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Journal Cover   Revista Ingenieria de Construcción
  [SJR: 0.112]   [H-I: 1]   Follow
    
  This is an Open Access Journal Open Access journal
   ISSN (Online) 0718-5073
   Published by SciELO Homepage  [789 journals]
  • Wave speed and modulus of elasticity by ultrasound and stress waves
           of Pinus spp. Mexican wood beams

    • Abstract: La industria de edificación con madera requiere datos de resistencia mecánica de madera con dimensiones y clasificación apropiadas para su uso como elementos estructurales. La presente investigación propone una estrategia experimental para la caracterización mecánica de vigas de madera y su aplicación como material de Ingeniería. El objetivo de la investigación fue: determinar las velocidades de onda y los módulos de elasticidad de vigas de Pinus spp., empleando ultrasonido y ondas de esfuerzo estudiando 70 vigas de Pinus spp. con dimensiones de 0.10 m x 0.15 m de sección transversal, 35 vigas de 5 m y 35 de 6 m de longitud. Las velocidades de transmisión presentaron coeficientes de variación coherentes a la heterogeneidad estructural de la madera. Los valores de estos coeficientes se incrementaron cuando se calcularon características de segundo nivel, como es el caso de los módulos de elasticidad. La velocidad y el módulo de elasticidad mostraron un carácter de anisotropía importante para el cálculo de la resistencia mecánica de las vigas. Igualmente, los parámetros calculados con el método de ondas de esfuerzo resultaron mayores a los determinados con ultrasonido. Los resultados permiten concluir que las técnicas de ultrasonido y ondas de esfuerzo pueden determinar la velocidad de onda y los módulos de elasticidad de vigas de madera de Pinus spp.The wood construction industry requires data of the mechanical strength of wood with dimensions and classification suitable to be used as structural elements. This research proposes an experimental strategy for the mechanical characterization of wood beams and their application as an engineering material. The objective of the research was to determine the wave speeds and moduli of elasticity of Pinus spp. beams using ultrasound and stress waves, studying 70 Pinus spp. beams with dimensions of 0.10 m x 0.15 m in the transverse direction, 35 beams of 5 m and 35 of 6 m length. The speeds of transmission showed coefficients of variation consistent with the structural heterogeneity of wood. The values of these coefficients increased when the second-level characteristics were calculated, as in the case of the moduli of elasticity. The speed and the modulus of elasticity showed an important anisotropy character for the calculus of the mechanical strength of the beams. Likewise, the parameters calculated with the stress wave method were higher than those determined by ultrasound. The results allow concluding that the ultrasound and stress wave techniques can determine the speed wave and the modulus of elasticity of Pinus spp. wood beams.
       
  • Numerical modelling with experimental validation applied to the study
           of stud connectors behaviour in concrete and steel composite
           structures

    • Abstract: En este trabajo se realiza un estudio del comportamiento de conectores tipo perno de estructuras compuestas de hormigón y acero mediante la simulación numérica del ensayo push out en sección viga-losa maciza de hormigón. Se analiza el comportamiento de los materiales en régimen no lineal, empleándose en un primer caso un modelo bilineal con criterio de rotura de Von Mises para el acero y el hormigón, y en un segundo caso un Modelo de Daño Plástico para el hormigón. Como herramienta para la modelación numérica se emplea el programa computacional ABAQUS. Se aborda el procedimiento metodológico de modelación numérica del ensayo de conectores. Se observa una buena correspondencia existente entre los resultados numéricos y experimentales, evidenciándose la efectividad del uso del Método de Elementos Finitos para el estudio del comportamiento de conectores. Finalmente, respaldado por los estudios numéricos y experimentales, se realiza una valoración de precisión en la estimación de la capacidad resistente de los conectores obtenida a partir de las normativas: AISC-LRFD (2005), Eurocódigo 4 (2004) y la Normativa Ramal Cubana NR-080-2004, observando que dichas normativas sobreestiman este valor en muchos casos.In this work, the behaviour of stud shear connectors in composite structures is studied, starting from the via numeric simulation of the push out test in a steel beam -with solid concrete slab concrete section is studied. The study considers material non-linearity material of concrete and steel, adopting firstly a bilinear model for both (steel and concrete), and in the second case, to the difference ofdiffering from other authors, the concrete damage plasticity of the concrete. ABAQUS is used to model the push out test. The basis and methodology of the modelmodelling process push out test are explained. The numerical results obtained are in accordance with the experimental results, which . This aspect shows the efficacythat of the finite element method is efficient for the in studying the behaviour of stud shear connector's behavior. Finally, the capacities of shear connections obtained from the finite element analysis were are compared with to the connection strengths calculated using the American Specification (AISC-LRFD (2005)), European Code (Eurocode 4 (2004)) and Cuban Code (NR-080-2004). ItThis was is observed that, these specifications over estimate this value (capacities of shear connections) in many cases.
       
