Tesis Doctorado en Ingeniería Civil

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Desarrollo e implementación de metodología dentro de la gestión del riesgo en estructuras indispensables del departamento de Sucre, a través de SHM y una red de bajo costo.
(2026-08-19) Barrios Salas, Susana
Esta investigación doctoral desarrolla y valida una metodología para la gestión del riesgo estructural (SRM) en edificaciones indispensables mediante monitoreo de salud estructural (SHM), análisis modal operacional (OMA), modelación numérica FEM y una red inalámbrica de sensores de bajo costo (WSN low-cost). El sistema propuesto se basa en acelerómetros triaxiales MEMS conectados a nodos Raspberry Pi, diseñados para adquirir, almacenar, sincronizar, transmitir los datos y gestionar eficientemente el almacenamiento realizando depuraciones de forma autónoma y continua. El procesamiento de los datos de vibración ambiental se realiza externamente en servidor central a través de un framework basado en OMA. La metodología fue validada en condiciones de laboratorio e implementada a escala real. La validación de la metodología fue progresiva mediante ensayos experimentales controlados, comparación con instrumentación de referencia, evaluación dinámica sensible al daño e implementación a escala real en una edificación indispensable. El caso de estudio correspondió a un edificio institucional de concreto reforzado de nueve niveles ubicado en Barranquilla, Atlántico. Los resultados demostraron que la WSN low-cost fue capaz de identificar las principales frecuencias naturales de las estructuras evaluadas con adecuada consistencia y buena correspondencia respecto a las predicciones obtenidas mediante modelos FEM. En la aplicación a escala real, los parámetros modales identificados se mantuvieron estables entre las campañas seleccionadas, permitiendo establecer una línea base dinámica experimental de la estructura monitoreada. El estudio evidenció además que los principales desafíos del SHM low-cost no se limitan a la precisión de los sensores, sino que incluyen sincronización temporal, estabilidad de comunicación, integridad de datos, operación autónoma y trazabilidad de campañas prolongadas de monitoreo. Para abordar estos desafíos, se desarrolló un framework computacional orientado a la organización de datos, control de calidad, preprocesamiento, identificación modal, comparación FEM–OMA y generación de reportes. Los resultados confirman la viabilidad técnica de utilizar redes WSN low-cost como herramientas escalables para monitoreo estructural en contextos con restricciones presupuestales. La metodología propuesta constituye una alternativa práctica y asequible para apoyar procesos de mantenimiento preventivo, gestión del riesgo estructural y toma de decisiones en infraestructura indispensable, especialmente en regiones donde los sistemas SHM convencionales resultan económicamente inaccesibles.
Estudio del uso de las semillas de Moringa oleífera para el tratamiento de aguas residuales con fines de riego y productividad de cultivos
(Universidad del Norte, 2026) Gutiérrez Herrera, Juan Carlos; Agudelo Castañeda, Dayana Milena
Esta investigación evaluó el potencial de las semillas de Moringa oleífera como coagulante natural para tratar aguas residuales destinadas al riego, analizar su influencia sobre la productividad de cultivos y establecer la viabilidad técnica, económica y ambiental de su implementación en sistemas descentralizados. Se desarrolló una investigación cuantitativa, experimental y aplicada. Se realizaron ensayos de coagulación, floculación y sedimentación con semilla en polvo, extracto acuoso y sulfato de aluminio, variando las dosis y los tiempos de sedimentación. Además, se evaluó la calidad física, química y microbiológica del agua, se ejecutó un experimento de riego con fríjol, arveja y lenteja, y se analizaron variables morfológicas, productivas y edáficas mediante pruebas estadísticas y comparaciones múltiples. Finalmente, se diseñó un tren de tratamiento conformado por coagulación, floculación, sedimentación, filtración en arena, carbón activado y desinfección por radiación ultravioleta, complementado con análisis de escalamiento, costos y ciclo de vida. La optimización alcanzó remociones superiores al 95 % de turbidez, reducciones mayores al 99 % de coliformes y superiores al 75 % de color, sin alteraciones relevantes del potencial de hidrógeno. Sin embargo, la aplicación de 1 gr/L incrementó la demanda química de oxígeno en 192 % y la demanda bioquímica de oxígeno a cinco días en 159 %, debido a la liberación de materia orgánica proveniente de la semilla. En el sistema multibarrera, las dosis de 0,25 y 1 gr/L removieron entre 92 % y 94 % de turbidez y más del 99,6 % de coliformes. No obstante, la dosis alta casi duplicó la carga orgánica final y generó seis veces más lodos, por lo que se seleccionó la dosis de 0,25 gr/L como la alternativa más conveniente para el escalamiento. En el cultivo de fríjol, el agua tratada incrementó entre 50 % y 53 % la biomasa seca, y aumentó entre 43 % y 48 % la disponibilidad de nitrógeno, fósforo y potasio en el sustrato. Los resultados obtenidos en arveja no fueron concluyentes, mientras que la lenteja presentó limitaciones. Además, la conductividad del sustrato aumentó 54 %, lo que advierte sobre un posible riesgo de acumulación salina. Para una capacidad de tratamiento de 10 metros cúbicos por día, la inversión inicial se estimó en 42,7 millones de pesos colombianos y el costo anual de operación y mantenimiento en 25,7 millones. El costo de tratamiento fue de 7.046 pesos por metro cúbico y disminuyó a 5.047 pesos cuando se consideró la producción local de la semilla. Los costos de operación representaron aproximadamente el 84 % del costo total durante una vida útil de veinte años. En la evaluación ambiental comparativa, el escenario circular, basado en la valorización del aceite, la biomasa residual y los lodos, alcanzó un balance de −4,53 kilogramos equivalentes de dióxido de carbono por cada metro cúbico tratado y redujo cerca del 97 % la toxicidad carcinogénica respecto al sulfato de aluminio, aunque presentó una mayor demanda de suelo. Se concluye que Moringa oleífera constituye una alternativa viable para la clarificación, reducción microbiológica y reúso agrícola de aguas residuales domésticas en sistemas rurales descentralizados, siempre que se emplee una dosis baja, se integre un sistema de tratamiento multibarrera, se garantice la producción local de semilla y la valorización de los coproductos. Su aplicación todavía no debe extrapolarse a grandes caudales ni a aguas residuales industriales.
