Ciencia e Ingeniería Neogranadina

Resumen: El presente artículo analizó en laboratorio el uso de Agregados Reciclados de Concreto (RCA) cuando son incorporados como agregados gruesos en una mezcla asfáltica densa en caliente MDC-19. El principal problema de la utilización del RCA en MDCS es su elevada absorción originada por el mortero que recubre las partículas, lo cual origina un incremento del contenido óptimo de asfalto y, consecuentemente, altos costos de producción. Para solucionar tal problema, se realizaron tratamientos químicos sobre la superfìcie del agregado RCA utilizando 1, 3 y 5 ciclos de inmersión en una solución de sulfato de magnesio, conforme al ensayo de durabilidad de agregados especificado por AASHTO T 104-99. Sobre las mezclas que incorporaron RCA (con y sin el tratamiento químico), fueron ejecutados ensayos de resistencia bajo carga monotónica (Marshall y resistencia a la tracción indirecta) y resistencia al desgaste a la abrasión Cántabro. Los resultados evidencian que la utilización del RCA tratado químicamente en la fabricación de mezclas asfálticas aumenta la resistencia bajo carga monotónica (ensayo Marshall y resistencia a la tracción indirecta en condiciones secas), proporcionando mayor cohesión y un leve aumento en la adherencia con referencia a la mezcla de control. Adicionalmente, se evidenció que el agregado RcA sometido a 5 ciclos proporciona similar resistencia en la mezcla asfáltica a la tracción indirecta bajo condición húmeda y desgaste Cántabro que la muestra de control.

Abstract: This article analyzed in the laboratory the use of Recycled Concrete Aggregates (RCA) when they are incorporated as coarse aggregates in a hot dense asphalt mixture MDC-19. The main problem of the use of RCA in MDCs is its high absorption caused by the mortar that covers the particles, which causes an increase in the optimum asphalt content and, consequently, high production costs. In order to solve this problem, chemical treatments were carried out on the surface of the RCA aggregate using 1, 3 and 5 cycles of immersion in a magnesium sulfate solution, according to the aggregate durability test specified by AASHTO T 104-99. On the mixtures that incorporated RCA (with and without chemical treatment), resistance tests were carried out under monotonic load (Marshall and indirect tensile strength) and wear resistance to Cantabrian abrasion. The results show that the use of chemically treated RCA in the manufacture of asphalt mixtures increases the resistance under monotonic load (Marshall test and indirect tensile strength in dry conditions), providing greater cohesion and a slight increase in adherence with reference to the control mix. Additionally, it was evidenced that the RCA aggregate subjected to 5 cycles provides similar resistance in the asphalt mixture to indirect traction under wet conditions and Cantabrian wear than the control sample.

Resumen: El objetivo de este trabajo es determinar el periodo de desempeño de tres mezclas asfálticas prefabricadas utilizadas para actividades de parcheo en pavimento flexible. Los materiales se evaluaron por ensayos de granulometría, gravedad específica bulk, gravedad específica máxima. Por su parte, el desempeño de las mezclas se evaluó a través de ensayos de estabilidad y flujo, ensayos de Cántabro y ahuellamiento, módulo resiliente, fatiga trapezoidal y evaluación de la susceptibilidad al agua por tracción indirecta (TSR). Conforme a los resultados para la mezcla I, se concluye que este material no es recomendable para su uso, ya que presentó un comportamiento desfavorable durante y después de los ensayos de laboratorio. Para las mezclas tipo II y III, se determinó la evaluación del número de ejes equivalentes mediante las metodologías empírico mecanicista francesa y la AASTHO-93. Producto de la modelación, se evidenció que las mezclas soportaron tráficos bajos clasificados entre T1 y T2, con un periodo de desempeño para la mezcla tipo II entre cinco y seis meses, y para la mezcla tipo III entre uno y quince meses. Resultados obtenidos según metodología evaluada. Se concluyó que las mezclas tipo II y III son mezclas adecuadas para realizar intervenciones por emergencia en corredores viales que soportan tráficos bajos.

Abstract: The objective of this work is to determine the performance period of three prefabricated asphalt mixtures used for patching activities in flexible pavement. The materials were evaluated by granulometry tests, bulk specific gravity, and maximum specific gravity. The performance of the mixtures was evaluated through stability and flow tests, Cantabro and rutting tests, resilient modulus, trapezoidal fatigue and evaluation of susceptibility to water by indirect traction (TSR). According to the results for mixture I, the conclusion is that this material is not recommended for use, since it presented unfavorable performance during and after laboratory tests. For type II and III mixtures, the evaluation of the number of equivalent axes was determined using the French mechanistic empirical and AASTHO-93 methodologies. As a result of the modeling, it was evidenced that the mixtures supported low traffic classified between T1 and T2, with a performance period for the type II mixture between five and six months, and for the type III mixture between one and fifteen months. Results obtained according to the evaluated methodology. It was concluded that mixtures type II and III are adequate mixtures to carry out emergency interventions in road corridors that support low traffic.

