Obtenci��n de la tensi��n de fractura del vidrio en ensayos de anillos conc��ntricos utilizando MEF

Las discrepancias entre las funciones de distribuci��n acumulada de la tensi��n de fractura del vidrio es una de las dificultades encontradas para incorporar la filosof��a probabilista para el dise��o del vidrio. Se utilizan tres ensayos para la caracterizaci��n de la tensi��n de fractura del vidrio: flexi��n de viga en cuatro puntos, ensayo con dobles anillos conc��ntricos con peque��a superficie y con gran superficie. La comparaci��n directa de las funciones de distribuci��n presenta discrepancias claras relacionadas con el estado de tensi��n -uni o biaxial- y con el comportamiento de la estructura -grandes o peque��os desplazamientos. Con un procedimiento iterativo, se ajustan los resultados de los ensayos (carga - presi��n- probabilidad de rotura) a trav��s de un modelo de elementos finitos que permite estimar las a��reas efectivas de cada esp��cimen. Los par��metros finales para la tensi��n de rotura mejoran la estimaci��n de la probabilidad de la carga de rotura de cada probeta con errores inferiores al 10%.

Aplicaci��n del M.E.F. al dibujo de curvas

Se presenta una aplicaci��n muy concreta del M��todo de Elementos Finitos al trazado de carreteras, que puede ser de inter��s en algunos casos espec��ficos como en el tratamiento del problema de optimizaci��n.

Un estudio sobre la exactitud del M.E.F. Aplicaci��n a la barra recta a extensi��n

El objetivo de este art��culo es fundamentalmente did��ctico. Corresponde a un resumen de una monograf��a escrita sobre el tema, como report interno del Departamento de An��lisis de las Estructuras de la Escuela T��cnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Santander, e intenta presentar como var��a la exactitud -o velocidad de la convergencia- en los resultados obtenidos mediante el m��todo de los elenentos finitos(MEF).Con objeto de reducir al m��ximo el esfuerzo computacional se ha considerado un problema de continuidad C��, y ��nicamente un elemento aislado, concretamente, el caso de una barra aislada de secci��n variable bajo acci��n axil. Este ejemplo sencillo no permite deducir conclusiones definitivas y extensibles a otros casos pero s�� probablenente, obtener algunas indicaciones sobre la importancia de algunos aspectos de MEF en relaci��n con la exactitud de los resultados.

Aplicaci��n M.E.F. al dise��o de presas b��vedas

El problema de la optimizaci��n en el dise��o de presas - b��veda, planteado en toda su generalidad, corresponde a la definici��n de este dise��o, es decir, de los siguientes par��metros dela presa b��veda: 1) Forma. 2) Altura. 3) Localizaci��n. 4) Propiedades. 5) Procedimiento de construcci��n. 6) Tratamiento de la cimentaci��n y juntas con el terreno. 7) Localizaci��n y tipo de obras secundarias (aliviadero, galer��as, etc.). 8) Uso de armado o pretensado de modo que se minimice una cierta funci��n m��rito,que exprese el coste de la estructura en funci��n de estos par��metros.