Desarrollo de bioadsorbentes a partir de residuos agroindustriales para remoción de nutrientes en aguas residuales
(Universidad del Norte, 2025) Lugo Arias, José Luis; Maturana Córdoba, Aymer Yeferson; González Álvarez, Julia
Como alternativa de solución a los problemas ambientales que genera el mal manejo de la alta producción de residuos de cascarilla de arroz y tallo de maíz en Colombia, de los cuales se generan 749,734.5 y 434,555.2 toneladas anuales, respectivamente, y teniendo en cuenta la necesidad de eliminar nutrientes del agua en elevadas concentraciones para mitigar la eutrofización de las fuentes hídricas y reducir la adquisición de enfermedades asociadas al consumo humano de agua contaminada con nitratos y fosfatos (cáncer, daño hepático, osteoporosis, entre otras), este proyecto se basó en la producción de bioadsorbentes a partir de estos residuos para eliminar nutrientes en aguas residuales, profundizando en el estudio de optimización de las variables operaciones para su escalamiento en plantas de tratamiento de aguas residuales, como brecha principal del conocimiento, así como la determinación del desempeño económico y ambiental del bioadsorbente más apropiado. Los bioadsorbentes producidos se estudiaron en dos modos de operación (por lote y en columna de lecho fijo), con agua sintética y real, determinando las mejores condiciones operativas del más eficiente: el biochar de cascarilla de arroz modificado con MgCl2 (BCA-Mg), partiendo de un diseño de experimento de cribado de cuarta fracción (2k-2) para la selección de las variables significativas susceptibles de optimización de la eficiencia de eliminación de nitratos y fosfatos, a través de un diseño central compuesto de la metodología de superficies de respuesta, dependiendo de los resultados estadísticos. Se propuso su reúso luego de gastarse y cargarse con nutrientes en la adsorción en medio acuoso, como bioproducto para la enmienda del suelo de cultivos de arroz en Colombia, evaluando los impactos ambientales asociados a través de la metodología del Análisis de Ciclo de Vida y su viabilidad económica por medio de un análisis técnico-económico. Se encontraron altas capacidades máximas de adsorción de BCA-Mg, 35.11 mg/g para nitratos y 111.10 mg/g para fosfatos en flujo discontinuo y de 9.4 mg/g y 78 mg/g, respectivamente en columna de lecho fijo, valores que permiten el cumplimiento de la normativa colombiana de calidad del agua, destacando la independencia del pH, lo cual reduce costos del tratamiento de agua. Se encontraron altos costos de tratamiento de agua asociados al proceso de producción de biochar y su aplicación en la adsorción de nutrientes ($8,314/kg de BCA-Mg y $110,128/m³ de agua tratada), influenciados por el alto precio del MgCl₂ y la energía eléctrica en Colombia. Sin embargo, se obtuvieron ahorros significativos en la aplicación del biochar gastado al suelo, de -$10,080,000/ha por reducción del consumo de agua y de -$178,112/ha por la disminución de fertilizantes nitrogenados, así como se obtuvieron beneficios ambientales importantes, como la reducción del uso de recursos y la huella de carbono. Estos hallazgos potencialmente mejorarían la calidad de vida de las comunidades colombianas y fortalecerían la gestión de las autoridades ambientales al considerar y regular técnicamente estas alternativas de tratamiento de agua para garantizar el cumplimiento legislativo de vertido líquido en el país, y su sinergia con la aplicación al suelo. Sin embargo, se recomienda principalmente minimizar los costos de la producción de BCA-Mg a través de la optimización de los procesos implicados, con la finalidad de garantizar su viabilidad económica para que sea un material accesible en cualquier comunidad colombiana.
Diseño de programa holístico para la restauración del río Cesar
(Universidad del Norte, 2024) Vega Torres, Stefany Paola; Maturana Córdoba, Aymer Yeferson; Gutiérrez, Ronald R.