Resumen: En este artículo se valida una metodología de diseño de una red inalámbrica de telecomunicaciones para extender la conectividad rural en zonas andinas de Colombia en el marco del posconflicto. La metodología presentada permite el diseño de diferentes tipologías de red de acuerdo con información geográfica de la zona urbano-rural del municipio de Marulanda, localizado en la región de Caldas, Colombia. La conectividad a Internet se entregará a través de una tecnología de telecomunicaciones autogestionable conocida como WiBACK, que admitirá la tecnología futura de comunicación 5G. Así, se comparan las ventajas y desventajas de dos topologías de red y se presenta una proyección de los componentes tecnológicos para la implementación de la red. Los resultados de la investigación diseñarán la hoja de ruta y la evaluación comparativa de los escenarios de expansión de la red de acceso colombiana de banda ancha en escenarios de postconflicto.

Abstract: This article validates a design methodology for a wireless telecommunications network to extend rural connectivity in Andean areas of Colombia in the post-conflict framework. The presented methodology allows the design of different types of networks according to geographic information of the urban-rural area of the municipality of Marulanda, located in the region of Caldas, Colombia. Internet connectivity will be delivered through a self-managing telecommunications technology known as WiBACK, which will support future 5G communication technology. Thus, the advantages and disadvantages of two network topologies are compared and a projection of the technological components for the implementation of the network is presented. The results of the research will design the roadmap and the comparative evaluation of the expansion scenarios of the Colombian broadband access network in post-conflict scenarios.

Abstract: The development of virtual sensors predicting the desired output requires a careful selection of input variables for model construction. In an industrial environment, datasets contain many instrumentation system measures; however, these variables are often non-relevant or excessive information. This paper proposes a variable selection algorithm based on mutual information examination, redundancy analysis, and variable reduction for soft-sensor modeling. A relevance calculation is performed in the first stage to select important variables using the mutual information criterion. Then, the detection and exclusion of redundant variables are carried out, penalizing undesired variables. Finally, the most relevant variables subset is determined through a wrapper method using Mallowssans' Cp metric to assess the fitting prediction performance. The approach was successfully applied to estimate the ethanol concentration for a distillation column process using an adaptive network-based fuzzy inference system architecture as a non-linear dynamic regression model. A comparative study was performed considering the application of correlation analysis and the method proposed in this study. Simulation results show the effectiveness of the proposed approach in the variable selection providing a reduction in search of suitable models that achieve faster results for developing soft sensors oriented to industrial applications.

Resumen: El desarrollo de sensores virtuales que predicen el resultado o producto deseado requiere una cuidadosa selección de variables de entrada para la construcción del modelo. En un entorno industrial, los conjuntos de datos contienen muchas medidas del sistema de instrumentación; sin embargo, estas variables suelen ser información no relevante o excesiva. Este artículo propone un algoritmo de selección de variables basado en el examen de información mutua, el análisis de redundancia y la reducción de variables para el modelado de sensores blandos. En la primera etapa se realiza un cálculo de relevancia para seleccionar variables importantes utilizando el criterio de información mutua. Luego, se realiza la detección y exclusión de variables redundantes, penalizando las variables no deseadas. Finalmente, el subconjunto de variables más relevante se determina a través de un método de envoltura utilizando la métrica Cp de Mallows para evaluar el rendimiento de la predicción de ajuste. El enfoque se aplicó con éxito para estimar la concentración de etanol para un proceso de columna de destilación utilizando una arquitectura de sistema de inferencia difusa basada en red adaptativa como un modelo de regresión dinámica no lineal. Se realizó un estudio comparativo considerando la aplicación del análisis de correlación y el método propuesto en este estudio. Los resultados de la simulación muestran la efectividad del enfoque propuesto en la selección de variables proporcionando una reducción en la búsqueda de modelos adecuados que logren resultados más rápidos para el desarrollo de sensores blandos orientados a aplicaciones industriales.

