Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Editorial

Effects of shear wave velocity and soil structure interaction on the structural pounding during earthquakes

ABSTRACT It has been found that in the event of a strong earthquake, and due to insufficient distance between two adjacent structures, the lateral movement at the top of structures may cause collisions between them. This phenomenon, commonly known as seismic collision, can generate impact forces that were not considered during the initial design of the structure. These forces can cause significant structural damage or lead to complete collapse of the structure. The main purpose of this paper is to study the coupled effects of soil flexibility and impact between adjacent buildings undergoing seismic excitation. To capture the impact forces between the structures during the collision, a modified linear viscoelastic model was used effectively. Particular attention has been paid to studying the effects of shear wave velocity, first on the soil structure interaction and then on the collision response of adjacent structures. Three configurations of adjacent structures were analyzed: light-light, light-heavy, and heavy-heavy structures. The results obtained through this analysis showed that the dynamic response and the impact force of the structures depend essentially on the interaction between the structure, the foundation, and the soil.

RESUMEN Se ha comprobado que, en caso de terremoto fuerte, y debido a una distancia insuficiente entre dos estructuras adyacentes, el movimiento lateral en la parte superior de las estructuras puede provocar colisiones entre ellas. Este fenómeno, comúnmente conocido como colisión sísmica, puede generar fuerzas de impacto que no se tuvieron en cuenta durante el diseño inicial de la estructura. A su vez, pueden causar daños estructurales significativos o provocar el colapso completo de la estructura. El objetivo principal de este trabajo es estudiar los efectos acoplados de la flexibilidad del suelo y el impacto entre edificios adyacentes sometidos a excitación sísmica. Para capturar las fuerzas de impacto entre las estructuras durante la colisión, se ha utilizado eficazmente un modelo visco elástico lineal modificado. Se ha prestado especial atención al estudio de los efectos de la velocidad de la onda cortante, primero en la interacción suelo-estructura y después en la respuesta de colisión de las estructuras adyacentes. Se analizaron tres configuraciones de estructuras adyacentes: estructuras ligeras-ligeras, ligeras-pesadas y pesadas-pesadas. Los resultados obtenidos mediante este análisis mostraron que la respuesta dinámica y la fuerza de impacto de las estructuras dependen esencialmente de la interacción entre la estructura, la cimentación y el suelo.

Extruded Snacks from Rice, Green lentil, Chickpea and Tomato Powder Finished with Frying / Microwave Roasting

ABSTRACT Extrudates were first prepared through extrusion-cooking and air-drying of different formulations obtained through a D-optimal Mixture Design containing blends of rice flour (RF), green lentil flour (GL), chickpeas flour (CP), and tomato powder (TP) in different proportions. These extrudates were subjected to deep oil frying (DOF) at 200⁰C or microwave roasting (MWR) at 75% power level (1000W oven) in order to develop desirable color and flavor characteristics. Physical properties including color (L*, a*, b*), expansion ratio (ER), breaking stress (BS) and antioxidant activity (AA) were evaluated, and the influence of product variables on output parameters was assessed. Increasing CP and GL in the formulations resulted in a decrease in the ER and an increase in the BS. However, the inclusion of CP and TP helped to produce snacks of golden yellow color and increased their overall acceptability. The addition of TP also improved the antioxidant activity of the resulting product. Both DOF and MWR resulted in a lower antioxidant activity; however, MWR led to more than 80% retention of the original antioxidants and higher sensory acceptability. ER and L* values had a strong positive correlation with the overall acceptability of products. The extrusion - air-drying - microwave roasting process produced healthy snacks with acceptable sensory quality, high protein (through added pulses), and enriched antioxidant (through added tomato powder) contents.

