Maestría en Ingeniería Civil

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Análisis de la gestión del agua para riego de una unidad productiva de cebolla larga (Allium fistulosum) bajo las condiciones agroclimáticas del páramo de Berlín (Santander – Colombia)
(Universidad Industrial de Santander, 2025-03-17) Naranjo Barrios, Juan David; Oviedo Ocaña, Edgar Ricardo; Rey Romero, Daniela Cristina; Márquez Molina, John Jairo; Daza Torres, Martha Constanza; Villamizar Amaya, Sandra Rocío
El crecimiento poblacional ha impulsado la expansión agrícola, afectando ecosistemas estratégicos como el páramo de Berlín, esencial para la regulación hídrica de los departamentos de Santander y Norte de Santander, Colombia. Este estudio evaluó la gestión del agua para riego en una unidad productiva de cebolla larga (Allium fistulosum) mediante entrevistas semiestructuradas, formatos observacionales e instalación de equipos de monitoreo (estación meteorológica, sensores de humedad y caudalímetro), además de la caracterización físico-química del suelo, incluyendo parámetros como densidad aparente (Da), pH, porosidad (Pr), humedad gravimétrica (Hm), carbono orgánico del suelo (COS), materia orgánica en el suelo (MO), entre otros, durante cinco meses. Adicionalmente, se emplearon indicadores de gestión y eficiencia del riego, como RIS (suministro relativo de riego), RWS (suministro relativo de agua), RRS (suministro relativo de lluvia) por sus siglas en inglés, CUC (Coeficiente de Uniformidad de Christiansen), CUD (Coeficiente de Uniformidad de Distribución) y WDEL (Pérdidas de Agua por Efecto del Viento), con el fin de identificar deficiencias y generar propuestas en el manejo hídrico. Los resultados evidenciaron un riego sin planificación técnica, basado en observaciones empíricas de las condiciones climáticas semanales y en la disponibilidad de los agricultores, quienes combinan esta actividad con otras tareas como ordeño y manejo de ganado, lo que provoca aplicaciones de hasta 2.6 veces las necesidades hídricas del cultivo. El suelo mostró una baja capacidad de retención hídrica (<6%) y una alta tasa de infiltración (27.5 cm/h), atribuida a su textura predominantemente arenosa y un moderado contenido de MO (<18.6%), factores que favorecieron la pérdida de agua por percolación de hasta un 47.5% de las entradas de agua. Aunque la precipitación y el riego superaron la ETc del cultivo, reflejando disponibilidad de agua en la zona, los indicadores revelaron un manejo ineficiente, con valores de RIS de hasta 47.73, RWS de 7.42, baja uniformidad del riego (CUC = 65.2%, CUD = 50.6%) y pérdidas significativas por viento (WDEL = 14.0%). Ante estos hallazgos, se proponen mejoras centradas en la implementación de Buenas Prácticas Agrícolas (BPA), como la capacitación técnica de los agricultores, instalación de equipos de medición y el diseño de estrategias de riego basadas en balances hídricos del suelo y monitoreo continuo, que permitan optimizar el uso del agua y reducir el impacto sobre el ecosistema de páramo. La falta de eficiencia en la gestión hídrica no solo compromete la sostenibilidad ambiental del páramo, sino que también agrava la percepción de escasez hídrica en la región, amenazando a largo plazo la seguridad hídrica de las comunidades que dependen de este vital recurso. Estos resultados resaltan la necesidad de adoptar prácticas agrícolas sostenibles que equilibren la productividad con la conservación de los servicios ecosistémicos esenciales.
Evaluación experimental del gradiente térmico vertical de una viga-losa I compuesta de concreto reforzado bajo las condiciones climáticas de Bucaramanga
(Universidad Industrial de Santander, 2025-02-18) Cavadía Ibáñez, Pedro Juan; Benjumea Royero, José Miguel; Begambre Carrillo, Óscar Javier; Osorio Bustamante, Edison; Garzón Moreno, Jaime Erasmo; Silva Ortiz, Pablo Andrés
Esta investigación evalúa el comportamiento del gradiente térmico vertical en un segmento de puente viga-losa de concreto reforzado a escala real bajo las condiciones meteorológicas de Bucaramanga. El cambio climático y sus variaciones de temperatura impactan significativamente la infraestructura, con olas de calor que se espera se intensifiquen en la segunda mitad del siglo XXI, creando desafíos críticos para el diseño y mantenimiento ingenieril. Las fluctuaciones diarias y estacionales de temperatura causan expansión y contracción longitudinal en las superestructuras de puentes, generando gradientes térmicos que inducen tensiones en los vanos soportados. El estudio implementa un enfoque experimental utilizando un sistema híbrido de monitoreo de temperatura en un segmento de concreto de 1,2 m. Mediante una exhaustiva revisión bibliográfica de más de 100 artículos relevantes y el despliegue de tecnología avanzada (termopares tipo T y cámaras térmicas), esta investigación contribuye a la comprensión de cómo factores climáticos específicos —incluyendo días soleados, lluvias repentinas y el comportamiento del viento afectan la distribución térmica dentro de la estructura. Se recolectaron mediciones continuas de temperatura en puntos estratégicos internos y externos del segmento viga-losa durante 52 días. Los datos resultantes permitieron determinar los perfiles de temperatura vertical y los gradientes térmicos, además de identificar patrones clave de variación térmica. A diferencia de estudios existentes realizados en países como China, Nueva Zelanda y Estados Unidos, esta investigación aborda la brecha específica de conocimiento sobre el comportamiento del gradiente térmico bajo las condiciones climáticas colombianas. Los hallazgos proporcionan información valiosa para ingenieros que diseñan infraestructura resiliente en regiones tropicales, particularmente para estructuras de concreto vulnerables a variaciones térmicas significativas que afectan su integridad y durabilidad.