Dynamic analysis of payloads and structures with intermediate modal density

La necesidad de desarrollar t��cnicas para predecir la respuesta vibroac��stica de estructuras espaciales lia ido ganando importancia en los ��ltimos a��os. Las t��cnicas num��ricas existentes en la actualidad son capaces de predecir de forma fiable el comportamiento vibroac��stico de sistemas con altas o bajas densidades modales. Sin embargo, ambos rangos no siempre solapan lo que hace que sea necesario el desarrollo de m��todos espec��ficos para este rango, conocido como densidad modal media. Es en este rango, conocido tambi��n como media frecuencia, donde se centra la presente Tesis doctoral, debido a la carencia de m��todos espec��ficos para el c��lculo de la respuesta vibroac��stica. Para las estructuras estudiadas en este trabajo, los mencionados rangos de baja y alta densidad modal se corresponden, en general, con los rangos de baja y alta frecuencia, respectivamente. Los m��todos num��ricos que permiten obtener la respuesta vibroac��stica para estos rangos de frecuencia est��n bien especificados. Para el rango de baja frecuencia se emplean t��cnicas deterministas, como el m��todo de los Elementos Finitos, mientras que, para el rango de alta frecuencia las t��cnicas estad��sticas son m��s utilizadas, como el An��lisis Estad��stico de la Energ��a. En el rango de medias frecuencias ninguno de estos m��todos num��ricos puede ser usado con suficiente precisi��n y, como consecuencia -a falta de propuestas m��s espec��ficas- se han desarrollado m��todos h��bridos que combinan el uso de m��todos de baja y alta frecuencia, intentando que cada uno supla las deficiencias del otro en este rango medio. Este trabajo propone dos soluciones diferentes para resolver el problema de la media frecuencia. El primero de ellos, denominado SHFL (del ingl��s Subsystem based High Frequency Limit procedure), propone un procedimiento multih��brido en el cu��l cada subestructura del sistema completo se modela empleando una t��cnica num��rica diferente, dependiendo del rango de frecuencias de estudio. Con este prop��sito se introduce el concepto de l��mite de alta frecuencia de una subestructura, que marca el l��mite a partir del cual dicha subestructura tiene una densidad modal lo suficientemente alta como para ser modelada utilizando An��lisis Estad��stico de la Energ��a. Si la frecuencia de an��lisis es menor que el l��mite de alta frecuencia de la subestructura, ��sta se modela utilizando Elementos Finitos. Mediante este m��todo, el rango de media frecuencia se puede definir de una forma precisa, estando comprendido entre el menor y el mayor de los l��mites de alta frecuencia de las subestructuras que componen el sistema completo. Los resultados obtenidos mediante la aplicaci��n de este m��todo evidencian una mejora en la continuidad de la respuesta vibroac��stica, mostrando una transici��n suave entre los rangos de baja y alta frecuencia. El segundo m��todo propuesto se denomina HS-CMS (del ingl��s Hybrid Substructuring method based on Component Mode Synthesis). Este m��todo se basa en la clasificaci��n de la base modal de las subestructuras en conjuntos de modos globales (que afectan a todo o a varias partes del sistema) o locales (que afectan a una ��nica subestructura), utilizando un m��todo de S��ntesis Modal de Componentes. De este modo es posible situar espacialmente los modos del sistema completo y estudiar el comportamiento del mismo desde el punto de vista de las subestructuras. De nuevo se emplea el concepto de l��mite de alta frecuencia de una subestructura para realizar la clasificaci��n global/local de los modos en la misma. Mediante dicha clasificaci��n se derivan las ecuaciones globales del movimiento, gobernadas por los modos globales, y en las que la influencia del conjunto de modos locales se introduce mediante modificaciones en las mismas (en su matriz din��mica de rigidez y en el vector de fuerzas). Las ecuaciones locales se resuelven empleando An��lisis Estad��stico de Energ��as. Sin embargo, este ��ltimo ser�� un modelo h��brido, en el cual se introduce la potencia adicional aportada por la presencia de los modos globales. El m��todo ha sido probado para el c��lculo de la respuesta de estructuras sometidas tanto a cargas estructurales como ac��sticas. Ambos m��todos han sido probados inicialmente en estructuras sencillas para establecer las bases e hip��tesis de aplicaci��n. Posteriormente, se han aplicado a estructuras espaciales, como sat��lites y reflectores de antenas, mostrando buenos resultados, como se concluye de la comparaci��n de las simulaciones y los datos experimentales medidos en ensayos, tanto estructurales como ac��sticos. Este trabajo abre un amplio campo de investigaci��n a partir del cual es posible obtener metodolog��as precisas y eficientes para reproducir el comportamiento vibroac��stico de sistemas en el rango de la media frecuencia. ABSTRACT Over the last years an increasing need of novel prediction techniques for vibroacoustic analysis of space structures has arisen. Current numerical techniques arc able to predict with enough accuracy the vibro-acoustic behaviour of systems with low and high modal densities. However, space structures are, in general, very complex and they present a range of frequencies in which a mixed behaviour exist. In such cases, the full system is composed of some sub-structures which has low modal density, while others present high modal density. This frequency range is known as the mid-frequency range and to develop methods for accurately describe the vibro-acoustic response in this frequency range is the scope of this dissertation. For the structures under study, the aforementioned low and high modal densities correspond with the low and high frequency ranges, respectively. For the low frequency range, deterministic techniques as the Finite Element Method (FEM) are used while, for the high frequency range statistical techniques, as the Statistical Energy Analysis (SEA), arc considered as more appropriate. In the mid-frequency range, where a mixed vibro-acoustic behaviour is expected, any of these numerical method can not be used with enough confidence level. As a consequence, it is usual to obtain an undetermined gap between low and high frequencies in the vibro-acoustic response function. This dissertation proposes two different solutions to the mid-frequency range problem. The first one, named as The Subsystem based High Frequency Limit (SHFL) procedure, proposes a multi-hybrid procedure in which each sub-structure of the full system is modelled with the appropriate modelling technique, depending on the frequency of study. With this purpose, the concept of high frequency limit of a sub-structure is introduced, marking out the limit above which a substructure has enough modal density to be modelled by SEA. For a certain analysis frequency, if it is lower than the high frequency limit of the sub-structure, the sub-structure is modelled through FEM and, if the frequency of analysis is higher than the high frequency limit, the sub-structure is modelled by SEA. The procedure leads to a number of hybrid models required to cover the medium frequency range, which is defined as the frequency range between the lowest substructure high frequency limit and the highest one. Using this procedure, the mid-frequency range can be define specifically so that, as a consequence, an improvement in the continuity of the vibro-acoustic response function is achieved, closing the undetermined gap between the low and high frequency ranges. The second proposed mid-frequency solution is the Hybrid Sub-structuring method based on Component Mode Synthesis (HS-CMS). The method adopts a partition scheme based on classifying the system modal basis into global and local sets of modes. This classification is performed by using a Component Mode Synthesis, in particular a Craig-Bampton transformation, in order to express the system modal base into the modal bases associated with each sub-structure. Then, each sub-structure modal base is classified into global and local set, fist ones associated with the long wavelength motion and second ones with the short wavelength motion. The high frequency limit of each sub-structure is used as frequency frontier between both sets of modes. From this classification, the equations of motion associated with global modes are derived, which include the interaction of local modes by means of corrections in the dynamic stiffness matrix and the force vector of the global problem. The local equations of motion are solved through SEA, where again interactions with global modes arc included through the inclusion of an additional input power into the SEA model. The method has been tested for the calculation of the response function of structures subjected to structural and acoustic loads. Both methods have been firstly tested in simple structures to establish their basis and main characteristics. Methods are also verified in space structures, as satellites and antenna reflectors, providing good results as it is concluded from the comparison with experimental results obtained in both, acoustic and structural load tests. This dissertation opens a wide field of research through which further studies could be performed to obtain efficient and accurate methodologies to appropriately reproduce the vibro-acoustic behaviour of complex systems in the mid-frequency range.