La restauración de ríos suele abordarse de manera fragmentada, con soluciones de corto plazo que no garantizan su sostenibilidad. Esta tesis propone un plan holístico para la recuperación del Río Cesar, Colombia, basado en un enfoque estructurado, sistemático e interdisciplinario, que integra componentes físicos, ecológicos, sociales e institucionales como partes interrelacionadas de un mismo sistema. El enfoque holístico concibe la recuperación como un proceso integrado, a partir de herramientas científicas, modelos especializados y análisis de escenarios que orientan futuras decisiones de recuperación a diferentes escalas, permitiendo una gestión coordinada y sostenible del río y su cuenca. Esta convergencia metodológica y conceptual es lo que convierte el estudio en un plan holístico de recuperación, en el cual las decisiones se fundamentan en la comprensión integral del sistema fluvial y sus múltiples interrelaciones, más allá del análisis aislado de sus componentes. Los resultados aportan una base de datos con 16,383 datos hidroclimáticos, de calidad del agua y de erosión, que correspondían a observaciones dispersas y heterogéneas. Los modelos ejecutados proyectan que, al 2030, el caudal del río podría reducirse en 13.66% bajo el escenario SSP5-8.5, pero aumentar un 3% con políticas de mitigación (SSP1-2.6). La tasa de erosión en 2020 fue de 104 t/ha/a, con tendencia al aumento en las categorías de erosión baja a moderada. Se identificaron zonas de acumulación de 500 a 2,000 toneladas de sedimentos y áreas clave para explotación de arena y rondas hídricas. El índice de calidad del agua indica una clasificación mayormente “regular” y “mala”, con deterioro en puntos de vertimiento de aguas residuales. La Toma de Decisiones Robustas explora estrategias futuras, identifica escenarios clave y promueve el aprendizaje y la creación de consenso entre los actores interesados. A diferencia de los métodos tradicionales, ofrece un conjunto de estrategias adaptativas en lugar de una única solución óptima. Los resultados indican que las intervenciones reducen entre un 12-25% la erosión (tomando como referencia la tasa de erosión media al año 2020) y potencialmente hasta un 35% las cargas de fósforo y nitrógeno totales (ante la aplicación de medidas de gestión del suelo como lo sugieren las evidencias científicas), optimizando costos y beneficios para los actores involucrados. Los costos descontados a corto plazo no superan los 6 millones de pesos colombianos (USD 1,500), mientras que las inversiones a largo plazo oscilan entre 10 mil y 20 millones de pesos (US$2,5 millones y US$5 millones), por intervención. Sin embargo, las medidas de gestión estructural, como la construcción de una planta de tratamiento, requieren inversiones superiores a los 107,000 millones de pesos (US$26,75 millones). Esta contribución proporciona soluciones integrales y sostenibles para la recuperación del río Cesar, sirviendo como referente para la gestión territorial, políticas públicas en agua y suelo, y la planificación de infraestructura hídrica en la región y demás cuencas en países en desarrollo por la alta replicabilidad de la metodología abordada.
Evaluation of the dynamic response of ISA-Hypoplastic model in problems with repetitive loading
(Universidad del Norte, 2023) Lascarro Estrada, Carlos José; Mercado Puche, Vicente; Fuentes Lacouture, William
Accurate numerical predictions of the behavior of soil deposits subjected to liquefaction are essential to guarantee the safety of civil infrastructure. Furthermore, many geotechnical structures experience cyclic loading throughout their design life, such as offshore structures, pavements, water tanks, among others. It is evident that robust constitutive models are necessary to accurately reproduce the mechanical behavior of soils in these cases. However, there is still a considerable degree of uncertainty in the available continuum mechanics-based numerical methodologies and constitutive models that are currently being used. Therefore, research works that identify their drawbacks, performance, and extend the capabilities of these models is of high importance to the geotechnical community. This thesis focused on extending and evaluating an advanced hypoplastic model for sands with Intergranular Strain Anisotropy (ISA). Initially, the previous version of the hypoplastic model with ISA was extended by incorporating cyclic mobility effects through a second-order fabric-dilatancy tensor. The extended model showed much improved capabilities in predicting liquefaction. Subsequently, the extended model was applied to simulate an offshore wind turbine monopile with typical wind and wave characteristics of the Caribbean coast of Colombia. Next, a series of dynamic centrifuge tests representing a liquefiable sloping ground from the Liquefaction Experiment and Analysis Projects (LEAP) 2017 were simulated using the extended model. Finally, the extended model was further enhanced to incorporate the influence of highly plastic fines on liquefaction resistance.