Análisis de confiabilidad en edificaciones representativas de Bucaramanga de mediana altura con sistema estructural muro-pórtico sobre suelo flexible
(Universidad Industrial de Santander, 2024-11-15) Oliveros Caicedo, María Alejandra; Zapata Orduz, Luis Eduardo; Cotes Prieto, David Sebastián; López Morantes, Elkin Mauricio; Arroyo Amell, Orlando Daniel
Esta investigación analizó la influencia de la interacción suelo-estructura (ISE) en el índice de confiabilidad de sistemas estructurales muro-pórtico en el rango no lineal, ubicados en zonas de alta sismicidad. Se construyeron modelos no lineales que incorporan la interacción suelo-estructura mediante el método de subestructura en seis escenarios de sistemas estructurales muro-pórtico de uso residencial, localizados en zona de alta amenaza sísmica. Estos escenarios varían en altura y velocidad de onda de corte, definidos a partir del diseño de experimento 22. El índice de confiabilidad se evaluó usando una formulación de estado límite en función de la deriva total, considerando una variabilidad de los esfuerzos del concreto y el acero mediante 10,000 muestras generadas con la técnica de Simulación de Hipercubo Latino. Los resultados muestran que la ISE tiene un impacto significativo en el índice de confiabilidad, aumentando la probabilidad de falla en aproximadamente un 20%, con variaciones notables de hasta el 40% dependiendo de la altura del edificio. Además, se encontró que el uso de diferentes criterios de variabilidad y estado límite puede dar lugar a diversas capacidades de deformación.
Evaluación cuantitativa de la incertidumbre del índice de definición de proyectos de viviendas de interés social mediante redes bayesianas
(Universidad Industrial de Santander, 2024-10-24) Gutiérrez Prada, Jaime Andrés; Mejía Aguilar, Guillermo; Soto Paz, Jonathan; Herrera Valencia, Rodrigo Fernando; Tijo Lopez, Silvia Juliana
Los proyectos de vivienda de interés social (VIS) son una iniciativa estratégica en Colombia, impulsada por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio para mitigar el déficit habitacional, Los proyectos de vivienda de interés social (VIS) son una iniciativa estratégica en Colombia, impulsada por el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio para mitigar el déficit habitacional, como se contempla en la Ley 1537 de 2012. A pesar de su importancia social, los desarrolladores de estos proyectos enfrentan desafíos significativos, incluyendo baja rentabilidad, sobrecostos y retrasos, mayormente debido a ineficiencias en la planificación. Para resolver esta problemática, una investigación previa adaptó la herramienta del Índice de Definición de Proyectos al contexto colombiano, denominada IDPVIS. Sin embargo, esta herramienta tiene un enfoque determinístico que no considera la incertidumbre inherente a estas etapas de los proyectos. Este estudio tiene como objetivo desarrollar una red bayesiana con los elementos del IDPVIS, a través de encuestas a expertos utilizando una metodología adaptada del método Delphi y datos de 14 proyectos VIS ya finalizados. El modelo relacional se desarrolló utilizando el método de Ward de clasificación no supervisada y el método de matriz de impactos cruzados (MICMAC) de prospección de variables del cual resulto un modelo con 9 variables y 13 relaciones, mientras que el modelo paramétrico se desarrolló con el algoritmo de entrenamiento Expected-maximization, La contribución práctica de este trabajo radica en la capacidad del modelo para complementar el IDPVIS original, ofreciendo una herramienta que no solo proporciona un puntaje de referencia, sino que también integra la incertidumbre presente en el desarrollo de estos proyectos. El modelo obtuvo una precisión del 71% y resultó ser una herramienta útil para complementar el IDPVIS original en la toma de decisiones en las etapas tempranas, proporcionando información estadística adicional que considera la incertidumbre presente en el desarrollo de estos proyectos.