La planificaci��n estrat��gica en los procesos de conformaci��n de las ciudades globales: Los casos de Singapur y Dub��i

La globalizaci��n, en las ��ltimas d��cadas, ha tenido una amplia repercusi��n e influencia sobre la evoluci��n de los procesos que intervienen en la gesti��n y la ordenaci��n urbano-territorial. Esta influencia ha sido especialmente destacable en los procesos de conformaci��n de las Ciudades Globales (CG). No obstante, dentro de los procesos actuales, y de los ya iniciados d��cadas atr��s, se encuentran discordancias tanto con respecto a los modelos de gesti��n urbanoterritoriales como con relaci��n a los procesos de conformaci��n de las CG. Esto es debido a que cada territorio o CG no ha seguido un proceso homog��neo; sino que, a trav��s del modelo empresarial de la ���Planificaci��n Estrat��gica��� (PE) cada proceso ha sido adaptado para poder atender y potenciar las caracter��sticas m��s singulares de cada territorio, y de esta forma, poder alcanzar las ambiciosas posiciones de liderazgo. Por este motivo, el ��xito de la PE se ha basado en simplificar la complejidad de los modelos y agentes que participan en los procesos de conformaci��n de los territorios y ciudades globales. En esta investigaci��n se propone analizar el valor de la PE como proceso de gesti��n y ordenaci��n urbano-territorial; al igual que se pretende esclarecer tanto los modelos como los elementos de los que se compone. Para, poder as��, identificar las relaciones que se producen entre los modelos y elementos principales de los que se compone una PE. Por motivos relacionados con la necesaria acotaci��n de toda investigaci��n, y mediante el apoyo de tanto el tutor de esta investigaci��n como de expertos externos consultados, se ha acordado analizar los aspectos m��s caracter��sticos del proceso estrat��gico, como son: los territoriales, los econ��micos y los de gobernanza. Esta investigaci��n se ha llevado a cabo a trav��s del uso del m��todo estudio de casos, mediante un proceso de recogida de informaci��n compuesto por dos estudios de campo, Singapur y Dub��i, con similitudes tanto en el proceso como en los resultados. Tambi��n se han realizado consultas a expertos multidisciplinares, cuya informaci��n y aportaciones se han articulado y procesado mediante la utilizaci��n del sistema de an��lisis de realidades complejas, presentado en el marco conceptual. Los resultados del estudio de los casos de Singapur y de Dub��i muestran como las acciones urbano-territoriales que se han llevado a cabo en ambas ciudades y en sus territorios circundantes son consecuencia del uso de la planificaci��n estrat��gica en beneficio de un mejor posicionamiento dentro del contexto global. De esta forma, mediante el an��lisis de las asimetr��as y de las relaciones existentes entre el proceso, los casos de estudio y el contexto global, se identifica y se esclarece los t��rminos relacionados con las ciudades globales referentes, consolidadas y emergentes. A su vez, a lo largo del marco conceptual se correlaciona y esclarece los procesos territoriales, econ��micos y de gobernanza, identificando las responsabilidades entre las instituciones, los organismos, los agentes y los actores (tanto p��blicos como privados) que inician y gestionan tanto el plan estrat��gico como los procesos derivados de ��l. Para finalizar, el an��lisis cruzado de los resultados demuestra la relaci��n existente entre la planificaci��n estrat��gica, la ordenaci��n urbano-territorial, la gesti��n econ��mica y la gobernanza. Pudi��ndose identifican las asimetr��as producidas durante la implantaci��n de un plan estrat��gico, de forma que, tras un an��lisis del sistema de realidades complejas, estas asimetr��as puedan ser solventadas. RESUMO Nas ��ltimas d��cadas, a globaliza����o tem tido um grande impacto sobre a evolu����o dos processos de gest��o e planejamento urbano-territorial. Essa influ��ncia foi particularmente not��vel nos processos de forma����o das cidades globais (CG). No entanto, comparando os processos atuais e aqueles iniciados h�� d��cadas, as discrep��ncias s��o encontradas tanto no que diz respeito aos modelos de uso do solo urbano, como em rela����o aos processos de forma����o e gest��o das CG. Isso ocorre porque cada territ��rio ou CG n��o tem seguido um processo uniforme; mas, por meio do modelo de neg��cios de "Planejamento Estrat��gico" (PE) cada processo foi adaptado para servir e melhorar as caracter��sticas mais singulares de cada territ��rio para alcan��ar posi����es de lideran��a global. Portanto, o sucesso do PE �� baseado na simplifica����o da complexidade dos modelos e atores envolvidos nos processos de forma����o dos territ��rios e das cidades globais. Esta pesquisa tem como objetivo analisar o valor do PE como um processo de gest��o territorial e urbana; como tamb��m esclarecer