Investigación experimental para el diseño de Mezclas Asfálticas Tibias – MAT con diferentes contenidos de Agregados de Concreto Reciclado ACR
(Universidad del Norte, 2021) Sánchez Cotte, Edgar Humberto; Fuentes Pumarejo, Luis; Martínez Arguelles, Gilberto; Rondón Quintana, Hugo Alexander
El impacto ambiental generado durante la fabricación de mezclas asfálticas para la construcción de carreteras es alto, en especial por las Mezclas Densas en Caliente (MDC). Estos impactos afectan el aire, el agua y el suelo, poniendo en riesgo la salud del ser humano, y el equilibrio de los ecosistemas. De otra parte, los proyectos de edificación o infraestructura generan residuos (Residuos de Construcción y Demolición – RCD) durante su construcción y demolición. En Colombia, el mayor porcentaje de los RCD es concreto, que al ser triturado se convierte en Agregados de Concreto Reciclado (ACR), los cuales pueden reemplazar los Agregados Naturales (AN) en la fabricación de mezclas asfálticas. Este estudio evaluó el efecto de la inclusión de ACR, en las propiedades mecánicas de una Mezcla Asfáltica Tibia (MAT). Se diseñaron y fabricaron mezclas control MDC y MAT utilizando un cemento asfáltico CA 60-70 (original y modificado con un aditivo químico respectivamente) y AN. Posteriormente se diseñaron y fabricaron mezclas (MDC y MAT) con reemplazo de 15, 30 y 45% de AN por ACR en la franja gruesa, y se evaluó su comportamiento mecánico mediante la aplicación de pruebas especializadas (ensayo Marshall, módulo resiliente, ITS, CREEP y fatiga). Se realizó el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) y el Análisis de Costos del Ciclo de Vida (ACCV). Los resultados muestran que las MAT con ACR tienen un desempeño mecánico comparable con las mezclas convencionales (MDC) con una reducción en el impacto ambiental, siendo una alternativa técnica y ambientalmente sostenible.
Desarrollo de un método de análisis exergético para la evaluación del desempeño ambiental del tratamiento de lixiviado mediante un proceso fotoquímico-biológico
(Universidad del Norte, 2024) Villamizar Mosquera, Salvador Enrique; Maturana Córdoba, Aymer Yeferson
El lixiviado generado en rellenos sanitarios es un agua residual caracterizada por ser altamente contaminada, con poca biodegradabilidad y presencia de compuestos recalcitrantes (Alberto & María, 2018). Dada esta composición se generan varias preocupaciones en torno al líquido residual, como por ejemplo la necesidad por controlar su contaminación en el proceso de generación, la selección del mejor tratamiento para la remoción de los contaminantes, la optimización de las condiciones operativas de los tratamientos para evitar el consumo excesivo de recursos, la evaluación técnica, ambiental y económica de los procesos para mejorar la sostenibilidad en el tiempo y la innovación en las métricas de evaluación de desempeño para rediseñar o transformar los procesos unitarios existentes. Como atención a la problemática generada por la composición del lixiviado, el actual proyecto planteó diversas alternativas de descontaminación, iniciando con la fase del pretratamiento donde se exploraron la coagulación-floculación y la combinación de lixiviado con aguas residuales domésticas rurales. Esta última opción se consideró dada una problemática local del sitio donde se ubicaba el relleno sanitario, ya que en Norte de Santander, Colombia, más del 15% de la población no contaba con cobertura de saneamiento básico, articulándose con el eje estratégico Salud para la Productividad en la dimensión Salud Ambiental del Plan de Desarrollo Departamental 2016 - 2019, el cual consideró a este hecho como un determinante que aumentaba la prevalencia de enfermedades infecciosas y parasitarias (W. Villamizar, 2016). Así mismo, de acuerdo con el Plan de Desarrollo “Mas oportunidades para todos” 2020 – 2023 solamente el 5% de las aguas residuales del departamento recibieron tratamiento. Como siguiente fase se evaluaron procesos de oxidación avanzada (POA) fotoquímicos, en los que se analizó el comportamiento de la Fotocatálisis Heterogénea y del foto-Fenton, los cuales buscaban mejorar la biodegradabilidad del agua residual a partir de la mineralización de contaminantes por acción de especies oxidativas generadas (Akram et al., 2016). Una vez apto para ser acoplado, se trató el efluente fototratado con un reactor biológico aerobio convencional de lodos activados y se evaluaron las eficiencias de remoción.
Desarrollo de un proceso de recuperación y revalorización de metales y otros componentes de agua residual de una planta de agroquímicos
(Universidad del Norte, 2023) Mejía Marchena, Ricardo Luis; Maturana Córdoba, Aymer Yeferson
Este proyecto se enfoca en la recuperación de elementos valiosos de los vertidos industriales. Se centra en las aguas residuales de una planta de plaguicidas descargadas en el Río Magdalena, cerca del acueducto de Barranquilla. Tras la actualización de la planta de tratamiento de aguas residuales, surgieron oportunidades de mejora. El objetivo consistió en revalorizar los vertidos y los lodos generados. Se exploraron tecnologías avanzadas y convencionales para el tratamiento de aguas residuales y la valorización de los lodos. Se formularon 20 alternativas de tratamiento, incluyendo la síntesis de Sulfato de Manganeso, Oxido de Manganeso, Permanganato de Manganeso, recuperación de nutrientes, generación de energía y reaprovechamiento de lodos en construcción. La evaluación se basó en la viabilidad técnico-económica y ambiental, estimando costos y realizando análisis de ciclos de vida. Las alternativas basadas en tecnologías convencionales, como la precipitación química seguida de lixiviación básica y ácida, resultaron más atractivas. Se logró una recuperación del 89,8% de manganeso, con una inversión estimada de aproximadamente $260,000 USD y una reducción en los costos operativos de hasta $3,50 USD por metro cúbico de agua residual tratada. También se observó una reducción de 353 kg/día de manganeso, 25 kg/día de zinc y 740 kg/día de DQO. Estos hallazgos resaltan la viabilidad técnica y económica de la revalorización de los vertidos industriales mediante tecnologías convencionales, cumpliendo con los estándares ambientales y protegiendo el Río Magdalena. Además, se generaron beneficios ambientales adicionales, como la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y el agotamiento de recursos.