Estimación de los parámetros de respuesta estructural de pavimentos flexibles para vías terciarias mediante redes neuronales profundas
(Universidad Industrial de Santander, 2024-08-28) Velásquez Bueno, Brayan Andrés; Chio Cho, Gustavo; Álvarez Lugo, Allex Eduardo; Fajardo Ariza, Carlos Augusto; Orobio, Armando; Mejía Fajardo, Ángela Marcela
Este proyecto tuvo como objetivo evaluar diferentes modelos de Aprendizaje Automático (en inglés Machine Learning), principalmente arquitecturas de redes neuronales profundas (RNP) para estimar parámetros de diseño estructural clásicos en pavimentos flexibles (deflexión superficial, deformación horizontal en el fondo del concreto asfáltico, y deformación vertical en la superficie de la subrasante). El proyecto se plasma en tres capítulos principales de este documento, que se encuentran publicados o en borrador para remisión a publicación, que contienen: (i) análisis de sensibilidad de las variables de diseño sobre los parámetros de respuesta estructural, teniendo en cuenta las diferentes estimaciones de una RNP uni-predictiva y comparación con los pesos de conexión de dicha red, (ii) RNP multipredictiva que realiza diferentes estimaciones para el análisis del comportamiento mecánico de las estructuras de pavimento flexible, y (iii) desarrollo una RNP más robusta comparando las bases de datos sintéticas utilizadas en los dos anteriores capítulos (6912 estructuras de pavimento modeladas en comparación de 108 y 1458 estructuras, respectivamente), contrastando las estimaciones con otros tres modelos de ML como lo fueron el random forest, gradient boosting y el soporte de vectores para regresión. Los resultados demuestran que la RNP, permite realizar las mejores estimaciones de los parámetros de respuesta estructural de pavimentos flexibles reflejados en las métricas evaluadas como el coeficiente de determinación (R2) y la raíz del error medio cuadrático (RMSE) (R2=0.999 y RMSE=0.0018) y evidencia la mejor capacidad de generalización con las diferencias porcentuales promedio obtenidas entre la RNP y los datos de la base de datos utilizada para validación del modelo de ML (menores al 5%).
Propuesta de herramienta para la selección de tecnologías para el tratamiento descentralizado de aguas residuales en asentamientos no planificados de países tropicales en desarrollo, caso de estudio: Asentamiento Los Santos Bajo (Bucaramanga)
(Universidad Industrial de Santander, 2024-07-16) Álvarez Trujillo, Jesús David; Domínguez Rivera, Isabel Cristina; Oviedo Ocaña, Édgar Ricardo; Guarín Corredor, Tatiana Constanza; Hernández Gómez, Angélica María
El crecimiento urbano y las condiciones socioeconómicas en países en desarrollo han generado la proliferación de asentamientos no planificados, que enfrentan problemas de saneamiento y tratamiento de aguas residuales. El tratamiento descentralizado de aguas residuales (TDAR) es una solución viable, pero la selección de tecnologías sostenibles es compleja debido a la diversidad de opciones y características específicas de cada contexto. Este proyecto propuso una herramienta para seleccionar tecnologías de TDAR en asentamientos no planificados de países tropicales en desarrollo, considerando criterios técnicos, sociales, ambientales y económicos. Inicialmente, se caracterizaron 31 trenes tecnológicos basados en 12 tecnologías aplicables. La herramienta desarrollada utiliza la Metodología de Decisión de Soporte (SDM), que integra análisis multicriterio y difuso, evaluando 3 criterios principales (técnico, económico y ambiental) y 7 subcriterios. En cuanto a los aspectos sociales, estos se evaluarán de manera participativa en el marco de un proyecto más amplio enfocado en sostenibilidad y economía circular en la cuenca del río Alto Lebrija. La aplicación de la herramienta en el asentamiento Los Santos Bajo (Bucaramanga, Colombia) permitió validar su eficacia, destacando que el criterio técnico es el más importante (39.53%), con la facilidad de operación y mantenimiento como el subcriterio clave (14.97%). El tren de tratamiento con mayor potencial identificado fue un Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente, seguido de un Filtro Percolador y Cloración. Este proyecto contribuye significativamente a la selección informada de tecnologías en asentamientos no planificados de países tropicales en desarrollo, ayudando a solucionar problemas de saneamiento a través de herramientas que facilitan la toma de decisiones sistemática.