  • Design of stud connections in steel - concrete composite
           structures in fire situation

    • Abstract: En el trabajo se aborda el estudio de los factores que inciden en la resistencia, en situación de incendio, de las conexiones tipo perno en estructuras compuestas hormigón-acero con tipología de viga y losa maciza. Se realiza el diseño del experimento, la modelación térmica de los especímenes del ensayo push-out y el análisis de significación de diferentes parámetros en las relaciones de temperatura en secciones compuestas con vigas sin revestimiento y con revestimiento contra incendio. Por último, se proponen las temperaturas a considerar en el hormigón y el conector, expresadas como porcientos de la temperatura en el ala del perfil, para determinar los factores de reducción de la resistencia de la conexión en situación de incendio. Los resultados demuestran que los porcientos propuestos por EN 1994-1 -2 (2005) para determinar la temperatura en el hormigón y el conector a partir de la temperatura en el ala no son válidos para todas las situaciones de diseño dentro del alcance del código.This work studies the factors that impact on the fire resistance of stud connections in steel-concrete composite structures, considering beams with solid slab. The design of the experiment, the thermal modeling of the push-out specimens, with or without fire protection material, and the analysis of the significance of the different parameters in the temperature relationships are carried out. Finally, the temperatures that should be considered in the concrete and the connector, expressed as percentages of the steel flange temperature, are proposed in order to determine the reduction factors of the connection resistance in fire situation. The results demonstrate that the percentages proposed in EN 1994-1-2 (2005) to determine the temperature in the concrete and the connector, based on the temperature in the steel flange, are not valid for all design situations within the scope of the code.
       
  • Simplified life cycle assessment applied to structural insulated panels
           homes

    • Abstract: A medida que los asuntos ambientales se vuelven más importantes, las construcciones se han enfocado en su eficiencia energética y la energía necesaria para construir y producir los materiales. Esta investigación muestra un estudio de Análisis de Ciclo de Vida simplificado de energía operacional y energía contenida de cuatro viviendas nuevas ubicadas en Temuco, Chile, estructuradas con paneles SIP (Structural insulated panel) para cuantificar la energía en cada etapa de este sistema de construcción. Para obtener la energía contenida, fueron utilizadas dos bases de datos internacionales para cuantificar la energía de cada material y se determinó la energía contenida en el proceso relacionado a la estructura de paneles SIP a través de mediciones en una compañía especializada en construcción de paneles SIP. Para la energía operacional, se llevaron a cabo modelos computacionales con el software Design Builder y se proyectó esta energía con una vida útil de 50 años. El análisis de la información obtenida muestra que la energía contenida por procesos de construcción representa cerca del 1.7% de la energía contenida y mientras que el total de energía contenida representa el 11% de la energía del ciclo de vida total de las viviendas, el remanente 89% representa la energía de operación. Por otro lado, observamos que las viviendas con paneles SIP generan cifras cercanas al 60% en ahorro en demanda energética, comparadas a las viviendas de mampostería estructural normalmente construidas en esta ciudad.As environmental issues become increasingly important, the buildings have focused on energy efficiency and energy needed for the construction and production of material. This research shows a simplified life cycle analysis study of operational and embodied energy of four new houses located in Temuco - Chile, structured with SIP (Structural insulated panel), in order to quantify the energy at each stage of this construction system. To obtain embodied energy were used two international databases in order to quantify the energy of each material, and the energy contained in the process relating with structure SIP was determined through measures in a company specializing in SIP construction. For the operational energy, computational models were carried out with Design Builder software, and this energy was projected at 50 years lifespan. The analysis of the data obtained show that the energy contained by construction processes represents about 1.7% of embodied energy, while the total embodied energy represents 11% of the total life cycle energy of houses, the remaining 89% represents the energy of occupation. On the other hand, we observe that SIP houses generate figures close to 60% savings in energy demand, compared to a masonry houses commonly built in this city.
       