RESUMEN Se extruyeron diferentes formulaciones de pasabocas de harina de arroz (RF), harina de lentejas verdes (GL), harina de garbanzo (CP) y tomate en polvo (TP) y se sometieron a freído en aceite (DOF) a 200 ° C o horneado en microondas (MWR) a un nivel de potencia del 75% (horno de 1000 W) para desarrollar las características de color y sabor requeridas. El color (L *, a *, b *), la relación de expansión (ER), el estrés de rotura (BS) y la actividad antioxidante (AA). El aumento de las harinas CP y GL en las formulaciones resultó en una disminución en ER y un aumento en BS. Sin embargo, la inclusión de CP y TP ayudó a producir pasabocas de color amarillo dorado y a aumentar su aceptabilidad. La adición de TP mejoró el AA. Tanto la DOF como la MWR disminuyeron la AA; sin embargo, MWR retuvo las propiedades sensoriales y AA más del 80%. El ER y L * tuvieron una fuerte correlación positiva con la aceptabilidad general de los productos. En general, el secado por extrusión seguido de MWR produjo pasabocas saludables con una calidad sensorial aceptable, alto contenido de proteínas (a través de legumbres agregadas) y antioxidantes enriquecidos (a través de TP agregado).

Optimum design of an acetylated starch plant from Manihot esculenta Crantz, variety INIVIT-Y-93-4

ABSTRACT Considering the applicability and added value of acetylated starches, it is necessary to find technological variants to obtain them with favorable technical-economic results and energetic and environmental compatibility. The objective of the work is to optimize economic and dynamic indicators of profitability of acetylated starch production, by considering as optimization criteria the productive capacity, the degree of substitution and the temperature of the drying air, establishing the design of the installation in optimal conditions. Technologies adopted from the mechanized native starch processes were selected, and the design and development of the slurry heating, acetylation, and pneumatic drying stages were proposed. A composite central experimental design was generated for profit (P), net present value (NPV), and internal rate of return (IRR), and the quadratic models obtained through the Response Surface Methodology were optimized. For the evaluation of the indicators, the economic indexes of the process were determined, after technological selection, material and energy balances, and technological design. The optimum operating parameters are achieved at a production capacity of 12.57 tcassava/d, degree of substitution of 0.505 and 124.98 °C in the air supply to the pneumatic dryer. Under these conditions, the production of acetylated starch requires larger volume acetylators than for acetylated gelatinized starch process, but the technological requirements of gelatinized pulp are eliminated, achieving remarkable energy efficiency with pneumatic drying.

RESUMEN Atendiendo a la aplicabilidad y valor agregado de los almidones acetilados, es necesario encontrar variantes tecnológicas para su obtención con resultados técnico-económicos favorables y compatibilidad energética y ambiental. El objetivo del trabajo es optimizar indicadores económicos y dinámicos de rentabilidad de la producción de almidón acetilado, considerando como criterios de optimización la capacidad productiva, el grado de sustitución y la temperatura del aire de secado, estableciendo el diseño de la instalación en las condiciones óptimas. Se seleccionaron tecnologías adoptadas desde los procesos del almidón nativo por vía mecanizada y se propuso el diseño y desarrollo de las etapas de calentamiento de la lechada, acetilación y secado neumático. Se generó un diseño experimental central compuesto para la ganancia (G), el valor actual neto (VAN) y la tasa interna de retorno (TIR), y se optimizaron los modelos cuadráticos obtenidos mediante la Metodología de Superficie de Respuesta. Para la evaluación de los indicadores, se determinaron los índices económicos del proceso, previa selección tecnológica, balances de materiales y energía y diseño tecnológico. Los parámetros óptimos de operación se alcanzan a una capacidad productiva de 12.57 tyuca/d, grado de sustitución de 0.505 y 124.98 °C en la alimentación del aire al secadero neumático. En estas condiciones, la producción de almidón acetilado requiere reactores para la acetilación de mayor volumen que los del proceso de almidón gelatinizado acetilado, pero se eliminan las exigencias tecnológicas de la pasta gelatinizada, alcanzándose una notable eficiencia energética con el secado neumático.