Evaluación de sistemas de tratamiento y reúso de aguas grises claras, aplicables a un sector residencial del Área Metropolitana de Bucaramanga. Caso de estudio: barrio La Victoria
(Universidad Industrial de Santander, 2024-05-03) Burgos Arias, Jessica Patricia; Oviedo Ocaña, Édgar Ricardo; Rey Romero, Daniela Cristina; Guarín Corredor, Tatiana Constanza; Parra Orobio, Brayan Alexis
La reutilización de aguas grises claras (AGC) es una alternativa para disminuir el consumo de agua potable y mitigar la escasez hídrica. No obstante, se presentan desafíos en su implementación relacionados con la percepción social hacia el reúso de estas aguas, y la falta de estudios sobre la producción y caracterización de las AGC. Esta investigación abordó estos desafíos, evaluando: i) hábitos de uso del agua y percepción social hacia la reutilización de AGC en el barrio La Victoria, ii) producción y calidad de las AGC en una vivienda familiar del mismo barrio, y iii) desempeño de dos trenes tecnológicos a escala de laboratorio, para el tratamiento y reúso de AGC. Los resultados muestran una disposición mayoritaria hacia la aceptación del reúso de AGC, especialmente en mujeres (75%); personas en edades entre 20 y 59 años (>70%); y personas con formación técnica y profesional (>71). La principal preocupación relacionada con el reúso de AGC es la posible afectación a la salud (94%). El uso más aceptado del AGC fue la descarga de inodoros (95%). La producción de AGC constituye aproximadamente el 21% del consumo de agua potable en la vivienda estudiada, mostrando alta variabilidad en contenido de nutrientes y carga microbiológica. Se identificó que el tratamiento con sedimentador y filtro lento de arena es una opción viable para eliminar turbidez, sólidos suspendidos, nutrientes y materia orgánica de las AGC, con una eficiencia de remoción superior al 90%. Se recomienda profundizar en el análisis de tecnologías de tratamiento, considerando factores operativos como tasas de filtración, condiciones hidráulicas y mantenimiento, para optimizar el rendimiento de los sistemas, incluyendo la membrana de ultrafiltración. Estos hallazgos no solo amplían el entendimiento sobre AGC, sino que también proponen soluciones tecnológicas aplicables a nivel residencial para una gestión sostenible del agua.
Definición de un modelo conceptual de movilidad como servicio (Mobility as a Service MaaS) en el Área Metropolitana de Bucaramanga
(Universidad Industrial de Santander, 2024-04-16) Hernández Estrada, Juan Antonio; Martínez Estupiñán, Yerly Fabián; Cáceres Martínez, Jhon Jairo; Guerrero Barbosa, Thomas Edinson; Salas Rondón, Miller Humberto
La movilidad como servicio (MaaS) no sólo ha sido una tendencia global en el transporte público, también es evidente cómo su incorporación ha beneficiado a los actores del ecosistema de movilidad urbana en diferentes ciudades. MaaS integra servicios de movilidad, proveedores de transporte y soluciones tecnológicas que utilizan datos de operación, los procesan y presentan información en tiempo real a los diferentes actores para la toma de decisiones. Los casos de éxito en MaaS han logrado su objetivo basándose en la integración tecnológica, lo que conduce a un crecimiento quasi lineal de la demanda en los Sistemas de Transporte. Esta investigación se centra en primer lugar en una revisión de las innovaciones en MaaS presentes en la literatura para determinar el estado del arte y posteriormente utilizando la metodología RuleSpeak, se formula un modelo conceptual de MaaS que se adapta a las condiciones de operación de los Sistemas Integrados de Transporte Público en Colombia (SITP) y que contribuye a la movilidad de los ciudadanos aportando valor al integrar los diferentes actores del ecosistema de movilidad, los modos de transporte y ofreciendo diferentes alternativas de desplazamiento. El principal resultado es la categorización de los beneficios de MaaS que se han obtenido con la implementación de este concepto en el mundo y su incorporación al entorno de los SITP en Colombia cumpliendo con las directrices establecidas por el Ministerio de Transporte y la Unidad de Movilidad Urbana Sostenible y de esta forma buscar un mejoramiento en la calidad de vida de los ciudadanos.
Propuesta de herramienta de selección de sistemas de aprovechamiento de aguas lluvias para asentamientos rurales andinos, considerando criterios técnicos, sociales y económicos
(Universidad Industrial de Santander, 2024-02-27) Prieto Jiménez, Diana Lucía; Domínguez Rivera, Isabel Cristina; Gómez Isidro, Sully; Parra Orobio, Brayan Alexis; Casallas Ojeda, Miguel Reinaldo
Los desafíos globales del suministro de agua han promovido alternativas descentralizadas como los sistemas de aprovechamiento de agua de lluvia (SAALL). Las exigencias de sostenibilidad de SAALL implican criterios sociales, técnicos y económicos en la planificación. Generalmente, en las zonas rurales, el suministro de agua es más complejo debido a los múltiples usos del agua, la dispersión de los hogares y las economías de baja escala. Esta investigación propone una herramienta multicriterio para la selección de SAALL en zonas rurales, considerando criterios sociales, técnicos y económicos. La herramienta se desarrolló identificando sistemáticamente subcriterios, su jerarquización a través del Proceso de Jerarquía Analítica (AHP), y una validación de un caso de estudio utilizando la Técnica de Orden de Preferencia por Similitud con la Solución Ideal (TOPSIS). Se identificaron siete subcriterios: dos sociales, tres técnicos y dos económicos. La jerarquía de criterios fue social (49.7%), técnica (26.4%) y económica (23.9%). La validación de herramienta en una zona rural incluyó la evaluación tres alternativas propuestas: 1) usos domésticos potables (P) y no potable (NP); 2) P, NP, riego de cultivos y cría de pollos para autoconsumo; y 3) P, NP y cría de pollos para la venta. Los resultados muestran la importancia de integrar subcriterios de las tres dimensiones en la selección de SAALL. El análisis de sensibilidad mostró la consistencia y robustez de la herramienta. El estudio proporciona una metodología para evaluar y priorizar los SAALL, atrayendo a los formuladores de políticas, ingenieros y profesionales que facilitan la gestión del agua y los procesos de suministro en áreas rurales. Está alineado con el logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados con la eliminación de la pobreza (ODS1), la buena salud y el bienestar (ODS3), el suministro de agua (ODS6), las comunidades sostenibles (ODS11) y la adaptación al cambio climático (ODS13). SDG13).