Resumen: Para la fiabilidad de sistemas uno de los objetivos principales es estimar la función de confiabilidad usando los estimadores de Kaplan-Meier y Nelson-Aalen, bajo el enfoque no paramétrico. Cuando se recurren a técnicas computacionales, la estrategia de Jackknife delete-I brinda ventajas por sus propiedades de consistencia para la estimación de la varianza. Sin embargo, se tiene incertidumbre sobre la posibilidad de mejorar las estimaciones cuando se aumenta el número (d) de observaciones que son suprimidas en el procedimiento secuencial de Jackknife deleted. Por otra parte, por sus propiedades asintóticas de estabilización de la varianza, las transformaciones log y log(-log) son usadas para encontrar intervalos de confianza (IC) para la función de confiabilidad. En este trabajo, se propone combinar simultáneamente las dos estrategias para encontrar los IC para la función de confiabilidad, proponiendo un nuevo procedimiento que no requiere de ajuste paramétrico en el tiempo de ocurrencia del evento de interés. Además de mejorar la estimación de la función de confiabilidad cuando los porcentajes de censura son altos y los tamaños de muestra pequeños. En la investigación se realiza una comparación vía simulación con tamaños de muestras (10,25,50) y porcentajes de datos censurados (0%,15%,50%) para calcular las tasas de error (T.E) e índices de calidad (I), mejorando las estimaciones con porcentajes de censura altos (50%). Los resultados de este trabajo muestran que se puede mejorar la estimación por intervalo en escenarios complejos de censuras y tamaños de muestra a la literatura del análisis de datos en confiabilidad.

Abstract: For the reliability of systems, one of the main objectives is to estimate the reliability function, using the Kaplan-Meier and Nelson-Aalen estimators, under the non-parametric approach. When computational techniques are used, the Jackknife delete-I strategy offers advantages due to its consistency properties for variance estimation. However, there is uncertainty regarding the possibility of improving the estimates when the number (d) of observations that are deleted in the Jackknife delete-d sequential procedure is increased. On the other hand, due to their asymptotic variance stabilization properties, the log and log(-log) transformations are used to find confidence intervals (CI) for the reliability function. This work proposes to simultaneously combine the two strategies to find the CI for the reliability function, proposing a new procedure that does not require parametric adjustment during the time of occurrence of the event of interest, in addition to improving the estimation of the reliability function when the censoring percentages are high and the sample sizes are small, the main objective of the study. A comparison is made In the investigation via simulation with sample sizes (10,25,50) and percentages of censored data (0%,15%,50%) to calculate the error rates (T.E) and quality indices (I ) thus improving the estimates, with high censoring percentages (50%). The results of this work show that interval estimation can be improved in complex scenarios of censoring and sample sizes to the literature on reliability data analysis.

Abstract: Past studies have demonstrated that the vertical earthquake component can substantially affect the seismic performance of bridges and buildings. This component is typically ignored or, when included in the design, is estimated as two-thirds of the horizontal seismic design earthquake. This paper presents the characterization of the acceleration amplitude of the vertical component of moderate and strong earthquakes in Colombia (Moment magnitude Mw > 4) that occurred between June 1993 and April 2020. A total of 42 seismic records registered at less than 50 km from the rupture plane and with horizontal acceleration peaks greater than 0.05g were selected. The peak ground acceleration (PGA) of the three components and the ratio between those PGAS were calculated. Additionally, the relationship among those parameters and the magnitude and epicentral and hypocentral distances were determined. The results showed that the V/H ratio equal to 2/3 is not always valid to represent the effects of the vertical component in structures subjected to the moderate and strong ground motions in Colombia.

Resumen: Estudios anteriores han demostrado que el componente vertical del terremoto puede afectar sustancialmente el desempeño sísmico de puentes y edificios. Este componente generalmente se ignora o, cuando se incluye en el diseño, se estima como dos tercios del terremoto de diseño sísmico horizontal. Este trabajo presenta la caracterización de la amplitud de aceleración del componente vertical de sismos moderados y fuertes en Colombia (Magnitud de momento Mw > 4) ocurridos entre junio de 1993 y abril de 2020. Se registraron un total de 42 registros sísmicos a menos de 50 km del Se seleccionaron planos de ruptura y con picos de aceleración horizontal mayores a 0.05g. Se calcularon la aceleración máxima del suelo (PGA) de los tres componentes y la relación entre esos PGA. Adicionalmente, se determinó la relación entre dichos parámetros y la magnitud y las distancias epicentral e hipo central. Los resultados mostraron que la relación V/H igual a 2/3 no siempre es válida para representar los efectos del componente vertical en estructuras sometidas a movimientos de suelo moderados y fuertes en Colombia.