os modelos e elementos do PE estudados. Para, ent��o, poder identificar as rela����es que ocorrem entre os modelos e os principais elementos integrantes de um PE. Como recorte de pesquisa, ap��s consultas com o tutor da pesquisa e com outros pesquisadores especialistas, decidiu-se analisar os aspectos mais caracter��sticos do processo estrat��gico, sendo eles: os territoriais, os econ��micos e os de governabilidade. Esta pesquisa ���e um estudo de casos. Para realiz��-lo, foram escolhidos dois estudos de campo (Dubai e Cingapura) e al��m de consultas com especialistas multidisciplinares, cujas informa����es e colabora����es foram analisadas por um sistema de analise de realidades complexas, explicado na parte conceitual dessa tese. Os resultados do estudo dos casos de Dubai e Cingapura mostra como as a����es urbanoterritoriais que foram realizadas em ambas cidades e em seus territ��rios circundantes s��o resultado do uso do planejamento estrat��gico em prol de uma melhor localiza����o no contexto global. Assim, atrav��s da an��lise das assimetrias e da rela����o entre o processo, os estudos de caso e o contexto global, identifica-se e esclarece os termos relacionados com as cidades globais referentes, consolidadas e emergentes. Tamb��m, no arcabou��o conceitual correlacionase e esclarecem-se os processos econ��micos, territoriais e de governabilidade, identificando as responsabilidades das institui����es, ag��ncias, agentes e atores (p��blicos e privados), que iniciam e gerenciam tanto o plano estrat��gico, como os processos derivados. A an��lise cruzada dos resultados demonstra a rela����o entre o planejamento estrat��gico, o planejamento urbano-territorial, a gest��o econ��mica e a governabilidade. A pesquisa �� capaz de identificar as assimetrias produzidas durante a implementa����o de um plano estrat��gico, para que depois da an��lise do sistema de realidades complexas, essas assimetrias possam ser resolvidas. ABSTRACT Globalization, in recent decades, has had a wide impact and influence on the evolution of the processes involved in the urban planning management. This influence has been particularly notable in the formation processes for the Global Cities (GC). However, within the current processes, even in those started decades ago, discrepancies are found between the urbanterritorial models and their relation to the processes of formation for the CG. This is because each territory, or CG, has not followed a uniform process; although, each process has been adapted through the business model of the "Strategic Planning" (SP) to serve and enhance the most unique characteristics of each urban territory, until reaching the ambitious global leadership positions. Therefore, the success of SP is based on simplifying the complexity of the models and actors involved in the processes of formation of the GCs and territories. This research aims to analyze the value of SP as a process for the urban and territorial management; intended to clarify both models and elements of which it is composed. And, for so, identify the relationships that occur between them. For reasons related to the required limits of all research, and through the support of this research by both the tutor and the consulted outside experts, has agreed to analyze the most characteristic aspects of the strategic process, which are: territory, economy and governance. This research was conducted through the use of the case study methodology; by a process of information collection of two field studies, Singapore and Dubai, with similarities in both the process and the results; and through consultation with a variety of multidisciplinary experts. Whose information and input has been articulated and processed by the use of a system prepared for the complex analysis of realities presented in the research���s conceptual framework. Thus, analyzing the asymmetries and relationship between the results of the study cases of Singapore and Dubai, have shown how the urban-territorial actions, which have been carried out in both cities and in their surrounding territories, are the result of the use of the strategic planning process for the benefit of a better position with respect to the global context. Meanwhile, along the conceptual framework correlates and clarifies the territorial, economic and governance processes, identifying responsibilities between the institutions, agencies, agents and actors (public and private) that initiate and manage both strategic planning and processes derived from it. Finally, the cross-analysis of the results shows the relationship between strategic planning, urban and territorial planning, economic management and governance. Being able to identify and eliminate the asymmetries produced during the implementation of a strategic planning for the formation of a Global City.