Evaluación del efecto del uso del suelo sobre sus propiedades hidrofísicas en ecosistema de páramo asociadas a los servicios de suministro y regulación hídrica
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Patiño Gutiérrez, Sebastián Elías; Domínguez Rivera, Isabel Cristina; Daza Torres, Martha Constanza
El páramo andino es un ecosistema estratégico en la provisión de servicios ambientales, como la regulación y suministro de agua producto de un clima, vegetación y suelo particulares. No obstante, el cambio de uso del suelo amenaza la provisión de estos servicios. Esta investigación evaluó el efecto del cambio de uso del suelo y la estacionalidad del clima sobre las propiedades hidrofísicas del suelo, paralelamente, estas propiedades fueron relacionadas con el servicio de regulación hidrológica sobre dos unidades (control e intervenida), a través del rendimiento hídrico y precipitación. El estudio se llevó a cabo en un páramo seco, sobre dos unidades hidrológicas con seis usos del suelo dominantes: vegetación natural de páramo (baja pendiente, alta pendiente y arbustivo denso) e intervenido (cultivo de cebolla, cultivo de papa y barbecho). Mediante un muestreo aleatorio estratificado en profundidad (05, 1015 y 2025 cm) se completaron 10 monitoreos durante siete meses para un total de 384 especímenes de suelo recolectados. Se cuantificaron propiedades como: contenido de humedad (CH), densidad aparente (Da), materia orgánica del suelo (MOS), capacidad de retención de humedad (CRH), entre otras. Se comprobó que el régimen de lluvia no influencia significativamente las propiedades del suelo bajo vegetación natural; sin embargo, en usos antrópicos se observan diferencias (CH, MOS y Da). Por otro lado, el cambio de uso del suelo influye sobre todas las propiedades evaluadas, reflejado en una reducción en CH, MOS y CRH y un aumento en Da y pH. Se encontró que un cambio del 24% de la cobertura natural produjo una reducción en el rendimiento hídrico (57%) y un aumento de flujos pico en la unidad intervenida, generando así un impacto relevante sobre el servicio de regulación hidrológica proporcionado por el ecosistema de páramo.
Caracterización dinámica de puentes en concreto de grandes luces de sección viga cajón construidos por voladizos sucesivos
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Hernández Sierra, Wilson Alexander; Vivivescas Jaimes, Álvaro; Riveros Jerez, Carlos Alberto
El monitoreo de salud estructural basado en vibraciones (SHM) es una herramientaútil para evaluar, verificar y estudiar el estado estructural de los puentes. Generalmente, las pruebasde vibración ambiental (AVT) o las pruebas de vibración forzada (FVT) se utilizan comúnmentepara caracterizar la respuesta dinámica de los puentes, donde la selección de la prueba está enfunción del tipo de puente seleccionado y los recursos económicos disponibles, tanto AVT comoFVT tienen ventajas y limitaciones que se han investigado en puentes con diferentesconfiguraciones estructurales. La ubicación, el número de sensores (acelerómetros) y el tiempo derecopilación de datos juegan un papel importante en la caracterización dinámica de los puentes. Anivel nacional, la construcción de puentes segmentales de concreto con vanos que van desde 50m200m, o incluso con vanos mayores, se está convirtiendo recientemente en la tipología de puentespredominante. Por lo tanto, esta tipología está atrayendo más atención y, por lo tanto, el estudiode las ventajas y limitaciones de la caracterización dinámica de puentes utilizando AVT y /o FVTes vital en el contexto de una definición de un conjunto de ubicaciones óptimas para maximizarlos recursos disponibles (número de acelerómetros y tiempo de recolección de datos entre otros).En esta investigación, AVT y FTV basados en fuentes de excitación seleccionadas de la revisiónde la literatura y las simulaciones numéricas se llevan a cabo utilizando varias configuraciones desensores. La metodología propuesta basada en la colocación óptima del sensor (OSP) muestra quelos AVT que utilizan configuraciones de OSP proporcionan resultados similares a los obtenidoscon los FVT sin considerar las configuraciones de OSP. Además, la relación de costo económicode FVT / AVT se reduce a 2 se logra un tiempo de recopilación de datos más corto con mejorasen los resultados.
