Revista de la Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

Historical cases of earthquake -induced soil liquefaction in Venezuela since 1530

El estudio sobre casos de licuación en Venezuela ha permitido evaluar 44 eventos sísmicos en su totalidad, conservando sólo 26 de ellos, y descartando 18 que no presentaron dato ni indicio alguno confiable. De los sismos conservados, 8 corresponden a la región de occidente, 4 a la región del centro y 14 al oriente, en un lapso de tiempo de 470 años. La metodología utilizada se basó en una experiencia italiana del grupo Galli y Ferreli en los años 1995 y 1999, la cual ha sido empleada como base en este estudio y será descrita en el desarrollo del trabajo. En una primera fase se recopilaron citas e información pertinente de manera directa o indirecta que aludiera al fenómeno de licuación, a partir de documentos históricos y contemporáneos. En una segunda fase, producto del material compilado y analizado se elaboró: (1) un catálogo que integra las características del evento sísmico y las evidencias de licuación; (2) un mapa detallado con la ubicación de cada uno de los eventos sísmicos y las áreas afectadas, dividido regionalmente para fines prácticos en occidente, centro y oriente. Finalmente, con la magnitud y la distancia epicentral -calculada por diferencia de coordenadas- se estableció una relación empírica, basada en una función logarítmica, representada por la ecuación m = 1,07 log (x) +1,57; donde m = magnitud y x = distancia epicentral. Con el resultado obtenido en esta relación, sumado a las evidencias de licuación y a los efectos de sitio, se pudo inferir que en Venezuela la manifestación de licuación ocurre en sismos de magnitud superior a 5 y distancias inferiores a 200 km. Además, ello permitió deducir que algunas localizaciones epicentrales macrosísmicas históricas y/o algunas magnitudes se hallaban sub-evaluadas, tales como las correspondientes a los sismos de: 1530, 1797, 1812, 1853, 1900 y 1944, las cuales fueron reevaluadas y los epicentros relocalizados.

The study of liquefaction cases in Venezuela has led to the evaluation of 44 seismic events, keeping just 26 of them and discarding 18 events that were not reliable enough. From those events kept, 8 belong to the western region, 4 to the center region, and 14 to the eastern Venezuela, spanning a period of 470 years. The employed methodology was based on an Italian study by the Galli and Ferrelli group in the years 1995 and 1999 which will be described in this paper. A first step consisted in the gathering of the original reports and data directly or indirectly pertinent to liquefaction occurrence, from historical and contemporary sources. In a second phase, a catalogue was generated from the critical evaluation of the gathered data. This catalogue contains the description of the causative earthquake and the related liquefaction evidence. Besides, the catalogue is visually summarized in a map showing the earthquake epicenter and the areal liquefaction distribution. For practical reasons, the map is regionally subdivided in three zones: west, center and east Venezuela. Finally, with the magnitude and epicentral distances -calculated by difference of coordinates -an empiric relationship was established, represented by the equation m = 1.07 log (x) +1.57, where m = magnitude and x = epicentral distance. This equation, combined with the liquefaction evidences and site effects, let us conclude that liquefaction in Venezuela occurs with event magnitudes greater than 5 and within distances up to 200 km from the epicenter. Also, it allows us deduce that some macroseismic epicentral locations and/or some magnitudes were sub-evaluated, such as those of the 1530, 1797, 1853, 1900, and 1944 earthquakes, thus requiring re-evaluation and their epicenters relocated.

Design, construction and calibration of an automated system for the separation of heavy minerals (SASMP)

En este artículo se presenta el diseño, la construcción, puesta en marcha y calibración del Sistema Automatizado para la Separación de Minerales Pesados (SASMP) que procesa grandes volúmenes de rocas y sedimentos. Éste tiene por finalidad: hacer una concentración mineral primaria, que posteriormente será refinada y cuyos granos finales de minerales pesados (apatito, circón, esfenas, entre otros) serán utilizados bajo la Técnica del Detector Externo (TDE) para su fechado por el Método de Huellas de Fisión (MHF), utilizado en el Laboratorio de Termocronología de la UCV. Este trabajo, es el resultado de un esfuerzo interdisciplinario entre ingenieros geólogos, matemáticos, ingenieros mecánicos y técnicos en metalurgia, con la finalidad de acelerar los procesos de concentración de minerales pesados para su posterior fechado por el MHF.