  • Performance of cantilever reinforced concrete beams with fibers loaded
           with cyclic forces

    • Abstract: El concreto es un material frágil con poca resistencia a la tensión y que no desarrolla grandes deformaciones en el rango inelástico. Para mejorar estas propiedades mecánicas del concreto, en las últimas décadas se han usado adiciones de fibras en aplicaciones estructurales en Colombia, Suramérica. En este documento los autores presentan el comportamiento mecánico de vigas en voladizo hechas con tres diferentes mezclas de concreto: una de concreto normal y dos con dos diferentes porcentajes de adición de fibras de acero (adiciones de fibras metálicas en una proporción de 15 kg/m³ y 30 kg/m³). Todas las vigas fueron ensayadas con desplazamientos cíclicos que fueron aplicados con un actuador dinámico. Todas las vigas fueron ensayadas para evaluar sus ciclos de histéresis y su capacidad de disipación de energía. Con base en los resultados y para el mismo nivel de desplazamiento, las vigas de concreto reforzado adicionado con fibras disiparon 160% más energía que las elaboradas con concreto reforzado normal. Adicionalmente las fibras metálicas disminuyeron la cantidad y la longitud de las grietas y las fisuras para grandes desplazamientos. Estas características pueden ser benéficas para aplicaciones estructurales específicamente para mejorar el desempeño sísmico de estructuras de concreto.Conventional non-reinforced concrete is a brittle material with a low tensile strength and low strain capacity. To improve these mechanical properties of concrete, fibers have been used in the last decades in structural engineering applications in Colombia, South America. In this document, the authors present the mechanical behavior of cantilever beams built with three different concrete mixes: one conventional reinforced concrete mix and two steel fiber reinforced concrete mixes with two percentages of metallic fiber addition (15 kg/m and 30 kg/m). The beams were tested with cyclic displacements applied with a dynamic actuator in order to evaluate the hysteresis loops and the energy dissipation capacity. Based on the results, and for the same displacement, the steel fiber reinforced concrete beams dissipates 160 % more energy than conventional reinforced concrete beams. Additionally, metallic fibers reduce the quantity and length of cracks for high displacement levels. These characteristic could be beneficial for structural applications and specifically for improving the seismic performance of concrete structures.
       
  • Estimation of critical length in ascending grades of two-lane rural roads

    • Abstract: La pendiente ascendente máxima en un camino bidireccional se utiliza como criterio para determinar la necesidad de pistas de ascenso para vehículos pesados. Para ello, se necesita contar con un perfil de velocidad que depende de la inclinación y longitud de la pendiente y de las características dinámicas, físicas y mecánicas de los vehículos pesados. La normativa Chilena utiliza un perfil de velocidad para un vehículo tipo de relación peso/potencia de 120 kg/kW y una velocidad de entrada a la pendiente de 88 km/h. Este único modelo impide analizar casos en que la velocidad de entrada es significativamente distinta o casos en que el vehículo de diseño puede ser distinto debido a condiciones locales y por tanto no permite estimar valores realistas de pendientes máximas. En ese trabajo se simularon modelos de velocidad basados en aceleraciones y en equilibrio de fuerzas para proponer nuevos valores de pendientes máximas considerando razones peso/potencia entre 120 y 263 kg/kW, velocidades de entrada a la pendiente entre 80 y 100 km/h y reducciones admisibles de velocidad entre 10 y 30 km/h. Se obtuvieron diversos valores de longitud máxima de pendiente, lo cual permite a los diseñadores contar con más opciones para proyectar pendientes ascendentes.The critical length of grade on two-lane rural roads is used as criterion to assess the need of ascending lanes for heavy vehicles. To estimate it, a speed profile is needed, which depends on the road's grade and length, and on the physical, dynamic and mechanical characteristics of heavy vehicles. The Chilean standard uses a speed profile for a design truck that have a weight-to-power ratio of 120 kg/kW and an entrance speed of 88 km/h. This unique model prevents from studying cases in which the entrance speed can be different or in which the design vehicle is significantly different to the design speed of standards due to local conditions and consequently, does not allow estimating realistic critical lengths of grades. In this work, speed profiles models based on acceleration and force equilibrium were simulated, considering weight-to-power ratios between 120 and 263 kg/kW, entrance speeds between 80 and 100 km/h. Several values of critical lengths of grades were estimated, which offers engineers more options when designing ascending slopes.
       
 
 
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School of Mathematical and Computer Sciences
Heriot-Watt University
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