Diseño geométrico de intersecciones viales a desnivel, con base en la integración de : bim, ipd y lean construction
(Universidad Industrial de Santander, 2021) Castañeda Parra, Karen Milady; Porras Díaz, Hernán; Sánchez Rivera, Omar Giovanny
El proceso de diseño geométrico de intersecciones viales a desnivel ha permanecido sin modificaciones durante varios años, además es asociado a problemáticas que han permanecido a lo largo del tiempo, tales como: retrasos, sobrecostos, errores de diseño, problemas de calidad, entre otros. Las nuevas tecnologías y metodologías podrían mejorar el proceso de diseño geométrico vial, como es el caso de: BIM, IPD y Lean Construction, sin embargo, pocos estudios han sido enfocados a los proyectos viales, y por el contrario, muchos han sido dedicados al sector de la edificación, donde se han observado notables beneficios. En esta investigación se propone una metodología de diseño geométrico de intersecciones viales a desnivel con base en la integración de: BIM, IPD y Lean Construction. La metodología llevada a cabo estuvo compuesta por seis etapas principales: 1) caracterización de la metodología tradicional de diseño geométrico, 2) implementación BIM, 3) implementación Lean Construction, 4) implementación IPD, 5) caracterización de la metodología, y 6) validación y calibración de la metodología. Los resultados muestran que la implementación de BIM permite automatizar el proceso de diseño, mejorar la visualización, y crear un ambiente de colaboración que hace posible detectar errores diseño en etapas tempranas del proyecto y propiciar la aplicación de los principios del método IPD y la filosofía de reducción de pérdidas Lean Construction. Para la validación y calibración de la metodología propuesta se presenta el diseño geométrico de una intersección a desnivel tipo Trompeta y otra tipo Trébol, con las cuales fue posible evidenciar los beneficios y la aplicabilidad de la metodología propuesta.
Simulación del flujo de materiales granulares secos por medio del método de elementos discretos
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Luna Guevara, Francisco; Merchán Jaimes, Vladimir Ernesto; Mendoza Rizo, Jorge Alejandro
En el presente trabajo de investigación, se desarrolla la aplicación del método de elementos discretos, utilizando el software LIGGGHTS (Kloss et al., 2012), para la evaluación del comportamiento de los flujos granulares secos sobre un canal con fricción, en relación con su forma y distancia de viaje (posición). La validación del método fue realizada a partir de la generación de modelos numéricos que representan fenómenos físicos básicos, los cuales pueden ser calculados de manera analítica, con lo que es posible verificar la incidencia que tienen las variables de entrada del método. El proceso de calibración de la simulación numérica, se desarrolló a partir de las campañas experimentales de un evento de flujo granular en canal con superficie con fricción (Collaptes V1.0), realizadas en el laboratorio de la Universidad Industrial de Santander (UIS) (Román & Chio, 2019). En segundo lugar, sobre el modelo numérico desarrollado, se hacen análisis de sensibilidad mediante variaciones controladas de la rugosidad de la base, geometría del canal y modelo de contacto utilizado. Finalmente, los resultados obtenidos en esta investigación, pueden ser de gran utilidad y permiten establecer una posible discusión, en cuanto a la aplicación del método de elementos discretos como metodología alternativa a las desarrolladas actualmente en el estudio de flujos granulares y movimientos en masa.
Análisis de estabilización de talud de corte ubicado en el pr14+855 de la vía Barrancabermeja-La Lizama
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Chacón Vidal, Julián Andrés; Contreras Castellanos, Julian Mauricio
Uno de los principales problemas que se presentan en el desarrollo de proyectos viales son los asociados a las interferencias de redes, situaciones que conlleva, en la mayoría de los casos, a buscar soluciones desde el campo de la geotecnia. Soluciones que deben estar encaminadas a satisfacer las necesidades del proyecto, evaluándolas desde cada uno los componentes que conforman el proyecto, entre los que se menciona el componente técnico y financiero. En el presente trabajo se realiza el análisis de la situación presentada en el sector del PR14+855 de la Unidad Funcional 2.3 del proyecto de Concesión BBY, donde se adelantaba la construcción de la segunda calzada de la vía entre Barrancabermeja y La Lizama, sector en el cual, dada la presencia de una torre de energía eléctrica de alto voltaje localizada en el corona del talud de corte, se dificultó la construcción de la sección de la vía establecida en diseño; situación que, de acuerdo al análisis realizado previamente por el constructor, debía ser resuelta desde el componente técnico, específicamente desde al área de geotecnia, planteándose alternativas de solución que permitieran garantizar la sección transversal de la vía, manteniéndose la integridad de la estructura eléctrica. Los parámetros geotécnicos para el análisis de estabilidad del talud se analizaron y definieron con base en información geotécnica y geológica, entre otra, del sector en estudio, obtenida del proyecto en ejecución. Análisis de estabilidad realizado mediante el empleo de software de Equilibrio Limite (SLIDE) y Elementos Finitos (PLAXIS), definiendo alternativas de solución y escogiendo finalmente la alternativa que se consideró la más apropiada.