Microstructure-based numerical modeling of the mechanical behavior of Mg alloys

Dentro de los materiales estructurales, el magnesio y sus aleaciones est��n siendo el foco de una de profunda investigaci��n. Esta investigaci��n est�� dirigida a comprender la relaci��n existente entre la microestructura de las aleaciones de Mg y su comportamiento mec��nico. El objetivo es optimizar las aleaciones actuales de magnesio a partir de su microestructura y dise��ar nuevas aleaciones. Sin embargo, el efecto de los factores microestructurales (como la forma, el tama��o, la orientaci��n de los precipitados y la morfolog��a de los granos) en el comportamiento mec��nico de estas aleaciones est�� todav��a por descubrir. Para conocer mejor de la relaci��n entre la microestructura y el comportamiento mec��nico, es necesaria la combinaci��n de t��cnicas avanzadas de caracterizaci��n experimental como de simulaci��n num��rica, a diferentes longitudes de escala. En lo que respecta a las t��cnicas de simulaci��n num��rica, la homogeneizaci��n policristalina es una herramienta muy ��til para predecir la respuesta macrosc��pica a partir de la microestructura de un policristal (caracterizada por el tama��o, la forma y la distribuci��n de orientaciones de los granos) y el comportamiento del monocristal. La descripci��n de la microestructura se lleva a cabo mediante modernas t��cnicas de caracterizaci��n (difracci��n de rayos X, difracci��n de electrones retrodispersados, as�� como con microscopia ��ptica y electr��nica). Sin embargo, el comportamiento del cristal sigue siendo dif��cil de medir, especialmente en aleaciones de Mg, donde es muy complicado conocer el valor de los par��metros que controlan el comportamiento mec��nico de los diferentes modos de deslizamiento y maclado. En la presente tesis se ha desarrollado una estrategia de homogeneizaci��n computacional para predecir el comportamiento de aleaciones de magnesio. El comportamiento de los policristales ha sido obtenido mediante la simulaci��n por elementos finitos de un volumen representativo (RVE) de la microestructura, considerando la distribuci��n real de formas y orientaciones de los granos. El comportamiento del cristal se ha simulado mediante un modelo de plasticidad cristalina que tiene en cuenta los diferentes mecanismos f��sicos de deformaci��n, como el deslizamiento y el maclado. Finalmente, la obtenci��n de los par��metros que controlan el comportamiento del cristal (tensiones cr��ticas resueltas (CRSS) as�� como las tasas de endurecimiento para todos los modos de maclado y deslizamiento) se ha resuelto mediante la implementaci��n de una metodolog��a de optimizaci��n inversa, una de las principales aportaciones originales de este trabajo. La metodolog��a inversa pretende, por medio del algoritmo de optimizaci��n de Levenberg-Marquardt, obtener el conjunto de par��metros que definen el comportamiento del monocristal y que mejor ajustan a un conjunto de ensayos macrosc��picos independientes. Adem��s de la implementaci��n de la t��cnica, se han estudiado tanto la objetividad del metodolog��a como la unicidad de la soluci��n en funci��n de la informaci��n experimental. La estrategia de optimizaci��n inversa se us�� inicialmente para obtener el comportamiento cristalino de la aleaci��n AZ31 de Mg, obtenida por laminado. Esta aleaci��n tiene una marcada textura basal y una gran anisotrop��a pl��stica. El comportamiento de cada grano incluy�� cuatro mecanismos de deformaci��n diferentes: deslizamiento en los planos basal, prism��tico, piramidal hc+ai, junto con el maclado en tracci��n. La validez de los par��metros resultantes se valid�� mediante la capacidad del modelo policristalino para predecir ensayos macrosc��picos independientes en diferentes direcciones. En segundo lugar se estudi�� mediante la misma estrategia, la influencia del contenido de Neodimio (Nd) en las propiedades de una aleaci��n de Mg-Mn-Nd, obtenida por extrusi��n. Se encontr�� que la adici��n de Nd produce una progresiva isotropizaci��n del comportamiento macrosc��pico. El modelo mostr�� que este incremento de la isotrop��a macrosc��pica era debido tanto a la aleatoriedad de la textura inicial como al incremento de la isotrop��a del comportamiento del cristal, con valores similares de las CRSSs de los diferentes modos de deformaci��n. Finalmente, el modelo se emple�� para analizar el efecto de la temperatura en el comportamiento del cristal de la aleaci��n de Mg-Mn-Nd. La introducci��n en el modelo de los efectos non-Schmid sobre el modo de deslizamiento piramidal hc+ai permiti�� capturar el comportamiento mec��nico a temperaturas superiores a 150_C. Esta es la primera vez, de acuerdo con el conocimiento del autor, que los efectos non-Schmid han sido observados en una aleaci��n de Magnesio. The study of Magnesium and its alloys is a hot research topic in structural materials. In particular, special attention is being paid in understanding the relationship between microstructure and mechanical behavior in order to optimize the current alloy microstructures and guide the design of new alloys. However, the particular effect of several microstructural factors (precipitate shape, size and orientation, grain morphology distribution, etc.) in the mechanical performance of a Mg alloy is still under study. The combination of advanced characterization techniques and modeling at several length scales is necessary to improve the understanding of the relation microstructure and mechanical behavior. Respect to the simulation techniques, polycrystalline homogenization is a very useful tool to predict the macroscopic response from polycrystalline microstructure (grain size, shape and orientation distributions) and crystal behavior. The microstructure description is fully covered with modern characterization techniques (X-ray diffraction, EBSD, optical and electronic microscopy). However, the mechanical behaviour of single crystals is not well-known, especially in Mg alloys where the correct parameterization of the mechanical behavior of the different slip/twin modes is a very difficult task. A computational homogenization framework for predicting the behavior of Magnesium alloys has been developed in this thesis. The polycrystalline behavior was obtained by means of the finite element simulation of a representative volume element (RVE) of the microstructure including the actual grain shape and orientation distributions. The crystal behavior for the grains was accounted for a crystal plasticity model which took into account the physical deformation mechanisms, e.g. slip and twinning. Finally, the problem of the parametrization of the crystal behavior (critical resolved shear stresses (CRSS) and strain hardening rates of all the slip and twinning modes) was obtained by the development of an inverse optimization methodology, one of the main original contributions of this thesis. The inverse methodology aims at finding, by means of the Levenberg-Marquardt optimization algorithm, the set of parameters defining crystal behavior that best fit a set of independent macroscopic tests. The objectivity of the method and the uniqueness of solution as function of the input information has been numerically studied. The inverse optimization strategy was first used to obtain the crystal behavior of a rolled polycrystalline AZ31 Mg alloy that showed a marked basal texture and a strong plastic anisotropy. Four different deformation mechanisms: basal, prismatic and pyramidal hc+ai slip, together with tensile twinning were included to characterize the single crystal behavior. The validity of the resulting parameters was proved by the ability of the polycrystalline model to predict independent macroscopic tests on different directions. Secondly, the influence of Neodymium (Nd) content on an extruded polycrystalline Mg-Mn-Nd alloy was studied using the same homogenization and optimization framework. The effect of Nd addition was a progressive isotropization of the macroscopic behavior. The model showed that this increase in the macroscopic isotropy was due to a randomization of the initial texture and also to an increase of the crystal behavior isotropy (similar values of the CRSSs of the different modes). Finally, the model was used to analyze the effect of temperature on the crystal behaviour of a Mg-Mn-Nd alloy. The introduction in the model of non-Schmid effects on the pyramidal hc+ai slip allowed to capture the inverse strength differential that appeared, between the tension and compression, above 150_C. This is the first time, to the author's knowledge, that non-Schmid effects have been reported for Mg alloys.