Evaluating off-hours delivery policies for sustainable urban logistics in the Barranquilla Metropolitan Area
(Universidad del Norte, 2024) Serrano Arrieta, Iván Darío; Cantillo Maza, Víctor; Holguín Veras, José
This research develops stakeholder behavioral models for carriers and receivers, incorporating Social Interaction Attributes (SIAs) to assess the willingness to change towards off-hour deliveries. The study uses structural equation models, hybrid choice models and game theory to evaluate the impact of the SIAs Trust, Power, Infrastructure and Insecurity. I conducted stated and revealed preferences surveys in the Metropolitan Area of Barranquilla, Colombia, targeting two primary groups: owner-operators and managers of the trucking industry (the carriers), and establishments from diverse industry and commerce segments (the receivers). The models highlight the importance of interaction between agents in shaping behavioral responses to off-hour delivery initiatives. Additionally, decisions by real estate and city agencies on infrastructure and security impact willingness to adopt off-hour deliveries. Understanding power dynamics in urban freight transportation is crucial for successful policymaking. The results confirm that powerful agents impose delivery times, affecting other stakeholders’ choices and interactions. Targeting decision-makers responsible for externalities, including receivers, city agencies, and the real estate sector, is vital. Social interactions must be included to accurately represent stakeholder behaviors and effective policymaking for off-hour delivery initiatives. The study's findings emphasize the importance of addressing stakeholders' preferences and interactions to promote sustainable freight transport policies such as off-hour deliveries.
Evaluation and modeling of the cyclic mechanical behavior of electro welded wire mesh
(Universidad del Norte, 2024) Miranda Giraldo, Michael; Arteta Torrents, Carlos Alberto; Zambrano Rodríguez, Habib
Welded wire mesh (WWM) is an arrangement of longitudinal and transverse wires, which are joined at the intersection using the electric resistance welding method (Ternium, 2019). WWM are manufactured from carbon steel, and commonly used to reinforce concrete etructures, particularly slab walls for lowcost industrialized construction (Carrillo & Alcocer, 2012b, 2012a). In Colombia, the WWM must fulfill requirements from NTC 5806 (ICONTEC, 2019), as stipulated in the Colombian buildings code (Comité-AIS-100, 2010). The use of the WWM is restricted for special seismic system applications that require specific detailing, such as special moment frames, special structural walls (American Concrete Institute, 2019). Wires for manufacturing WWM are fabricated by means of a cold drawing process of carbon steel rods (Carrillo et al., 2019a). In this manufacturing method, a plastic strain process is commonly employed to manufacture components from low-carbon steel bars, reducing the cross section of the initial bar to a specified final diameter or thickness. The final wire diameter used for WWM is obtained through several steps, forcing a steel wire through a series of dies that progressively reduce the diameter, causing plastic strain, increasing the yield strength (fy) at each stage, and introducing residual stresses. The cold drawing process is one of the most effective method for enhancing the surface finish, tolerances, and mechanical properties (Raji & Oluwole, 2011a). The resulting wires exhibit a smooth or corrugated surface (Carrillo t al., 2019a).