Landslide susceptibility assessment in scarce-data regions using remote sensing data

ABSTRACT Landslides triggered by rainfall are among the most frequent causes of natural disasters in mountainous terrains. However, landslide susceptibility assessments are often limited due to the scarcity of reliable observations. Due to this lack of data, especially in developing countries, remote sensing is used for landslide susceptibility analysis. This study presents the application of remote sensing data and a logistic regression model to assess landslide susceptibility in a basin on a remote terrain in the northern Colombian Andes, where a rainstorm on May 18th, 2015, triggered more than 40 landslides and an associated debris flow afterwards. The methodology applied is based on free access remote sensing tools, since the study area is considered a scarce-data zone. The results show that free remote sensing tools provide enough information to run a model as logistic regression and achieve a successful first approach to the landslide susceptibility map of complex terrains as the study area. This suggests that the proposed methodology could be implemented in several regions with similar characteristics based only on free access information.

RESUMEN Los movimientos en masa provocados por lluvias son una de las causas más frecuentes de desastres naturales en terrenos montañosos. Sin embargo, las evaluaciones de susceptibilidad de movimientos en masa a menudo son limitadas debido a la escasez de observaciones confiables. Debido a esta falta de datos, especialmente en los países en desarrollo, los sensores remotos pueden ser usados para el análisis de la susceptibilidad de movimientos en masa. Este estudio presenta la aplicación de un modelo de regresión logística con datos de sensores remotos para evaluar la susceptibilidad a movimientos en masa en una cuenca en un territorio apartado en el norte de los Andes colombianos; donde el 18 de mayo de 2015 una tormenta desencadenó más de 40 movimientos en masa y un flujo de escombros asociado posteriormente. La metodología aplicada se basa en herramientas de sensores remotos de libre acceso, ya que el área de estudio se considera una zona de escasez de datos. Los resultados muestran que las herramientas gratuitas de sensores remotos proporcionan suficiente información para ejecutar un modelo como regresión logística y lograr un primer acercamiento exitoso al mapa de susceptibilidad a movimientos en masa para territorios complejos como el área de estudio. Esto sugiere que la metodología propuesta podría implementarse en varias regiones con características similares basadas únicamente en información de libre acceso.

Characterization of traffic accidents for urban road safety

ABSTRACT Transit crashes are a serious social problem for any country, with a significant loss of human lives and economic consequences that are difficult to quantify. This article proposes a characterization of the transit crash rate for urban road safety using time series. A quantitative descriptive study was conducted, characterizing the variables of each crash extracted from the National Traffic Agency of Ecuador (NTA); the data were processed at a descriptive and predictive level for the city of Guayaquil. The first step was an exploration of the scientific interest of the topic with the processing of bibliographic data taken from Scopus and Web of Science articles. Among the results obtained, there is a growing trend of research related to the evaluation of traffic crash through applied statistics. Every day, approximately 155 people die as a result of a traffic crash. In addition, traffic crashes are analyzed based on three indicators: number of crashes, injuries and onsite fatalities. Finally, an adequate performance is found, with very few differences in the forecast of incidents using three times series models, autoregressive integrated moving average (ARIMA). It is expected that this study will be valuable for data analysts and decision makers at the security level to reduce human losses related to these events in urban cities with similar characteristics to the analyzed cases.

RESUMEN Los accidentes de tránsito son un grave problema social para cualquier país, con una pérdida significativa de vidas humanas y consecuencias económicas difíciles de cuantificar. Este artículo propone una caracterización del índice de colisiones de tránsito para la seguridad vial urbana mediante series temporales. Se realizó un estudio cuantitativo descriptivo, caracterizando las variables de cada choque extraídas de la Agencia Nacional de Tránsito del Ecuador; los datos fueron procesados a nivel descriptivo y predictivo para la ciudad de Guayaquil. El primer paso fue una exploración del interés científico del tema con el procesamiento de datos bibliográficos extraídos de artículos de Scopus y Web of Science. Entre los resultados obtenidos se observa una tendencia creciente de investigaciones relacionadas con la evaluación de accidentes de tránsito a través de la estadística aplicada. Cada día mueren aproximadamente 155 personas como consecuencia de un accidente de tráfico. Además, los accidentes de tráfico se analizan en base a tres indicadores: número de colisiones, heridos y fallecidos in situ. Finalmente, se encuentra un rendimiento adecuado, con muy pocas diferencias en la previsión de incidentes utilizando tres modelos de series temporales, media móvil integrado autorregresiva (ARIMA). Se espera que este estudio sea valioso para los analistas de datos y tomadores de decisiones a nivel de seguridad para reducir las pérdidas humanas relacionadas con estos eventos en ciudades urbanas con características similares a los casos analizados.

