Examinando por Autor "García Alvarez, José Jaime"
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Publicación Acceso abierto Análisis por elementos finitos de la influencia de las variaciones estructurales en el comportamiento biomecánico del disco intervertebral lumbar normal de un trabajador promedio colombiano.(2019-10-15) Gómez Salazar, Lessby; Fierro Pérez, Leonardo; García Alvarez, José JaimeLos trastornos degenerativos del disco intervertebral, son un grave problema de salud pública a nivel nacional e internacional, cuya etiología es reconocida como multicausal. Entre los factores de riesgo asociados a su aparición se mencionan las diferencias anatómicas entre individuos. Sin embargo, aun cuando la literatura reporta variaciones en la estructura del disco intervertebral relacionadas con la forma y tamaño del núcleo pulposo, el número de capas y la orientación de las fibras en el anillo fibroso, su influencia en el comportamiento biomecánico del disco intervertebral en condiciones fisiológicas y laborales en tareas como el transporte de bultos es un tema poco estudiado que se convierte en el objetivo de esta investigación.Publicación Acceso abierto Caracterización del comportamiento visco-elasto-plástico de la guadua en el plano transversal(Universidad del Valle, 2024) Moncada Enríquez, Luis Esteban; García Alvarez, José JaimeLa preocupación por la protección del medio ambiente ha llevado a fomentar el uso de materiales naturales como la guadua en la construcción. Sin embargo, esta tiene restricciones como la anisotropía y su forma variable en diámetro y espesor. En las uniones entre culmos se producen esfuerzos en la dirección transversal, convirtiéndolas en un caso critico de estudio. Una caracterización detallada del comportamiento en la sección transversal permite crear modelos de elementos finitos útiles para realizar pruebas virtuales ahorrando materiales y costos de fabricación. En la sección transversal se presenta un comportamiento visco-elasto-plástico. Para caracterizar este comportamiento se realizaron ensayos de relajación de esfuerzos en semiarcos de guadua, aplicando un desplazamiento en el sentido circunferencial del arco. Se controló la velocidad de aplicación de la deformación, el nivel de deformación y las dimensiones de las probetas. No se encontraron diferencias significativas de los parámetros mecánicos con respecto a velocidad de aplicación de la deformación y dimensiones de las probetas. Tanto el esfuerzo máximo (promedios de 5.4, 6.5, 7.9 MPa, para desplazamientos de 1.0, 1.5 y 2.0 mm, respectivamente) como la deformación plástica (0.22, 0.43, y 0.65 mm para desplazamientos de 1.0, 1.5 y 2.0 mm, respectivamente) fueron significativamente mayores con incrementos en el desplazamiento. Los rangos de módulos de elasticidad circunferencial, esfuerzos máximos, límites elásticos, índice de ductilidad y deformación plástica fueron 159-263 MPa, 4.3-8.3 MPa, 1.4-6.2 MPa, 1.3-2.1 y 16-38%, respectivamente. Se ajustaron los datos experimentales a un modelo de Maxwell generalizado de 3 ramas en serie con un elemento plástico. Se presentaron porcentajes de relajación de 36.6, 28.5, 31.8%, para deformaciones de 1.0, 1.5 y 2.0 mm, respectivamente. Los tiempos de relajación del modelo fueron 𝜏1=0.15 𝑠 ,𝜏2=15 𝑠,𝜏3=150 𝑠. Mediante un algoritmo de optimización se encontraron las constantes del modelo. El modelo presentó ajustes de 𝑅2 entre 0.85 y 0.93, siendo mejores para las deformaciones más bajas; esto debido a la aparición de fracturas repentinas en la estructura interna del material.Publicación Acceso abierto Caracterización mecánica de paneles de latas de guadua angustifolia kunth(Universidad del Valle, 2020) Montenegro Muñoz, Angie Marcela; García Alvarez, José JaimeLa industria de la construcción genera elevados niveles de contaminación a nivel global, ante esta problemática ambiental nace la construcción sostenible. En este sentido, la sostenibilidad implica desarrollar alternativas constructivas que generen el menor impacto mediante el empleo de materiales que armonicen con el ambiente. Uno de esos materiales es la Guadua angustifolia Kunth (GAK) que tiene una tasa de crecimiento y alta resistencia que la convierten en un material idóneo para ser empleado en construcciones sostenibles. No obstante, aún falta investigación y normalización del empleo de este material. Con el objetivo de encontrar formas de aprovechamiento estructural de la GAK, esta investigación estuvo orientada hacia la creación y caracterización de paneles de latas de guadua. Estas latas resultan del corte del culmos que no cumplen con los requisitos normativos colombianos y terminan como desecho. Para lo anterior, se diseñaron y evaluaron teóricamente diez configuraciones de paneles de latas, de los cuales se seleccionaron tres modelos que fueron ensayados experimentalmente ante carga lateral y axial. En las pruebas se determinó la carga máxima, la rigidez lateral y la carga crítica de pandeo, valores que permitieron