Abstract: The design of efficient autonomous navigation systems for mobile robots or autonomous vehicles is fundamental to perform the programmed tasks. Basically, two kind of sensors are used in urban road following: LIDAR and cameras. LIDAR sensors are highly accurate but expensive and extra work is needed for human understanding of the point cloud scenes; however, visual content is understood better by human beings, which should be used to develop human-robot interfaces. In this work, a computer vision-based urban road following software tool called AutoNavi3AT for mobile robots and autonomous vehicles is presented. The urban road following scheme proposed in AutoNavi3AT uses vanishing point estimation and tracking on panoramic images to control the mobile robot heading on the urban road. To do that, Gabor filters, region growing, and particle filters were used. In addition, laser range data are also employed for local obstacle avoidance. Quantitative results were achieved using two kind of tests, one uses datasets acquired at the Universidad del Valle campus, and field tests using a Pioneer 3AT mobile robot. As a result, important improvements in the vanishing point estimation of 68.26 % and 61.46 % in average were achieved, which is useful for mobile robots and autonomous vehicles when they are moving on urban roads.

Resumen: El diseño de sistemas de navegación autónomos eficientes para robots móviles o vehículos autónomos es fundamental para realizar las tareas programadas. Básicamente, se utilizan dos tipos de sensores en el seguimiento de vías urbanas: LIDAR y cámaras. Los sensores LIDAR son muy precisos, pero costosos y se necesita trabajo adicional para la comprensión humana de las escenas de nubes de puntos; sin embargo, los seres humanos entienden mejor el contenido visual, lo que debería usarse para desarrollar interfaces humano-robot. En este trabajo, se presenta una herramienta de software de seguimiento de carreteras urbanas basada en visión artificial llamada AutoNavi3AT para robots móviles y vehículos autónomos. El esquema de seguimiento de vías urbanas propuesto en AutoNavi3AT utiliza la estimación del punto de fuga y el seguimiento de imágenes panorámicas para controlar el avance del robot móvil en la vía urbana. Para ello se utilizaron filtros Gabor, crecimiento de regiones y filtros de partículas. Además, los datos de alcance del láser también se emplean para evitar obstáculos locales. Los resultados cuantitativos se lograron utilizando dos tipos de pruebas, una utiliza conjuntos de datos adquiridos en el campus de la Universidad del Valle y pruebas de campo utilizando un robot móvil Pioneer 3AT. Como resultado, se lograron mejoras importantes en la estimación del punto de fuga de 68.26% y 61.46% en promedio, lo cual es útil para robots móviles y vehículos autónomos cuando se desplazan por vías urbanas.

Abstract: This paper presents a multiobjective optimization stochastic scheme for production planning for sugarcane companies under uncertainty. The proposed approach considers three stages. The first stage comprises the mass and energy balances for determining process flows. The second stage considers the formulation of a Multiobjective Deterministic Model (MODM) by considering two objective functions: maximizing the gross margin and minimizing the environmental impact. The MODM is given by different production plans that respond differently to the parameters' variability under uncertainty. Finally, the last stage considers stochastic elements (i.e., product prices, demands, and costs) within the deterministic scheme to obtain a Multiobjective Stochastic Model (MOSM). A case study's computational results based on the Colombian sugarcane industry show the proposed scheme's effectiveness. Results include the investment strategy for optimal production planning with an analysis of the parameters' uncertainty on the economic performance of the planning production configurations.

Resumen: Este artículo presenta un esquema de optimización estocástica multiobjetivo para la planificación de la producción de empresas cañeras bajo incertidumbre. El enfoque propuesto considera tres etapas. La primera etapa comprende los balances de masa y energía para determinar los flujos del proceso. La segunda etapa considera la formulación de un Modelo Determinístico Multiobjetivo (MÜDM, por sus siglas en inglés) considerando dos funciones objetivo: maximizar el margen bruto y minimizar el impacto ambiental. El MÜDM está dado por diferentes planes de producción que responden de manera diferente a la variabilidad de los parámetros bajo incertidumbre. Finalmente, la última etapa considera elementos estocásticos (es decir, precios de productos, demandas y costos) dentro del esquema determinista para obtener un Modelo Estocástico Multiobjetivo (MÜSM, por sus siglas en inglés). Los resultados computacionales de un estudio de caso con base en la industria de la caña de azúcar colombiana muestran la efectividad del esquema propuesto. Los resultados incluyen la estrategia de inversión para la planificación óptima de la producción con un análisis de la incertidumbre de los parámetros en el rendimiento económico de las configuraciones de producción planificadas.