Commercial turpentine oil enriched with α-terpineol using an acid heterogeneous catalyst

RESUMEN Se estudió la hidratación de α-pineno, limoneno, β-pineno y aceite de trementina comercial en presencia de la resina de intercambio catiónico fuertemente ácida Amberlyst-15. La hidratación catalítica ácida se realizó en un reactor por lotes, evaluándose el efecto del solvente a varias temperaturas y tiempos de reacción. El principal producto de hidratación del α-pineno fue α-terpineol con un rendimiento de 36 % (4 h, 70°C, 2-propanol como solvente); sin embargo, el sistema catalítico seleccionado fue aún más activo a α-terpineol cuando se usó β-pineno como substrato, obteniendo rendimiento a α-terpineol de 38 % en 2 h de reacción. Para la hidratación de trementina (70 °C, relaciones másicas de trementina:agua:2-propanol de 1:0.5:2, 15 %p/p catalizador) la composición de la mezcla de reacción después de 4 h fue 35 %p/p α-terpineol, 8 %p/p α-pineno y 0.5 %p/p de β -pineno; que corresponde al contenido final de α-terpineol cuando α-pineno se empleó como sustrato (36 %p/p).

ABSTRACT The hydration of α-pinene, limonene, β-pinene, and commercial turpentine oil in the presence of strong acidic cation exchange resin Amberlyst-15 was studied. The acid catalytic hydration was performed in a batch reactor, and the effect of solvent at various temperatures and reaction times was evaluated. The main hydration product obtained from α-pinene was α-terpineol with a yield of 36 % (4 h, 70 °C, 2-propanol as solvent); however, the selected catalytic system was even more active to obtain α-terpineol when β-pinene was used as a substrate, obtaining α-terpineol yield of 38 % in 2 h of reaction. For the hydration of turpentine (70 °C, turpentine:water:2-propanol mass ratio of 1:0.5:2, 15 % w/w catalyst) the composition of reaction mixture after 4 h was 35 % w/w of α-terpineol, 8 % w/w of α-pinene, and 0.5 % w/w of β -pinene, which correspond to a final content of α-terpineol similar to the concentration obtained when α-pinene was used as a substrate (36 % w/w).

Titania modifications with fluoride, sulfate, and platinum for photochemical reduction of chromium (VI)

ABSTRACT In this work, Titania was modified by sulfation or fluorination and platinum on the surface to improve the Cr (VI) reduction efficiency compared to the bare TiO2 material synthesized by the sol-gel method. The synthesized materials were characterized by XRD, SBET, UV-Vis DRS, XRF, TEM, FTIR, and XPS. The modifications led to higher stability in the Anatase phase and surface area of this semiconductor. The addition of F and Pt in TiO2 led to absorption increases in the visible region of the electromagnetic spectrum. A correlation between the new physicochemical properties obtained after TiO2 modification and the photocatalytic performance of this material was observed. The best result in chromium reduction was obtained using Pt-S-TiO2 as the photocatalyst; this material showed a suitable combination of surface area, high UV-Vis absorption, high hydroxylation, and the existence of Pt nanoparticles on the surface, which favors an increased electron-hole pair half-life. Different reaction parameters were also evaluated, which demonstrated that the best photocatalytic performance was obtained under an N2 atmosphere, a light intensity of 120 W/m2, and 2 hours of total reaction time. Likewise, it was noted that an increase in reaction time from 2 to 5 hours, had a detrimental effect on reducing Cr (VI) efficiency.