In this article is presented the design, construction, setting in operation and calibration of the Automated System for the Separation of Heavy Minerals (ASSHM). This equipment processes big volumes of rocks and silts with the purpose of accomplishing a primary mineral concentration thatlater will be refined and whose final grains of heavy minerals (apatite, zircon, sphene, among other) they will be used under the External Detector Technique (EDT) for its dating by the Fission Tracks Dating Method (FTDM) used in the Thermochronology Laboratory of the UCV. This work is the result of an interdisciplinary effort between geologists, mathematicians, mechanical engineers and technicians in metallurgy.

Paleoenvironment evolution of cubagua formation (araya peninsula) by distribution patterns of morphogroups of benthic foraminifera

El objetivo de este trabajo, consistió en la definición de biofacies del estudio de la distribución morfológica de foraminíferos bénticos de la Formación Cubagua, determinando un total de ocho morfogrupos a partir de la forma de la concha: planoconvexo y biumbilicado redondeado, adaptado a ambientes de alta oxigenación y energía; endémicos de profundidades neríticas; Morfogrupo Cilíndrico, adaptados a condiciones de baja energía y oxigenación (profundidades batiales); Esférico/ Ovoidal y miliolina, con un dominio variable que oscila entre ambientes disóxicos a óxicos relacionados desde ambientes batial a nerítico externo; Biconvexo, relacionado a substratos blandos y condiciones euribáticas; Cónico y Cónico-aplanado, asociado a condiciones de baja oxigenación e igualmente profundidades diversas. A partir del análisis Q, se observaron tres conjuntos morfológicos. Biofacies (I), constituido por una máxima abundancia de los morfogrupos Biconvexo, esférico/ ovoidal y cilíndrico, con la asociación Cyclammina cancellata, Chillostomela ovoidea, Sphaeroidina bulloides y Rectuvigerina lamellata. Biofacies (II), Se delimita por el morfogrupo esférico/ovoidal y la máxima abundancia del morfogrupo biumbilicado redondeado, y desaparición de los morfogrupos, esférico/ovoidal y cónico-aplanado, dada por la asociación Globocassidulina subglobosa, Bulimina marginata y Plectofrondicularia floridana. Biofacies (III), se define por una mayor abundancia del morfogrupos plano-convexo y cónico-aplanado y al conjunto Hanzawaia concentrica, Amphistegina lesonii, Elphidium poeyanum y Buliminella elegantísima. La secuencia perteneciente a la Formación Cubagua se inicia en el Mioceno Tardío con una depositación en ambientes batial superior definido por una quietud tectónica, en un medio subóxico y de temperaturas oscilantes de 5ºC en promedio. Posteriormente una somerización de ambientes pertenecientes a la plataforma externa con rangos de temperaturas entre 15 y 22ºC para culminar la depositación en el Pleistoceno Temprano con ambientes de plataforma interna a arrecifales, en las que las temperaturas oscilaban entre los 25 y 31ºC.