Mechanical behavior of 2G REBCO HTS at 77 and 300 K

El gran esfuerzo realizado durante la ��ltima d��cada con el fin de integrar los diferentes materiales superconductores en el campo de los sistemas el��ctricos y en otras aplicaciones tecnol��gicas ha dado lugar a un campo de investigaci��n amplio y prometedor. El comportamiento el��ctrico de los Superconductores de Alta Temperatura (SAT) cr��tica (masivo y cintas) depende de diferentes par��metros desde su fabricaci��n hasta la aplicaci��n final con imanes o cables. Sin embargo, las aplicaciones pr��cticas de estos materiales est��n fuertemente vinculadas con su comportamiento mec��nico tanto a temperatura ambiente (manipulaci��n durante fabricaci��n o instalaci��n) como a temperaturas criog��nicas (condiciones de servicio). En esta tesis se ha estudiado el comportamiento mec��nico de materiales masivos y cintas de alta temperatura cr��tica a 300 y 77 K (utilizando nitr��geno l��quido). Se han obtenido la resistencia en flexi��n, la tenacidad de fractura y la resistencia a tracci��n a la temperatura de servicio y a 300 K. Adicionalmente, se ha medido la dureza mediante el ensayo Vickers y nanoindentaci��n. El m��dulo Young se midi�� mediante tres m��todos diferentes: 1) nanoindentaci��n, 2) ensayos de flexi��n en tres puntos y 3) resonancia vibracional mediante grindosonic. Para cada condici��n de ensayo, se han analizado detalladamente las superficies de fractura y los micromecanismos de fallo. Las propiedades mec��nicas de los materiales se han comparado con el fin de entender la influencia de las t��cnicas de procesado y de las caracter��sticas microestructurales de los monocristales en su comportamiento mec��nico. Se ha estudiado el comportamiento electromec��nico de cintas comerciales superconductoras de YBCO mediante ensayos de tracci��n y fatiga a 77 y 300 K. El campo completo de deformaciones en la superficie del material se ha obtenido utilizando Correlaci��n Digital de Im��genes (DIC, por sus siglas en ingl��s) a 300 K. Adem��s, se realizaron ensayos de fragmentaci��n in situ dentro de un microscopio electr��nico con el fin de estudiar la fractura de la capa superconductora y determinar la resistencia a cortante de la intercara entre el substrato y la capa cer��mica. Se ha conseguido ver el proceso de la fragmentaci��n aplicando tensi��n axial y finalmente, se han implementado simulaciones mediante elementos finitos para reproducir la delaminaci��n y el fen��meno de la fragmentaci��n. Por ��ltimo, se han preparado uniones soldadas entre las capas de cobre de dos cintas superconductoras. Se ha medido la resistencia el��ctrica de las uniones con el fin de evaluar el metal de soldadura y el proceso. Asimismo, se ha llevado a cabo la caracterizaci��n mec��nica de las uniones mediante ensayos "single lap shear" a 300 y 77 K. El efecto del campo magn��tico se ha estudiado aplicando campo externo hasta 1 T perpendicular o paralelo a la cinta-uni��n a la temperatura de servicio (77 K). Finalmente, la distribuci��n de tensiones en cada una de las capas de la cinta se estudi�� mediante simulaciones de elementos finitos, teniendo en cuenta las capas de la cinta mec��nicamente m��s representativas (Cu-Hastelloy-Cu) que influyen en su comportamiento mec��nico. The strong effort that has been made in the last years to integrate the different superconducting materials in the field of electrical power systems and other technological applications led to a wide and promising research field. The electrical behavior of High Temperature Superconducting (HTS) materials (bulk and coated conductors) depends on different parameters since their processing until their final application as magnets or cables. However, practical applications of such materials are strongly related with their mechanical performance at room temperature (handling) as well as at cryogenic temperatures (service conditions). In this thesis, the mechanical behavior of HTS bulk and coated conductors was investigated at 300 and 77 K (by immersion in liquid nitrogen). The flexural strength, the fracture toughness and the tensile strength were obtained at service temperature as well as at 300 K. Furthermore, their hardness was determined by Vickers measurements and nanoindentation and the Young's modulus was measured by three different techniques: 1) nanoindentation, 2) three-point bending tests and 3) vibrational resonance with a grindosonic device. The fracture and deformation micromechanics have been also carefully analyzed for each testing condition. The comparison between the studied materials has been performed in order to understand the influence of the main sintering methods and the microstructural characteristics of the single grains on the macroscopic mechanical behavior. The electromechanical behavior of commercial YBCO coated conductors was studied. The mechanical behavior of the tapes was studied under tensile and fatigue tests at 77 and 300 K. The complete strain field on the surface of the sample was obtained by applying Digital Image Correlation (DIC) at 300 K. Addionally, in situ fragmentation tests inside a Scanning Electron Microscope (SEM) were carried out in order to study the fragmentation of the superconducting layer and determine the interfacial shear strength between substrate and ceramic layer. The fragmentation process upon loading of the YBCO layer has been observed and finally, Finite Element Simulations were employed to reproduce delamination and fragmentation phenomena. Finally, joints between the stabilizing Cu sides of two coated conductors have been prepared. The electrical resistivity of the joints was measured for the purpose of qualifying the soldering material and evaluating the soldering process. Additionally, mechanical characterization under single lap shear tests at 300 and 77 K has been carried out. The effect of the applied magnetic field has been studied by applying external magnetic field up to 1 T perpendicular and parallel to the tape-joint at service temperature (77 K). Finally, finite element simulations were employed to study the distribution of the stresses in earch layer, taking into account the three mechanically relevant layers of the coated conductor (Cu-Hastelloy-Cu) that affect its mechanical behavior

Ensayo no destructivo de soldaduras en pernos conectores mediante inspecci��n ac��stica = Non-destructive test of welding headed studs through acoustic emission

Los pernos conectores aportan m��ltiples ventajas de uso, entre las que se encuentra el elevado margen de seguridad que ofrecen sus soldaduras ejecutadas mediante arco el��ctrico. Estas soldaduras, aunque ampliamente fiables, son dif��cilmente comprobadas mediante ensayos no destructivos. Aparte de la inspecci��n visual, que aporta gran informaci��n sobre la calidad de ejecuci��n de la soldadura, el resto de ensayos no destructivos (l��quidos penetrantes, part��culas magn��ticas, ultrasonidos, radiograf��as, etc.) resultan inviables en estos elementos. Por otro lado, los ensayos ac��sticos de piezas met��licas han existido siempre. Su comprobaci��n se basaba en el an��lisis por medio de ��un o��do fino�� del sonido resultante tras ser golpeado el elemento a evaluar. Con estas premisas se plantea el presente estudio de inspecci��n de las soldaduras en pernos conectores mediante su espectro ac��stico. Anal��ticamente, la investigaci��n se ha centrado en el c��lculo inform��tico de los primeros modos propios de vibraci��n mediante elementos finitos. Se han modelizado diferentes grados de penetraci��n de la soldadura mediante la modificaci��n de las condiciones de contorno. Se ha observado que variando el n��mero de movimientos coaccionados en los nodos pertenecientes a la soldadura se produce una reducci��n en su frecuencia de vibraci��n.

Estudio de la fisuraci��n en muestras de hormig��n debido a la corrosi��n de las armaduras

La corrosi��n del acero en estructuras de hormig��n armado puede causar fisuraci��n debido a la expansi��n volum��trica del ��xido respecto al acero inicial. Para estudiar esta fisuraci��n, se realizaron ensayos de corrosi��n acelerada en primas de hormig��n con un tubo liso de acero como armadura. Despu��s de corrosi��n, se estudi�� el patr��n de fisuraci��n resultante en secciones transversales de los prismas y se realiz�� un an��lisis cuantitativo para comparar el patr��n entre muestras. Complementariamente, los ensayos se simularon utilizando un modelo que reproduce la expansi��n del ��xido y que trabaja con elementos finitos con fisura embebida adaptable para reproducir la fractura del hormig��n seg��n el modelo de fisura cohesiva est��ndar. Los resultados num��ricos coincidieron con los experimentales, aunque en secciones con tubo se observ�� mayor sensibilidad a los par��metros del ��xido que en secciones con barra maciza, que se investigar�� en el futuro para obtener informaci��n sobre el ��xido

Influencia de un recubrimiento de vinilo en la tensi��n de fractura del vidrio en ensayos de anillos conc��ntricos con gran superficie