RESUMEN En este trabajo, la Titania se modificó por sulfatación o fluorización y platino en superficie, con el objetivo de mejorar la eficiencia en la reducción de Cr (VI) en comparación con el material TiO2 base sintetizado por el método sol-gel. Los materiales fueron caracterizados por DRX, SBET, UV-Vis DRS, FRX, TEM, FTIR y XPS. Las modificaciones permitieron obtener una mayor estabilidad en la fase Anatasa y en el área superficial del semiconductor. La adición de F y Pt en el TiO2 provocaron aumentos de absorción en la región visible del espectro electromagnético. Se observó una correlación entre las nuevas propiedades fisicoquímicas obtenidas tras la modificación del TiO2 y el rendimiento fotocatalítico del material. El mejor resultado en la reducción de cromo se obtuvo utilizando Pt-S-TiO2 como fotocatalizador, este material mostró una combinación adecuada de área superficial, alta absorción UV-Vis, alta hidroxilación y la existencia de nanopartículas de Pt en la superficie que favorecen un aumento de la vida media del par electrón-hueco. También se evaluaron parámetros de reacción que demostraron que el mejor desempeño fotocatalítico se obtuvo bajo atmósfera de N2, intensidad de luz de 120 W/m2 y 2 horas de tiempo total de reacción. Así mismo, se observó que aumentar el tiempo de reacción de 2 a 5 horas tuvo un efecto perjudicial sobre la eficiencia en la reducción de Cr (VI).

Enhancing facial recognition in surveillance systems through embedded super-resolution

ABSTRACT This document details the implementation of a sub-pixel convolutional neural network designed to enhance the resolution of face images. The model uses a series of filters to progressively increase the number of pixels, estimating the necessary information for new pixels from the original image and training derived from 22000 synthetic images produced by adversarial neural networks. Within the context of surveillance and related applications, the trained convolutional network exhibits beneficial characteristics. For instance, it can be deployed within a device to achieve higher-resolution images than those the physical camera can produce. This research underscores the feasibility of such a device through the implementation and evaluation of the network on the NVIDIA Jetson TX2 embedded system. The findings demonstrate the model's practicality for real-time surveillance applications and its ability to produce superior-quality images compared to several interpolation methods, as determined by an exhaustive testing process measuring various attributes of the generated images.

RESUMEN Este documento detalla la implementación de una red neuronal convolucional de aplicación a nivel sub-pixel diseñada para mejorar la resolución de imágenes faciales. El modelo utiliza una serie de filtros para aumentar progresivamente el número de píxeles, estimando la información necesaria para los nuevos píxeles tanto de la imagen original como del entrenamiento derivado de 22000 imágenes sintéticas producidas por redes neuronales adversarias. Dentro del contexto de la vigilancia y aplicaciones relacionadas, la red neuronal convolucional entrenada muestra características beneficiosas. Por ejemplo, se puede implementar dentro de un dispositivo para lograr imágenes de mayor resolución de las que la cámara física puede producir. Esta investigación subraya la viabilidad de dicho dispositivo a través de la implementación y evaluación de la red en el sistema embebido NVIDIA Jetson TX2. Los hallazgos demuestran la practicidad del modelo para aplicaciones de vigilancia en tiempo real y su capacidad para producir imágenes de calidad superior en comparación con varios métodos de interpolación, según lo determinado por un proceso de prueba exhaustivo que mide varios atributos de las imágenes generadas.

Methods for evaluation of corrosion rate on magnesium alloys: a review

ABSTRACT The major drawback of some magnesium alloys is their low corrosion resistance. Therefore, the evaluation of corrosion resistance is a critical factor in developing new alloys and surface treatments. The techniques employed for the determination of corrosion rate include mass loss assessment, hydrogen evolution, potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). However, there are still difficulties in precisely estimating this parameter in Mg alloys. In this review, the reported applications, advantages, and disadvantages of the techniques mentioned above were analyzed. On the other hand, a large number of corrosion rate values reported for various Mg alloys in 3 different media (NaCl, Hanks´ solution and SBF), using mass loss, hydrogen evolution, and PP, were compared and analyzed. Generally, corrosion rates obtained from mass loss are higher than those obtained from hydrogen evolution. On the other hand, it is not possible to obtain correlations between corrosion rates obtained from PP and those obtained from mass loss and hydrogen evolution. Even more, dissimilar corrosion rate values are reported for the same alloy, implying that the measuring procedures are not well standardized.