Influencia de residuo de arena de fundición, escoria de alto horno y nano partículas de sílice en el comportamiento físico-mecánico y de durabilidad de concretos auto-compactantes
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Ruiz Martínez, Sergio; Zapata Orduz, Luis Eduardo
Se presenta un estudio de la influencia de la escoria de alto horno y del residuo de arena de fundición (GGBFS y WFS, por sus siglas en inglés, respectivamente) como reemplazo parcial hasta un 60% en masa del cemento y del agregado fino, respectivamente, y de la incorporación de nano partículas de sílice (nano SiO2) en mezclas de concreto auto-compactante. La primera parte del estudio se basó en la evaluación de la trabajabilidad y de reología, en el estado fresco, y de resistencia y durabilidad, en el estado endurecido, con base en un diseño factorial del tipo 3k, usando GGBFS y WFS como variables independientes, seguido de un análisis de la varianza (ANOVA) y de optimización múltiple por medio de funciones de deseabilidad. A la mezcla resultante de la optimización múltiple se le realizó la adición de nano SiO2 de 0 a 2%. Entre los resultados más importantes se encontró que la GGBFS y el WFS disminuyen el esfuerzo de fluencia en el estado fresco del concreto. En el estado endurecido, el efecto individual del WFS no es estadísticamente significativo sobre las propiedades del concreto a los 28 días de curado. Adicionalmente, la GGBFS contribuye a mejorar las propiedades de resistencia y de durabilidad a las dos edades de curado evaluadas. Además, las nano SiO2 llevaron a detrimentos en la resistencia y durabilidad del concreto. Con base en la información presentada, ambos materiales resultan reemplazos parciales adecuados de la arena de río y del cemento, respectivamente, en las mezclas de concreto auto-compactante.
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 ®.
Técnica heurística para determinar la resistencia a flexión en vigas de concreto auto compactante reforzado con fibras de acero
(Universidad Industrial de Santander, 2020) Cotes Prieto, David Sebastián; Zapata Orduz, Luis Eduardo; Pialarissi Cavalaro, Sergio Henrique
Este proyecto de investigación estimó la resistencia a momento flector de vigas fabricadas en concreto auto-compactante reforzado con fibras, ensayadas a flexión de cuatro puntos considerando como variables de entrada relaciones agua-cementante entre 0.40 - 0.60 y cantidad de fibras de acero terminadas en gancho, entre 0.00% - 1.00% del volumen total de concreto. Las fases del proyecto fueron: (i) ejecución de un plan experimental de ensayos de compresión simple, doble punzonamiento Barcelona y flexión cuatro puntos, para 17 dosificaciones, determinadas con base en un diseño de experimentos, (ii) cálculo de las curvas esfuerzo-deformación para todas las dosificaciones, utilizando modelos constitutivos propuestos en la literatura, calibrados con los resultados de los ensayos, (iii) relación de los modelos constitutivos con las variables de entrada implementando superficie de respuesta, (iv) calculó de la resistencia a momento flector para 121 diferentes dosificaciones dentro del dominio de estudio, utilizando un modelo numérico de elementos finitos alimentado con los modelos constitutivos obtenidos de las superficies de respuesta (v) programación y entrenamiento de una red neural artificial, usando los datos del modelo numérico, para predecir el momento flector resistente en función de las variables de entrada. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta al entrenar la red neural artificial con un método heurístico permite obtener resultados adecuados (R2=0.99) de la resistencia a momento flector de vigas de concreto auto-compactante reforzado con fibras de acero ensayados a flexión cuatro puntos, en función de la relación agua-cementante y la cantidad de fibras.