The objective of this work is to define the morphologic distribution of the benthic foraminifera of the Cubagua Formation, Araya peninsula (Eastern Venezuela). Within the paleoecologic study, a total of eight morphogroups were determined by the shape of the test: plano-convex and round biumbilicade, adapted to high O2 and energy environments belonging to a neritic depth; Cylindrical, adapted to conditions of low energy and oxygenation (bathyal environments); Spherical/Ovoid and miliolina, with a variable dominion that oscillates between disoxic and oxic environments between bathyal to external neritic depths; Biconvex, related to a softer substrates and euribatic conditions; Conical and Conical-flattened, associated to conditions of low oxygenation and diverse depths like the previous one. From the analysis Q, three morphologic assemblages were : Biofacies (I), determined by the dominion of the morphogroups Biconvex, spherical/ovoid and cylindrical, next to the association Cyclammina cancellata, Chillostomela ovoidea, Sphaeroidina bulloides and Rectuvigerina lamellata. Biofacies (II), corresponding to a greater abundance of the spherical/ovoid and round biumbilicade group and the disappearance of spherical/ovoid and conical-flattened morphogroups, the fossil assemblage of these biofacies are Globocassidulina subglobosa, Bulimina marginata and Plectofrondicularia floridana. Biofacies (III), responds to the greater abundance of plano-convex and round biumbilicade morphogroups and to the set Hanzawaia concentrica, Amphistegina lesonii, Elphidium poeyanum and Buliminella elegantísima. The Cubagua Formation sequence begins in the late Miocene in bathyal environments defined by a tectonic calm, suboxic conditions and temperatures of 5ºC in average. Later, a bathymetry change to a external shelf environment showed temperatures between 15 and 22ºC. The final sedimentation of this formation took place in the Early Pleistocene with sedimentation between internal shelf to reef environments, with temperatures between 25 and 31ºC.

Porosity analisis of concrete made with limestone aggregate

Para la mayoría de los materiales estructurales la porosidad es una propiedad física que influye directamente en sus principales propiedades mecánicas. El concreto es un material compuesto formado por dos fases: la matriz de cemento hidratado y los agregados pétreos; de ahí que su porosidad sea función de la porosidad de ambas fases. La forma en que los poros del concreto se interconecten determina la permeabilidad del material, la cual juega un importante papel en su durabilidad. Este trabajo presenta un experimento factorial, realizado en laboratorio, con el objetivo de identificar los factores que influyen en la porosidad del concreto preparado con agregados calizos triturados de alta absorción, mismos que podrían presentar características no usuales, haciendo variar la relación agua-cemento, la proporción grava-arena, y la fuente de origen de los agregados. Se concluyó que la relación agua-cemento y la cantidad de agua de mezclado fueron los principales factores que influyeron en la porosidad.

For most structural materials, porosity is a physical property that directly affects their main mechanical properties. Concrete is a composite material formed by two phases: the hydrated cement matrix and the stone aggregates; thus its porosity is a function of the porosity of both phases. The way the concrete pore network is interconnected determines the permeability of the material. This work reports a factorial experiment performed on lab specimens in order to identify the factors that affect the porosity of concrete made with high-absorption crushed limestone aggregates, which may present unusual characteristics, through varying the water-cement ratio, the coarse-fine aggregate ratio, and the aggregates source. It was found that the water-cement ratio and the amount of water were the main factors affecting the porosity.

AADT by daily counts applied to the central region of Argentina

En los estudios viales es requisito conocer el tránsito que por una vía circula, expresado por el TMDA (Tránsito Medio Diario Anual), o su equivalente en Venezuela dado por el PDT (Promedio Diario de Tráfico). Así, se promedian volúmenes generados por actividades no constantes e intermitentes (estudio, trabajo, vacaciones, esparcimiento, etc.) lo cual requiere realizar censos volumétricos continuos de envergadura. En tareas de mediano y corto plazo, en aquellas de soluciones inmediatas o para las cuales no se cuenta con los suficientes recursos o datos esto se hace difícil. Por tal razón, suele recurrirse a conteos esporádicos que, ante la carencia de series históricas, son extrapolados de manera subjetiva por profesionales que a veces no guardan relación directa con la temática tránsito. La incertidumbre generada así es grande, desvirtuándose la aplicación posterior de parámetros que están sostenidos en datos certeros, obteniéndose confiabilidades muy bajas. Por estas razones se plantea este trabajo, que busca la obtención de una metodología objetiva, para la extrapolación de conteos esporádicos de tránsito al TMDA; aplicable en sus resultados en una amplia zona homogénea (Provincias de Buenos Aires, Santa Fe, Córdoba, Entre Ríos y La Pampa) de la Argentina. La metodología cuenta con modelos obtenidos por técnicas de regresión simple y múltiple, y es validada y discutida con otras formas de cálculo, obteniéndose resultados aceptables desde el punto de vista estadístico.