El comportamiento post-rotura de los vidrios laminados es uno de los temas que est��n siendo investigados para explicar la capacidad de carga remanente tras la rotura de la primera l��mina. En investigaciones previas se ha observado que en el caso de impacto humano en vidrios recocidos se llega a una capacidad hasta 3 veces superior, sin explicaci��n clara del comportamiento estructural del conjunto. Para realizar un acercamiento a la resistencia a la rotura del vidrio laminado se ha planificado una campa��a de ensayos de rotura con anillos conc��ntricos de grandes superficies en vidrio recocido, termoendurecido y templado, con dos series adicionales de vidrio recocido y termoendurecido con una capa de butiral adherida justo despu��s del proceso de fabricaci��n. Para realizar la comparaci��n de las distribuciones de Weibull de las distintas tensiones de rotura se utiliza un proceso iterativo basado en la distribuci��n real de tensiones obtenida con un modelo de elementos finitos ajustado con datos experimentales. Las comparaciones finales muestran un aumento apreciable de la resistencia (45%) en el caso de vidrios recocidos, y menor en el de los termoendurecidos (25%).The post-fracture behavior of the laminated glasses is one of the research topics that are being studied to explain the load capacity after the break of the first sheet. Previous experimental work have shown, that in case of human impact in annealed glasses, the capacity of bearing load it can be up to 3 times higher without clear explanation of the structural behavior of the plate. To make an approximation to the post-fracture resistance, a experimental program to test annealed, heat-tempered and toughened glass plates has been prepared. Two additional series of annealed and heattempered, with a layer of polyvinyl butyral adhered just after the manufacturing process, have also been incorporated. Coaxial Double Ring with large test surface areas Coaxial Double Ring with large test surface areas is the standard that has been followed. To make the comparison of Weibull's distributions of the different fracture stress, an iterative process based on the actual stress distribution obtained with a finite elements model updated with experimental results has been used. Final comparisons show a great stress improvement for the annealed glass plates (45 %), and a minor increment for the heat-tempered (25 %).

Los pilotes y micropilotes como soluci��n para estabilizar taludes

En los problemas de inestabilidad de taludes de desmonte o de terraplenes, en autopistas y carreteras se usan, a menudo, los pilotes y micropilotes. En esta comunicaci��n se analiza el problema de los esfuerzos de flexi��n que pueden aparecer en estos elementos (r��gidos y flexibles), como consecuencia de la inestabilidad de taludes, estableciendo un m��todo sencillo ��� basado en an��lisis con c��digos de elementos finitos ��� para estimar el m��ximo momento flector de estos ���pasadores���. As�� mismo, se analizan algunos casos particulares (provincia de Granada) en que se ha usado pilotes de gran di��metro y micropilotes, estableciendo un criterio de rigidez relativa (entre la del pilote y la deformabilidad del terreno) para establecer cu��ndo deben utilizarse los pilotes de gran di��metro, cu��ndo los de mediano di��metro y cu��ndo los micropilotes.

Modal analysis of buildings : quantification of uncertainties and model updating

Una estructura vibra con la suma de sus infinitos modos de vibraci��n, definidos por sus par��metros modales (frecuencias naturales, formas modales y coeficientes de amortiguamiento). Estos par��metros se pueden identificar a trav��s del An��lisis Modal Operacional (OMA). As��, un equipo de investigaci��n de la Universidad Polit��cnica de Madrid ha identificado las propiedades modales de un edificio de hormig��n armado en Madrid con el m��todo Identificaci��n de los sub-espacios estoc��sticos (SSI). Para completar el estudio din��mico de este edificio, se ha desarrollado un modelo de elementos finitos (FE) de este edificio de 19 plantas. Este modelo se ha calibrado a partir de su comportamiento din��mico obtenido experimentalmente a trav��s del OMA. Los objetivos de esta tesis son; (i) identificar la estructura con varios m��todos de SSI y el uso de diferentes ventanas de tiempo de tal manera que se cuantifican incertidumbres de los par��metros modales debidos al proceso de estimaci��n, (ii) desarrollar FEM de este edificio y calibrar este modelo a partir de su comportamiento din��mico, y (iii) valorar la bondad del modelo. Los par��metros modales utilizados en esta calibraci��n han sido; espesor de las losas, densidades de los materiales, m��dulos de elasticidad, dimensiones de las columnas y las condiciones de contorno de la cimentaci��n. Se ha visto que el modelo actualizado representa el comportamiento din��mico de la estructura con una buena precisi��n. Por lo tanto, este modelo puede utilizarse dentro de un sistema de monitorizaci��n estructural (SHM) y para la detecci��n de da��os. En el futuro, podr�� estudiar la influencia de los agentes medioambientales, tales como la temperatura o el viento, en los par��metros modales. A structure vibrates according to the sum of its vibration modes, defined by their modal parameters (natural frequencies, damping ratios and modal shapes). These parameters can be identified through Operational Modal Analysis (OMA). Thus, a research team of the Technical University of Madrid has identified the modal properties of a reinforced-concrete-frame building in Madrid using the Stochastic Subspace Identification (SSI) method and a time domain technique for the OMA. To complete the dynamic study of this building, a finite element model (FE) of this 19-floor building has been developed throughout this thesis. This model has been updated from its dynamic behavior identified by the OMA. The objectives of this thesis are to; (i) identify the structure with several SSI methods and using different time blocks in such a way that uncertainties due to the modal parameter estimation are quantified, (ii) develop a FEM of this building and tune this model from its dynamic behavior, and (iii) Assess the quality of the model, the modal parameters used in this updating process have been; thickness of slabs, material densities, modulus of elasticity, column dimensions and foundation boundary conditions. It has been shown that the final updated model represents the structure with a very good accuracy. Thus, this model might be used within a structural health monitoring framework (SHM). The study of the influence of changing environmental factors (such as temperature or wind) on the model parameters might be considered as a future work.

