apoyado en cuatro columnas metálicas, para la estimación de los esfuerzos cuando el producto almacenado es cemento. Se presenta, la caracterización física del cemento y se aplican las teorías existentes para evaluar las presiones de llenado y descarga cuando el silo está sometido a cargas permanentes y de servicio. Finalmente los resultados numéricos arrojan una diferencia máxima de 93% entre los dos métodos para el estado de esfuerzos equivalentes de Von Mises y de 94% para deformaciones y se identifican algunos factores que explican estas diferencias. Esta estructura necesita un reforzamiento en su transición, cilindro tolva, para tener una buena distribución de esfuerzos sin concentraciones. 1
Optimización topológica de elementos estructurales : un enfoque estocástico
(Universidad Industrial de Santander, 2013) Millán Paramo, Carlos Andrés; Begambre Carrillo, Oscar Javier
La Optimización Topológica de elementos estructurales trata de determinar la ubicación y distribución óptima de material, en un dominio de diseño, para unas condiciones de restricción determinadas y atendiendo a una función objetivo determinada, en este caso, la minimización de la energía de deformación. Esta investigación ha desarrollado un procedimiento de Optimización Topológica, empleando técnicas estocásticas (Algoritmo Recocido Simulado Modificado ASAM y Optimización con Enjambre de Partículas PSO) como optimizadora de las densidades del elemento, en el entorno de Matlab. El uso de estas técnicas mejora el rendimiento computacional, además, de proporcionar resultados satisfactorios al momento de abordar diferentes tipos de problemas. Con el objeto de evitar problemas de inestabilidades numéricas (tablero de ajedrez, contornos discontinuos, entre otros), se implementó un filtro de imagen, para obtener soluciones menos pixeladas, más suavizadas y menos dentadas. Para la validación de este procedimiento, se abordaron tres problemas reportados en la literatura especializada, (viga simplemente apoyada, viga en voladizo y viga en voladizo con hueco), cada problema fue analizado con tres tipos de mallas (números de elementos finitos), sin y con el uso del filtro de imagen propuesto, todo esto con el fin, de comparar los resultados obtenidos en cuanto a topologías, valor de energía de deformación y tiempos. A partir de lo anterior, se logró establecer que el procedimiento arroja menores tiempos computacionales a medida que se analizan los problemas con mallas más refinadas, además, las distribuciones de material en el dominio de diseño y valores de energía obtenidos, fueron similares a los reportados por la literatura.
Optimización topológica de estructuras de celosía
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Niño Álvarez, Luis Humberto; Begambre Carrillo, Oscar Javier; Moreno De Luca, Leonardo
En este trabajo se desarrolla un proceso de optimización topológica multiobjetivo (denominado algoritmo AOTMOH) que minimiza el peso y la energía de deformación (de forma simultánea) de estructuras de celosía (armaduras o cerchas) planas ®.

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