In studies on roads and highways, it is necessary to know the volume of traffic that uses a particular road, often expressed as the Annual Average Daily Traffic (AADT). Thus, volumes generated by no constant and intermittent activities (study, work, vacations, etc.) must be averaged out, requiring continuous volumetric censuses. In short and medium term tasks, in those of immediate solution or where there are not sufficient resources or data, this becomes difficult. For this reason, sporadic counts are usually used that, since no historical data exists, are subjectively extrapolated by professionals who sometimes are not directly concerned with traffic problems. This produces a good deal of uncertainty, weakening the later application of parameters that are based on accurate data, thus leading to very low levels of reliability. For these reasons, this work attempts to obtain an objective methodology for the extrapolation of sporadic counts of traffic to the AADT; applicable in its results in a wide area (Provinces of Buenos Aires, Santa Fe, Córdoba, Entre Rios and La Pampa) of Argentina. The methodology relies on models obtained by techniques of simple and multiple regression, and is validated and discussed with other forms of calculation, obtaining acceptable results from the statistical point of view.

Direct control of active and reactive power using space vectors

En este trabajo se comparan dos técnicas de control vectorial que permiten regular la inyección de potencia activa y reactiva instantánea en un sistema de potencia. El primer método se fundamenta en la aplicación de la estrategia utilizada en los Controladores Directos de Par (DTC, siglas en inglés) que se vienen utilizando en la regulación de velocidad de las máquinas de corriente alterna. La segunda propuesta desarrollada por los autores, utiliza la optimización del vector espacial de la tensión del puente convertidor para reducir el error medio cuadrático de las potencias activas y reactivas instantáneas. Ambos mecanismos de control presentan ventajas y desventajas en sus características que combinadas permiten mejorar la respuesta dinámica y estática del Controlador Directo de Potencia (CDP). El nuevo sistema de control propuesto es inmune a las distorsiones armónicas presentes en la red y permite la regulación prácticamente instantánea (< 10ì s) del flujo de potencias activas y reactivas tal como lo demuestran las simulaciones realizadas.

This paper compares two space vector techniques that can be used to regulate the instantaneous active and reactive power flow in a Power System. The first method uses the Direct Torque Control (DTC), employed frequently on speed regulation of the AC machines. The second one proposed by authors, uses the optimization of the space vector voltage in a controller bridge to reduce the least square error by controlling the instantaneous active and reactive power. These control methods have several advantages and disadvantages and are combined to improve the static and dynamic Direct Power Control (DPC) performance. The new proposed control system is no affected by harmonic distortion in the network and the obtained regulation of active and reactive power flow is practically instantaneous (< 10ì s) as is shown by performed simulations.

Characterization of composites based in Polyolefins and seashells

En busca de materiales de desecho que resulten económicamente aprovechables, fáciles de procesar y que podrían generar refuerzo en piezas plásticas, se planteó la posibilidad de utilizar conchas marinas, materiales compuestos por aproximadamente un 80% de Carbonato de Calcio, para mezclarlas con Polipropileno (PP), Polietileno de Alta Densidad (PEAD) y una mezcla PP/PEAD (80/20). La incorporación de los distintos porcentajes de carga (7, 14 y 22 ppc) a los polímeros fue realizada por medio de una extrusora doble tornillo y luego se moldearon probetas en una máquina de inyección. A los compuestos preparados se les realizaron ensayos mecánicos, térmicos y reológicos. Se concluyó que la adición de conchas marinas al PP, al PEAD y a la mezcla de PP/PEAD genera un ligero aumento de la viscosidad de los compuestos así como un incremento del módulo de Young y de su estabilidad térmica. La incorporación de un agente de acoplamiento tipo titanato (Lica 12), no afectó ninguna de las propiedades de los compuestos de manera significativa.