RESUMEN La mayor desventaja del uso de algunas aleaciones de magnesio es su baja resistencia a la corrosión. Por lo tanto, la evaluación de su resistencia a la corrosión es un factor crítico para el desarrollo de nuevas aleaciones y tratamientos superficiales. Las técnicas empleadas para determinar la tasa de corrosión incluyen determinaciones de pérdida de masa, evolución de hidrógeno, polarización potenciodinámica (PP) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), pero aún existen dificultades para la estimación precisa de este parámetro en aleaciones de magnesio. En esta revisión, se analizan las aplicaciones, ventajas y desventajas de las técnicas mencionadas antes. Además, se comparan y analizan un gran número de datos de tasa de corrosión reportados para varias aleaciones de Mg en 3 electrolitos diferentes (NaCl, solución de Hanks y SBF), usando pérdida de masa, evolución de hidrógeno y PP. Generalmente, las tasas de corrosión obtenidas mediante pérdida de masa son mayores que las obtenidas por evolución de hidrógeno. Por otro lado, no es posible establecer correlaciones entre tasas de corrosión obtenidas mediante PP y aquellas obtenidas por pérdida de masa y evolución de hidrógeno. Mas aún, se reportan tasas de corrosión muy diferentes para la misma aleación, lo que implica que los procedimientos de medición no están bien estandarizados.

Utilization of treated water for building construction: A case study in Egypt

RESUMEN Debido al aumento del nivel de vida y al crecimiento demográfico, el ahorro de agua potable será un problema importante para las próximas generaciones. Los gobiernos se ven indirectamente afectados por la alta carga financiera debido al uso actual de aguas residuales tratadas en todos los distritos de Egipto. Como caso de estudio, se eligió la nueva capital administrativa de Egipto, dado que hoy es una de las ciudades más importantes y que su planificación se basó en convertirla en una ciudad inteligente y sostenible. El objetivo del estudio era desarrollar métodos para reemplazar el agua potable en la fabricación de hormigón con aguas residuales tratadas terciariamente, pero utilizadas para mezclar o curar el hormigón después del endurecimiento. Se realizaron evaluaciones de las propiedades del concreto fresco y endurecido para determinar la mejor calidad del agua que se puede utilizar sin comprometer la calidad o durabilidad del concreto. Los resultados de este documento servirán como guía para tomar decisiones que busquen disminuir costos y aumentar la sustentabilidad mediante el uso de aguas residuales tratadas en la fabricación de concreto sustentable para edificios, especialmente en las últimas décadas, el creciente uso de materiales de construcción ha generado considerables dificultades ambientales, particularmente en la producción de cemento portland ordinario (CPO).

ABSTRACT Due to rising living standards and population growth, saving fresh water will be a significant problem for the next generation. The Government is indirectly impacted by a significant financial burden due to the current usage of treated wastewater, in all of Egypt's districts. As a case study, Egypt's new administrative capital was chosen, given that it is today one of the most important cities and that its planning was predicated on making it a smart, sustainable city. The goal of the study was to develop methods for replacing potable water in the manufacture of concrete with tertiary-treated wastewater; however, used for concrete mixing or curing after concrete hardening. Property assessments of the fresh and hardened concrete were conducted, to ascertain the best water quality that can be used without compromising the quality or durability of the concrete. ; The results of this paper will serve as a guide for decision-makers looking to decrease costs and increase sustainability by using treated wastewater in making sustainable concrete for buildings, especially in recent decades, rising construction material usage has generated considerable environmental difficulties, particularly in the production of Ordinary Portland cement (OPC).