Influencia del agregado grueso calcáreo en las propiedades elásticas del concreto: desarrollo experimental y numérico
(Universidad del Norte, 2024) Bracamonte Miranda, Alex José; Martínez Arguelles, Gilberto; Mercado Puche, Vicente; Fuentes Pumarejo, Luis
Esta tesis doctoral ha analizado las interacciones del agregado grueso sobre el esfuerzo a compresión y módulo de elasticidad del concreto en dos niveles de resistencia. Para dar paso a estas tareas fue necesario desarrollar por un lado un análisis numérico que reprodujera una granulometría referencial en partículas esféricas para distribuirlas espacialmente de forma aleatoria dentro de un molde cilíndrico, adicionar la fase de mortero a este grupo de partículas, y finalmente con todo el conjunto formado modelar un ensayo de compresión axial en los niveles de resistencia de trabajo. Las rocas bases de caliza al igual que el mortero preparado, fueron sometidos a pruebas de compresión axial simple y también con medición de deformaciones para estimar tanto la resistencia a esfuerzo de compresión y el comportamiento esfuerzo deformación de la curva hasta el punto de falla como el módulo de elasticidad en ambos materiales. Con al agregado grueso en una fase y el mortero en la otra, fue posible asignarle a cada material de manera independiente propiedades con los cuales fue posible observar el efecto de las propiedades asignadas en el comportamiento del concreto tanto a en resistencia a la compresión como en módulo de elasticidad. De forma paralela, se llevó a cabo un desarrollo experimental como herramienta de medida y control sobre la respuesta del análisis numérico. La granulometría referencial que sirvió de base al modelo computacional, inspirada por agregados angulares de trabajos regionales de concreto, fue reproducida de forma muy aproximada en partículas esféricas procedentes de un proceso de tallado de rocas calizas extraídas de 5 zonas geológicas colombianas. De forma seguida, se fabricaron cilindros de concreto con diámetro x altura en sección 4”x12” para resistencias de servicio de 28 MPa y 42 MP y finalmente, sometidas a compresión axial. Analíticamente se comparan los resultados experimentales con los computacionales mostrando una mejor proximidad de los resultados entre ambos trabajos. El cotejo de los resultados permitió inicialmente determinar la malla más eficiente para el análisis computacional en elementos finitos. Se determinó que la variación en la distribución espacial del agregado grueso tiene una incidencia mínima por no decir nula en el esfuerzo a compresión para las resistencias que se trabajaron. Aunque de baja magnitud, se logró determinar que existe una influencia del módulo de elasticidad de agregado grueso 10 sobre en el módulo de elasticidad del concreto, sólo observable en concretos de 42 MPa, caso contrario en los concretos de 28 MPa en los cuales no se observaron ningún efecto.
Evaluación uso ceniza de cascarilla del arroz reciclada para diseño de mezclas asfálticas y concreto hidráulico en el departamento de Casanare
(Universidad del Norte, 2024-07-09) Camargo Pérez, Nelson Ricardo; Fuentes, Luis; Abellán, Joaquín; Álvarez, Allex E.
La presente investigación analiza la viabilidad de usar RRHA como material cementante suplementario (MCS) en una mezcla de concreto hidráulico para pavimento, que cumpla con los requerimientos mínimos para un nivel de tránsito medio (NT2) con referencia a las especificaciones generales de construcción de carreteras del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) (Colombia). Así mismo, investigar el efecto en las propiedades mecánicas de usar RRHA como llenante mineral en masillas, morteros, y mezclas asfálticas. En respuesta a esto se plantea un diseño y campaña experimental que de respuestas a cada uno de los interrogantes formulados. Los resultados encontrados sugieren que la RRHA tiene un alto potencial como MCS en mezclas de concreto hidráulico. Con referencia a la masilla, morteros y mezclas asfálticas, los resultados sugieren que la RRHA como llenante mineral reduce la trabajabilidad y ductilidad produciendo mezclas más frágiles, respecto a las mezclas de control, lo que afecta su resistencia a la fatiga. Se sugiere investigación adicional que involucre la combinación de RRHA con llenantes minerales convencionales, para analizar el desempeño mecánico a escala de morteros asfálticos y su posterior validación en mezclas asfálticas
Development of ground motion models for Northern South América - Nosam Gmms
(Universidad del Norte, 2024) Pájaro Miranda, César Augusto; Arteta Torrents, Carlos Alberto
The Northern South America (NoSAm) region, comprising Colombia, Ecuador, and Venezuela, is considered earthquake-prone due to its complex tectonic setting, driven by the interaction of three tectonic plates: Nazca, Caribbean, and South America. However, the recorded seismic history in the region is relatively recent, with the installation of the first digital strong motion networks in the late 1980s and early 1990s. The youth of these instrumental seismic networks poses a challenge for developing region-specific ground motion models that can adequately constrain extrapolation for design scenarios comprising high magnitudes earthquakes recorded at short distances. As a result, seismic hazard assessments in Colombia, Ecuador, and Venezuela rely on global and foreign Ground Motion Models (GMMs), highlighting the need for regional GMMs that consider the unique characteristics of the ground motion process in the region. To address these needs, this dissertation presents six ground motion models for estimating spectral accelerations and non-spectral intensity measures such as Arias intensity, Peak Ground Velocity, and Cumulative Absolute Velocity in NoSAm. These models allow the prediction of the intensity measures produced by earthquakes from the four tectonic environments in the region crustal, subduction interface, subduction intra-slab, and Bucaramanga nest. These GMMs will enhance and improve the understanding of seismic intensity attenuation throughout the region and future seismic hazard assessments.