The aim of this work was to evaluate the possibility of using seashells, materials made out of approximately 80% Calcium Carbonate, as fillers for Polypropylene (PP), High Density Polyethylene (HDPE) and a PP/HDPE 80/20 blend, in search of waste materials that result economically attractive and of easy to process. The incorporation of different filler percentages (7, 14 and 22 phr) to the polymers was done by means of a twin screw extruder; then testing specimens were molded by means of an injection molding machine. Mechanical, thermal and rheological testing was done to the prepared composites. It can be concluded that the addition of seashells to PP, HDPE and to a PP/HDPE blend slightly increased the viscosity of the composites, and it also increased Youngs Modulus and thermal stability. The incorporation of a coupling agent (Lica 12), did not affect significantly any of the properties of the composites.

Nucleation efficiency analysis of different agents in Polycaprolactone

El posible efecto nucleante o su ausencia al añadir ocho sustancias diferentes a la Poli(e-Caprolactona), PCL, fue examinado mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC). Los resultados indicaron que el mejor agente nucleante para la PCL, de aquellos que fueron examinados, es el Nitruro de Boro (NB). Adicionalmente, se analizó el comportamiento de autonucleación de la PCL pura y mezclada con tres agentes nucleantes, incluyendo el NB. A la temperatura de autonucleación ideal, el NB es capaz de desplazar la temperatura de cristalización de la PCL a valores inclusive mayores que los que se obtienen autonucleando la PCL en condiciones equivalentes. Este resultado implica una eficiencia de nucleación de NB mayor al 100% si se emplea la escala propuesta por Fillon et al., (1993). Si para el cálculo de la eficiencia se toma en cuenta la máxima temperatura de cristalización luego del recocido, en lugar de la propuesta por Fillon et al., (1993), los valores son menores al 100%. Este resultado muestra que los cristales de PCL de gran espesor lamelar son mejores nucleantes, tal y como se espera, que el NB. A partir de este resultado se puede concluir que la escala utilizada por Fillon et al., (1993) no es la adecuada en este caso dada la alta eficiencia del NB como agente nucleante y debe ser modificada tomando como referencia la nucleación producida por cristales recocidos de PCL.

The potential nucleating effect of eight different compounds on the poly(e-caprolactone), PCL, was evaluated by means of Differential Scanning Calorimetry (DSC). From these, Boron Nitride (NB) was the best nucleating agent. In addition, the self-nucleation behavior of pure PCL as well as PCL with three nucleating agents was analyzed. At the optimal selfnucleation temperature, the NB leads to a shift of the PCL crystallization temperature to values that are even higher than those obtained in the self-nucleated PCL under the same conditions. This result indicates a nucleation efficiency higher than 100% if the scale proposed by Fillon et al., (1993) is used. On the other hand, if the maximum crystallization temperature after annealing is used for the calculations, values lower than 100% are obtained. Then, as expected, the thickest PCL lamellar crystals are better nucleating agents than NB. From these results, it can be concluded that the scale used by Fillon et al., (1993), is not the most appropriate due to the high efficiency of the NB to nucleate the PCL; therefore, it should be modified taking into account as a reference the nucleation induced by the annealed crystals of PCL.