Determinación de aspectos relevantes y recomendaciones al diseño por capacidad sugerido en la NSR-10 para el comportamiento estructural predecible de edificios de concreto reforzado
(Universidad Industrial de Santander, 2018) Rojas Sandino, Veronica; Viviescas Jaimes, Álvaro
Con el fin de plantear posibles variaciones que contribuyan al comportamiento previsible en la estructura de edificios de concreto reforzado que se rijan bajo los requerimientos mínimos indicados en la norma sismo resistente Colombiana (NSR-10), esta investigación explora los aspectos principales del diseño por capacidad sugeridos en la NSR-10 a través del análisis comparativo entre los procedimientos de diseño de pórticos dúctiles y muros estructurales en voladizo expuestos en el reglamento y en Paulay y Priestley. Mediante el análisis inelástico de un pórtico y un muro estructural de cinco y diez niveles respectivamente se logró identificar la inconsistencia entre los objetivos y los requisitos de diseño establecidos en el código Colombiano. En una metodología de diseño basada en fuerzas la deriva como parámetro de control en la determinación de las dimensiones de los elementos conlleva a grandes secciones con innecesarias reservas de resistencia, resultando en un nivel superior de desempeño que describe un estado límite de servicio para los movimientos sísmicos prescritos por el código. En el caso de pórticos, esta reserva de resistencia representa una alta capacidad de las columnas para soportar las demandas impuestas por las vigas, inclusive cuando es seleccionado un mecanismo irracional de plastificación en pórticos dominados por carga gravitacional. Así, resulta imperceptible relacionar las resistencias nominales de las columnas con los momentos sobreresistentes de las vigas en el criterio de columna fuerte-viga débil, e ineficaz diseñar columnas para altas demandas a cortante, producto de una gran capacidad a flexo-compresión en un mecanismo donde se asume la plastificación simultánea en los extremos de estos elemento. En el caso de muros, esta reserva de resistencia hace irrelevante la implementación de una envolvente de momento pese a que el reglamento no incorpora los efectos de sobrerresistencia de la rótula plástica dentro de la región elástica restante del muro. __
Entropía como indicador de incertidumbre en el diseño de proyectos de construcción
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Vargas Quintero, Edward; Mejia Aguilar, Guillermo
El sobrecosto en los proyectos es un problema generalizado que afronta la industria de la Arquitectura, Ingeniería y Construcción. Varios de los factores que generan sobrecostos en los proyectos han sido relacionados con la etapa de diseño del proyecto, entre los que se encuentran: la inadecuada definición del alcance de los diseños, la deficiente documentación generada en el diseño, la falta de redundancia en la información como medida de control y garantía de calidad de la información, así como los ineficaces procesos de comunicación. A pesar de tener identificado como factor de sobrecosto a la calidad de la información generada durante la etapa de diseño, la industria aún no cuenta con metodologías de gestión de diseño ampliamente aceptadas para ser implementadas, y carece de metodologías efectivas para producir, comunicar y medir información de diseño en términos cuantitativos. El presente estudio propone un indicador de cantidad de información generada en la etapa de diseño a partir del concepto de entropía de Shannon, lo que permite cuantificar la información gráfica representada en los planos detallados del proyecto. Estas medidas e índices de información comunican sobre la cantidad de información comunicada, la incertidumbre asociada y la composición gráfica del diseño representada en los planos detallados, lo que facilita la evaluación, tanto del nivel de detalle constructivo del proyecto, como de la calidad de la información representada en los planos constructivos. El principal aporte de este estudio, seguido del indicador de incertidumbre propiamente dicho, es la propuesta de las variables indicativas de información, así como índices de complejidad y representación gráfica, que través de relaciones sencillas y análisis estadístico presentan un referente para la evaluación del contenido de planos de diseño para estructuras de concreto de tipo aporticado como soporte al control de calidad de la generación de información de diseño.
Viabilidad técnica del sistema célula de combustible microbiana-humedal artificial de alta tasa para depuración de aguas residuales de alta carga orgánica y generación eléctrica
(Universidad Industrial de Santander, 2017) Corzo Hernandez, Angelica; Sanabria Artunduaga, Otoniel; Garcia Solano, Mario
Una nueva tecnología integrando células de combustible microbianas y humedales artificiales de alta tasa (CCM-HAAT) se ha planteado, con base en la sinergia y los requerimientos en común para su funcionamiento, destacándose entre ellos el potencial de óxido-reducción. En humedales artificiales, el gradiente redox en la columna de agua permite contar con zonas aeróbicas cerca de la superficie, y anaeróbicas en el fondo. En CCMs, bacterias electrogénicas oxidan sustratos orgánicos y transfieren electrones a un circuito eléctrico para producir energía, utilizando el gradiente redox entre electrodos. La unión de estas dos tecnologías puede permitir depurar aguas residuales de alta carga orgánica y generar energía simultáneamente, por tal razón, el principal objetivo de esta investigación es determinar su viabilidad técnica. Un estudio exploratorio fue llevado a cabo en un sistema experimental, conformado por tres líneas de HAAT integrando CCMs, dos líneas fueron plantadas con Cyperus alternifolius, la restante permaneció sin vegetación actuando como control, depurando agua residual sintética con cargas de 100 y 200 gr DQO/m2 -d, en dos fases (con y sin oxígeno suplementario). Las mejores condiciones de desempeño correspondieron a eficiencias de remoción de 65% en DQO en los humedales con vegetación y con aireación, con carga orgánica máxima de 200 g DQO/m2 -d, y densidad de potencia de 55,48 mW/m2Los rendimientos conseguidos en remoción de materia orgánica son la mayor ventaja de esta nueva tecnología considerando la carga orgánica utilizada, lograda al utilizar portadores de crecimiento bacteriano de alta superficie específica (320 m2 /m3 ) como medio de soporte del humedal artificial. En términos energéticos los valores de densidad de potencia son bajos, sin embargo, al ser una tecnología en desarrollo, mejoras en la arquitectura de la CCM deben ser implementados para aumentar su desempeño.

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