Selección de un dispositivo WEC y evaluación del potencial para el aprovechamiento de la energía del oleaje en las costas de La Guajira-Colombia
(Universidad del Norte, 2023) Berrio Arrieta, Yeison Miguel; Rivillas Ospina, Germán Daniel; Galindo Montero, Andrés Alfonso
En el contexto de la transición hacia fuentes de energía renovables, este estudio propone el desarrollo de un Wave Energy Converter (WEC) de tipo boya oscilante. Este dispositivo busca convertir la energía potencial del oleaje en energía cinética mediante un diseño práctico y ensamblaje sencillo, utilizando materiales locales con costos de mantenimiento reducidos. El diseño polivalente del WEC permite su incorporación en una matriz para captar energía del oleaje y contribuir a la protección costera. La metodología empleada incluyó simulaciones numéricas con y pruebas físicas a escala de laboratorio. Los resultados revelaron que el WEC logra máximas eficiencias hidrodinámicas con una boya de 0.1 metros para las condiciones típicas del Caribe, en las pruebas de barrido de frecuencia con el modelo numérico OpenFOAM revelaron un aumento significativo de la potencia mecánica durante la resonancia, destacando la importancia de la sincronización entre el período natural del dispositivo y el de las olas. También se exploró la influencia del diámetro de la boya, resaltando la relevancia del ancho de captura. A pesar de la variabilidad en la potencia absorbida, la optimización del diseño debe considerar la resonancia y la eficiencia del ancho de captura para lograr un rendimiento eficiente en diversas condiciones de mar. La ubicación óptima para equilibrar captación de energía y protección costera, según los modelos numéricos Delft3D y XBeach, se identifica a 1.3 km de la costa, a una profundidad de 5 a 6 metros en las playas de Riohacha, Colombia. Estos hallazgos contribuyen al entendimiento de la interacción dinámica entre el WEC y las olas, proporcionando perspectivas clave para futuros desarrollos en tecnologías de conversión de energía de las olas.
Valoración de la contaminación sonora mediante el uso de experimentos de elección residencial aplicados con dispositivos inmersivos
(Universidad del Norte, 2023) Garzón Pérez, Luis Andrés; Arellana Ochoa, Julián Alberto
En el ámbito residencial, el análisis para la estimación de la disposición al pago para disminuir la contaminación sonora debe ser más amplia e incluir el acompañamiento de atributos que modifican su impacto como las características las viviendas y su localización, pero además las experiencias percibidas de sus habitantes. Esta tesis busca formular modelos de datos multivariados para determinar las relaciones entre los factores de la sensibilidad, la agradabilidad-sonora y la habitabilidad-visual y las variables audiovisuales, para luego estimar modelos de elección discreta y así calcular el índice monetario para la contaminación sonora y el valor total representado para los elementos audiovisuales existentes en las inmediaciones residenciales. La metodología propuesta aborda la implementación de experimentos de preferencias declaradas guiada bajo la estructura de un diseño experimental que permitió la selección de secuencias de video multimedia grabadas en formatos de visualización panorámica según las combinaciones de atributos antes definidos, para luego recopilar la información mediante la aplicación de una encuesta utilizando técnicas audiovisuales inmersivas. Los resultados muestran que las percepciones influencian el impacto de la contaminación sonora y cambian dependiendo de las características sociodemográficas y de localización residencial. Además, los cálculos de la disposición al pago indican que el impacto de la contaminación sonora es percibido de manera heterogénea y varía según el género y el nivel de sensibilidad de los individuos. Asimismo, esta investigación proporciona un nuevo procedimiento, teórico y práctico para calcular los índices monetarios de las métricas audiovisuales que dependen del tipo de percepción capturada en los encuestados.
Ajuste del índice de precipitación estandarizado (SPI), bajo condiciones de precipitación mensual cero
(Universidad del Norte, 2021) Cerpa Reyes, Luis José; Ávila Rangel, Humberto Fabián
La evaluación de la magnitud de la sequía es fundamental para la prevención de las problemáticas climatológicas, uno de los métodos más utilizados debido a su practicidad en la utilización de variables como la precipitación es el Índice De Precipitación Estandarizado (SPI). Al evaluar el SPI bajo condiciones de precipitación cero (0 mm) en más de la mitad de los datos, se encontró que se producen desviaciones en las magnitudes del índice, obteniendo magnitudes de humedad en lugar de sequía, según la tabla de clasificación del SPI propuesta por McKee et al., 1993. Esta investigación tiene como objeto la construcción de un nuevo modelo de SPI, el cual ajusta las magnitudes al calcular el índice bajo condiciones de escasa precipitación, mejorando así, la identificación de la sequía al utilizar el SPI. Para esto se caracterizaron las zonas en Colombia que presentan precipitación mensual cero en más de la mitad de los datos, utilizando la cuenca del Arroyo Pechelín como zona de evaluación para el cálculo del índice y la presentación del ajuste, denominado SPI-C. Se estableció un ajuste por medio de la tipificación del SPI, corrigiendo los valores de humedad presentes en los meses de escasa precipitación. Posteriormente, se realizó la evaluación del SPI-C en Colombia, el cual ajustó las magnitudes del SPI en algunos municipios de la región caribe. Finalmente, esta investigación demostró que el SPI-C mejora la identificación de la sequía en zonas que cuenten con precipitación cero en más de la mitad de los datos disponibles.