Mathematical modelling and simulation of a microprocessor manipulator robot: Two approaches

Este trabajo fue realizado con fines docentes y constituye una herramienta didáctica para la enseñanza de la robótica. En particular, se presenta el modelaje matemático y la simulación de un robot manipulador de microprocesadores (chips) en una línea de ensamblaje de tarjetas electrónicas. Se aborda el problema del modelaje del robot por dos enfoques diferentes: la aproximación clásica a partir de las ecuaciones de Newton y la aproximación energética a partir de las ecuaciones de Lagrange. No sólo se comparan las expresiones finales obtenidas a partir de estos dos enfoques, sino también se evalúan las facilidades que plantean los enfoques en el desarrollo del modelo. En cuanto a las expresiones finales, se encontraron ciertas diferencias en los modelos obtenidos con ambos enfoques. En cuanto al desarrollo del modelo, se encontró que el enfoque de Lagrange es más sencillo porque no requiere de conocimientos profundos de cinemática y dinámica de cuerpos rígidos, y también porque maneja ecuaciones escalares, más fáciles de trabajar que las vectoriales, propias de la mecánica newtoniana. Con la simulación se estudia la respuesta del posicionamiento del manipulador ante diferentes entradas (fuerzas y torques), siendo los resultados arrojados por los dos modelos prácticamente iguales. Al no contar con datos del comportamiento real del sistema, la validación de los modelos se realizó como sigue: se generó una matriz a partir de curvas posicionamiento en tiempo mínimo para cada cuerpo (link) del manipulador, obteniéndose valores de aceleración, velocidad y posición para cada instante de tiempo del recorrido. Luego, introduciendo estos valores en las ecuaciones diferenciales correspondientes, se calcularon los valores de fuerzas y torques necesarios para hacer que el extremo del manipulador describa la trayectoria requerida. Finalmente, estos valores se introdujeron como entradas en la simulación, obteniendo como salida los mismos valores de las variables cinemáticas establecidas originalmente.

This work has educational purposes and constitutes a didactic tool for the teaching of robotics. In particular, the mathematical modelling and simulation of a microprocessors (chips) manipulator robot in electronic board assembling line is presented. The modelling problem is treated using two different approaches: the classical approach using Newtons equations and the energetic approach using Lagranges equations. The final expressions obtained from these two approaches are compared as well as the development of the models. Regarding the final expressions, some differences were found in the models. Regarding the development of the model, it was found that the Lagrangian approach is simpler than the Newtonian approach. This is due to the fact that the Lagrangian approach does not require deep knowledge of kinematics and kinetics of rigid bodies, and also because it manipulates scalar equations which are easier to work with than the vectorial equations obtained from Newtonian mechanics. With the simulation, the response of the position of the manipulator in presence of different inputs (forces and torques) is studied, being the results of both models practically the same. As real system data was not available, the validation of the models was done as follows: a matrix from minimum-time-positioning curves for each manipulator body (link) was obtained, generating acceleration, velocity and position values for each time instant of the path. Then, introducing these values into the respective differential equations, the necessary forces and torques values to make the manipulator tip describe the required path were calculated. Finally, these values were introduced as inputs in the simulation, generating the same values of the kinematics variables stated initially as outputs.

Determination of the force center in a blanking die using a CAD program

Se discute la importancia de la correcta ubicación del centro de esfuerzo en un troquel de corte para minimizar las cargas laterales sobre los , elementos de guía. Se describe el proceso matemático para determinar el centro de esfuerzo a través del cálculo del centroide de una curva, y sucesivamente se proporciona un método de aproximación que utiliza la capacidad de AutoCAD de calcular el centroide de una región plana bidimensional.

The importance of a correct positioning of the force center in a blanking die is discussed. The mathematical process to determine the force center by calculating the centroid of a curve is described, and an approximation method is given, using an AutoCAD feature that calculates the centroid of a plane bi-dimensional region.

Models of physiological systems: Cardiovascular system

En este artículo se realiza una revisión sobre el modelaje y la simulación de sistemas fisiológicos haciendo referencia a análogos eléctricos, modelos matemáticos, modelos empaquetados y modelos distribuidos que representan al Sistema Cardiovascular.

In this article we review the modelling and simulation of physiological systems with reference to electrical analog, mathematical models, lumped models and distributed models of the Cardiovascular System.