caracterizar el comportamiento mecánico de cada panel. Se observó que uno de los tres paneles presentó mejor respuesta respecto a los otros dos. Después, se analizó teóricamente el comportamiento de paredes de culmos reforzados con los paneles de guadua desarrollados. Posteriormente, se hizo un análisis preliminar para verificar la deriva de una aplicación de los módulos reforzados en una estructura de dos niveles, para un resultado de deriva inferior al 1%. Finalmente, se establecen recomendaciones para el uso de los paneles que pueden ser prefabricados y usados en estructuras modulares. Se espera que los resultados de este proyecto sirvan de base para la evaluación experimental de muros reforzados. Además, estos paneles se podrían usar en otras aplicaciones para incrementar la rigidez de diversos elementos estructurales como vigas de celosía.Publicación Acceso abierto Cerchas planas de culmos de guadua con uniones de abrazaderas metálicas(Universidad del Valle, 2018) Orejuela Hoyos, Juan Carlos; García Alvarez, José JaimeUno de los retos en la construcción con guadua es el diseño de las uniones, en las que se suelen causar fallas por aplastamiento y fisuras longitudinales, ya que los elementos utilizados para fijar los culmos tienden a rasgarlos. Esto reduce la capacidad de trasmitir fuerzas y la estabilidad de la estructura. Muchas alternativas razonablemente buenas se han propuesto, con el uso de pasadores metálicos que atraviesan el material y la inyección de mortero para mejorar la resistencia transversal. No obstante, estas uniones tradicionales suelen causar fallas frágiles y no se prestan para construir elementos prefabricados. En esta investigación se analizó el comportamiento de cerchas de culmos de guadua unidos mediante uniones compuestas por abrazaderas metálicas, diferentes a las usadas tradicionalmente. En los prototipos desarrollados se aplicaron las cargas sobre los nodos de la cuerda superior y se midieron las deflexiones y rigidez para conocer el rango de aplicación de las cerchas. Así mismo, se calibró un modelo teórico en el cual se modificó la rigidez de las uniones. Este sistema con unión de abrazaderas mostró gran potencial y versatilidad para ser usado en la construcción. En una prueba típica, un prototipo de 3 m de longitud tuvo una deflexión máxima de alrededor de 5 cm y no mostró falla ante una carga de 2579 kg. Sin embargo, se encontró que es necesario aumentar la rigidez de las uniones para aprovechar mejor el material. Se realizó una comparación teniendo en cuenta la capacidad y las deflexiones obtenidas durante las pruebas para proponer recomendaciones y usos de las cerchas con base en la norma colombiana.Publicación Acceso abierto Diseño de viguetas de latas de bambú atornilladas para soporte de entrepisos y cubiertas(Universidad del Valle, 2025) Duque Quintero, Jhonatan Harvey; García Alvarez, José JaimeEl proyecto de investigación se desarrolló como respuesta a la necesidad de impulsar alternativas sostenibles en la construcción, frente al elevado impacto ambiental asociado al uso de materiales convencionales. En este escenario, el bambú, y en particular la especie Guadua angustifolia Kunth —abundante en Colombia y con propiedades físico-mecánicas destacadas—, se reconoce como un recurso renovable idóneo. No obstante, una proporción significativa de este material se descarta por no cumplir con los requisitos dimensionales para elementos principales de la estructura, como vigas y columnas, lo que abre la posibilidad de su aprovechamiento en nuevos usos constructivos. El objetivo fue diseñar viguetas conformadas por latas de bambú unidas con tornillos comerciales, evaluando su factibilidad como elementos estructurales para entrepisos y cubiertas. La investigación se desarrolló en tres fases: (I) definición del procedimiento constructivo, que incluyó selección y caracterización de materiales, validación de patrones de atornillado mediante análisis multicriterio y modelación numérica; (II) evaluación mecánica experimental, en la que se fabricaron 20 especímenes en cuatro configuraciones y se sometieron a ensayos de flexión a cuatro puntos conforme a la norma ASTM D198-15; y (III) formulación de recomendaciones de diseño basadas en los resultados obtenidos, complementadas con una prueba final en la que se evaluó una losa conformada por un grupo de viguetas bajo carga de personas. Los ensayos mostraron que las viguetas con mayor número de latas alcanzaron capacidades resistentes superiores y que el uso de tornillos de cabeza plana incrementó la rigidez respecto a los de tipo drywall. En todas las tipologías, el momento de inercia efectivo superó al teórico, evidenciando buen trabajo conjunto entre las latas, aunque se identificaron fenómenos de inestabilidad lateral-torsional que limitaron la capacidad última y deflexiones que superaron los límites de servicio de la NSR-10. En conclusión, la investigación demostró la viabilidad técnica de las viguetas de latas de bambú ensambladas con tornillos