Planificación estratégica de estacionamientos en vía considerando competencia entre vehículos de pasajeros y de carga
(Universidad del Norte, 2022) Delgado Lindeman, Maira Milena; Arellana Ochoa, Julián Alberto; Moura Berodia, José Luis
Esta tesis doctoral, propone modelos matemáticos flexibles y multicriterio que puedan ser usados como herramientas de planificación estratégica de plazas de estacionamiento en vía en áreas urbanas, considerando la competencia entre usuarios de vehículo de carga y pasajeros. Primeramente, se identificaron y compararon los principales factores que tienen influencia en el comportamiento de los estacionamientos en vía para cada uno de los usuarios. Luego, se proponen dos enfoques de planificación: maximización del nivel de servicio y maximización del bienestar social. Ambos enfoques, fueron analizados con datos simulados en un caso de estudio inspirado en la ciudad de Cartagena, Colombia. Los resultados muestran la importancia de considerar por separado las necesidades de espacio de los diferentes tipos de usuarios. Además, se muestra el efecto que tiene la asignación de estacionamiento, según el enfoque de planificación seleccionado, sobre ambos tipos de usuarios, el proveedor del servicio de estacionamiento y las externalidades del sistema.
Efecto de la separación del cordón de soldadura en perfiles tipo cajón laminados en frío sometidos a flexión, considerando pandeo combinado
(Universidad del Norte, 2018) Guzmán Ávila, Osvaldo José; Guzmán Guerrero, Andrés
Las normas de diseño existentes como el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 en su título F-4, y el Estándar del American Iron and Steel Institute AISI S100-16, proporcionan directrices para vigas de secciones abiertas (C, I y Z) sometidas a flexión; sin embargo, no existen directrices específicas de diseño para elementos de secciones tipo cajón laminadas en frío con diferentes configuraciones de soldadura. En la presente investigación se determinará por medio de modelaciones matemáticas y estudios experimentales la incidencia de la separación del cordón de soldadura en los modos de pandeo de las secciones tipo cajón conformadas por secciones "C" de lámina delgada, y así, estimar su resistencia real para que sea comparable con las formulaciones teóricas que serán desarrolladas para la estimación del comportamiento a flexión de este tipo de secciones conformadas en cajón con soldadura intermitente.
Modelo de gestión de usos del suelo para la regulación hídrica en cuencas tropicales
(Universidad del Norte, 2018) García Corrales, Lina María; Ávila Rangel, Humberto Fabián
Las cuencas tropicales han tenido cambios importantes en el uso del suelo en las últimas décadas afectando la regulación de caudales, que es un servicio ecosistémico relacionado con las sequías e inundaciones. Esta tesis propone un modelo de gestión de los usos del suelo para la regulación hídrica en cuencas tropicales, como propuesta para incorporar variables conductoras del cambio en el uso del suelo en la toma de decisiones. El modelo fue aplicado a la cuenca del río Canalete (Caribe colombiano), para lo cual se integraron: i) métodos multivariados: correlación, factorial, clúster ii) métodos de diagnóstico y mapeo participativo con actores clave:, iii) modelación geográfica del cambio en el uso del suelo con el programa LCM for ArcGis, iv) modelación hidrológica con el programa SWAT, v) método de toma de decisiones Delphi. Los resultados indican que los cambios recientes en el uso del suelo en la cuenca se relacionan con actividades agropecuarias y que han generado un aumento en los caudales máximos y en el índice de sequía, además. La regulación hídrica se asoció a once variables biofísicas y socioeconómicas que orientan la gestión de la cuenca. Se concluye que modelo propuesto permite el flujo de información y retroalimentación entre los métodos y modelos empleados, mediante un esquema participativo y la utilización de diferentes contextos geográficos que permiten superar limitaciones de datos y de escala que tradicionalmente son una barrera en los procesos de planificación en cuencas tropicales.
Obtención de adsorbentes micro y mesoporosos a partir de residuos agrícolas para la remoción de diclofenaco y cefalexina en agua
(Universidad del Norte, 2019) Elles Pérez, Cindy Judith
En este trabajo se estudió la remoción del diclofenaco sódico y la cefalexina de un sistema acuoso. Se diseñó para esto un carbón activado micro-mesoporoso a partir del epicarpio de Lecythis minor. Las condiciones de obtención del carbón fueron optimizadas modificando la temperatura, el tiempo y la relación química; las respuestas fueron: número de Iodo (IN), número de azul de metileno (MBN) y rendimiento. Del análisis estadístico se obtuvieron las mejores condiciones de activación del Carbón (Temperatura: 532 °C, tiempo: 1.5 h y relación química: 1.5 g H3PO4 / g Carbón), para obtener las respuestas, IN: 996 mg I/g CA, MBN: 361 mg MB/g CA y rendimiento: 42 %. EL carbón activado optimizado (CALM) tuvo un área superficial de 2164 m2/g y un volumen total de 1.7 cm3/g, exhibió estabilidad térmica hasta los 600 °C y desarrolló características acidas con un PHPZC: 5.1 y con presencia de mayoría de grupos oxigenados de tipo fenólico en su superficie. Finalmente, el CALM exhibió una buena capacidad de adsorción de ambos fármacos 128.62 mg/g (cefalexina) y 214.90 mg/g (diclofenaco), siendo un proceso favorable y exotérmico. La cefalexina fue más fácil de desorber en un medio básico, mientras que el diclofenaco presenta bajo porcentaje de remoción en varias soluciones.

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