comerciales, aportando lineamientos constructivos y estableciendo una base para futuras investigaciones.Publicación Acceso abierto Diseño, construcción y evaluación de prototipos de caminador y muletas de guadua Angustifolia Kunth(Universidad del Valle, 2017) Acosta Fernández, Jurgen Stephan; García Alvarez, José Jaime; Buitrago, JaimeEn este proyecto se plantea el diseño y construcción de un prototipo reproducible de caminador y muletas elaboradas en latas de Guadua Angustifolia Kunth. La Guadua Angustifolia es un material de bajo costo, además la podemos encontrar distribuida como cultivo natural a través de toda la cordillera central y zona céntrica de Colombia. Por último, se propone la Guadua Angustifolia como material de elaboración, debido a su accesibilidad y sostenibilidad. De manera intrínseca se debe corroborar que la guadua tenga propiedades mecánicas adecuadas para lograr que este diseño cumpla con las características técnicas necesarias y garantizar la seguridad a una persona que decida libremente reproducirlas teniendo en cuenta los parámetros de diseño aquí presentados.Publicación Acceso abierto Influencia mecánica del radio de curvatura sagital en la fosa glenoidea, para diseño personalizado de prótesis ATM, evaluado mediante elementos finitos(Universidad del Valle, 2023) Mejia, Manuel; García Alvarez, José Jaime; González-Estrada, Octavio Andrés; Osorio, Jhon Jairo; Gutiérrez Acosta, Carlos AndrésEl diseño personalizado de prótesis temporomandibulares con herramientas CAD-CAM y su fabricación con tecnologías aditivas 3D o CNC permite ajustes en el radio de curvatura sagital de la prótesis en la fosa glenoidea. Estos modelos protésicos personalizados no se clasifican en los tipos autorizados por la FDA, lo que implica que el diseño de la prótesis queda a cargo de la experiencia o criterios del ingeniero a cargo. Por defecto, la mayoría de los diseños personalizados se realizan bajo el concepto de bisagra rotatoria que solo permite la rotación mandibular y restringen la traslación. El presente trabajo de investigación utilizó el método de los elementos finitos (FEM) para analizar la influencia mecánica del radio de curvatura sagital en una prótesis de la articulación temporomandibular. Se examinaron los efectos de factores como el plano oclusal, la orientación personalizada de las fuerzas musculares, la ubicación del centro de giro, la forma de la superficie de contacto y el ángulo de carga en los esfuerzos de la prótesis a nivel de la superficie articular.Materiales y métodos: Se realizó la reconstrucción tridimensional de la articulación Temporo mandibular de dos pacientes. El primero con indicación de cirugía ortognática, con mordida clase II y plano oclusal alto. El otro con absorción ósea condilar, con mordida clase II y plano oclusal bajo. Se diseñaron prótesis temporomandibulares con diferentes radios de curvatura sagital a nivel de la bisagra rotatoria en función del plano oclusal, la orientación personalizada de los músculos, el ángulo de Claire y la dirección de la fuerza de carga a nivel del segundo molar izquierdo. Posteriormente, utilizando el FEM se evaluaron los esfuerzos mecánicos y la traslación cinemática, basados en las condiciones de contorno, restricciones propias de la articulación, propiedades mecánicas óseas, y de tejidos blandos. Resultados: El diseño con el radio de curvatura semicircular restringió los desplazamientos sagitales de la cabeza condilar protésica e incrementó los esfuerzos sobre la superficie articular. En contraste, los diseños con radios de curvatura elípticos mejoraron la traslación del componente condilar protésico en un 45% y redujeron los esfuerzos de Von Mises y los esfuerzos principales mínimos en un 50% con respecto al diseño semicircular. Por tanto, estos implantes se acercaron a una condición funcional más anatómica.Publicación Acceso abierto Manufactura y evaluación de partes de dispositivos para transporte óseo reforzados con fibra de carbono.(Universidad del Valle, 2018) Escobar Vega, Juan Sebastián; Casanova García, Gonzalo Fernando; García Alvarez, José JaimeEn esta tesis se desarrolló la manufactura de prensas para sistemas de fijación externa con materiales compuestos con fibras de carbono y matriz epoxi CF/EP. Se presenta el diseño y el proceso de construcción paso a paso, de un dispositivo de fijación externa de huesos para alargamiento y transporte. Este fijador fue fabricado con fibras de carbono (FC), seleccionadas por su bajo peso, alta resistencia y propiedad de radio lucidez, especialmente indicados para aplicaciones biomédicas. Este proyecto incluye el estudio e implementación de procedimientos de manufactura con FC. Además, se determinó la resistencia de los compuestos con materiales locales e importados y la técnica para obtener propiedades suficientemente altas para la aplicación. Se construyó un modelo de elementos finitos con el cual se identificaron las zonas de mayor esfuerzo y se validó un modelo para materiales compuestos.