Sobre el comportamiento de micropilotes trabajando a flexi��n y/o cortante en estructuras de tierra

El empleo de los micropilotes en la ingenier��a civil ha revolucionado las t��cnicas de estabilizaci��n de terraplenes a media ladera, ya que aunque los pilotes pueden ser la opci��n m��s econ��mica, el uso de micropilotes permite llegar a sitios inaccesibles con menor coste de movimientos de tierras, realizaci��n de plataformas de trabajo de dimensiones reducidas, maquinaria necesaria es mucho m��s peque��a, liviana y vers��til en su uso, incluyendo la posibilidad de situar la fabricaci��n de morteros o lechadas a distancias de varias decenas de metros del elemento a ejecutar. Sin embargo, realizando una revisi��n de la documentaci��n t��cnica que se tiene en el ��mbito ingenieril, se comprob�� que los sistemas de dise��o de algunos casos (micropilotes en terraplenes a media ladera, micropilotes en pantallas verticales, micropilotes como ���paraguas��� en t��neles, etc.) eran bastante deficientes o poco desarrollados. Premisa que permite concluir que el constructor ha ido por delante (como suele ocurrir en ingenier��a geot��cnica) del c��lculo o de su an��lisis te��rico. Del mismo modo se determin�� que en su mayor��a los micropilotes se utilizan en labores de recalce o como nueva soluci��n de cimentaci��n en condiciones de dif��cil acceso, casos en los que el dise��o de los micropilotes viene definido por cargas axiales, de compresi��n o de tracci��n, consideraciones que se contemplan en reglamentaciones como la ���Gu��a para el proyecto y la ejecuci��n de micropilotes en obras de carretera��� del Ministerio de Fomento. En los micropilotes utilizados para estabilizar terraplenes a media ladera y micropilotes actuando como muros pantalla, en los que ��stos trabajan a esfuerzo cortante y flexi��n, no se dispone de sistemas de an��lisis fiables o no se introduce adecuadamente el problema de interacci��n terreno-micropilote. Adem��s en muchos casos, los par��metros geot��cnicos que se utilizan no tienen una base t��cnico-te��rica adecuada por lo que los dise��os pueden quedar excesivamente del lado de la seguridad, en la mayor��a de los casos, o todo lo contrario. Uno de los objetivos principales de esta investigaci��n es estudiar el comportamiento de los micropilotes que est��n sometidos a esfuerzos de flexi��n y cortante, adem��s de otros objetivos de gran importancia que se describen en el apartado correspondiente de esta tesis. Cabe indicar que en este estudio no se ha incluido el caso de micropilotes quasi-horizontales trabajando a flexion (como los ���paraguas��� en t��neles), por considerarse que estos tienen un comportamiento y un c��lculo diferente, que est�� fuera del alcance de esta investigaci��n. Se ha profundizado en el estudio del empleo de micropilotes en taludes, presentando casos reales de obras ejecutadas, datos estad��sticos, problemas de dise��o y ejecuci��n, m��todos de c��lculo simplificados y modelaci��n te��rica en cada caso, efectuada mediante el empleo de elementos finitos con el C��digo Plaxis 2D. Para llevar a cabo los objetivos que se buscan con esta investigaci��n, se ha iniciado con el desarrollo del ���Estado del Arte��� que ha permitido establecer tipolog��a, aplicaciones, caracter��sticas y c��lculo de los micropilotes que se emplean habitualmente. Seguidamente y a efectos de estudiar el problema dentro de un marco geot��cnico real, se ha seleccionado una zona espa��ola de actuaci��n, siendo ��sta Andaluc��a, en la que se ha utilizado de manera muy importante la t��cnica de micropilotes sobre todo en problemas de estabilidad de terraplenes a media ladera. A partir de ah��, se ha realizado un estudio de las propiedades geot��cnicas de los materiales (principalmente suelos y rocas muy blandas) que est��n presentes en esta zona geogr��fica, estudio que ha sido principalmente bibliogr��fico o a partir de la experiencia en la zona del Director de esta tesis. Del an��lisis realizado se han establecido ordenes de magnitud de los par��metros geot��cnicos, principalmente la cohesi��n y el ��ngulo de rozamiento interno (adem��s del m��dulo de deformaci��n aparente o de un m��dulo de reacci��n lateral equivalente) para los diversos terrenos andaluces. Con el objeto de conocer el efecto de la ejecuci��n de un micropilote en el terreno (volumen medio real del micropilote, una vez ejecutado; efecto de la presi��n aplicada en las propiedades del suelo circundante, etc.) se ha realizado una encuesta entre diversas empresas espa��olas especializadas en la t��cnica de los micropilotes, a efectos de controlar los vol��menes de inyecci��n y las presiones aplicadas, en funci��n de la deformabilidad del terreno circundante a dichos micropilotes, con lo que se ha logrado definir una rigidez a flexi��n equivalente de los mismos y la definici��n y caracter��sticas de una corona de terreno ���mejorado��� lograda mediante la introducci��n de la lechada y el efecto de la presi��n alrededor del micropilote. Con las premisas anteriores y a partir de los par��metros geot��cnicos determinados para los terrenos andaluces, se ha procedido a estudiar la estabilidad de terraplenes apoyados sobre taludes a media ladera, mediante el uso de elementos finitos con el C��digo Plaxis 2D. En el cap��tulo 5. ���Simulaci��n del comportamiento de micropilotes estabilizando terraplenes���, se han desarrollado diversas simulaciones. Para empezar se simplific�� el problema simulando casos similares a algunos reales en los que se conoc��a que los terraplenes hab��an llegado hasta su situaci��n l��mite (de los que se dispon��a informaci��n de movimientos medidos con inclin��metros), a partir de ah�� se inici�� la simulaci��n de la inestabilidad para establecer el valor de los par��metros de resistencia al corte del terreno (mediante un an��lisis retrospectivo ��� back-an��lisis) comprobando a su vez que estos valores eran similares a los deducidos del estudio bibliogr��fico. Seguidamente se han introducido los micropilotes en el borde de la carretera y se ha analizado el comportamiento de ��stos y del talud del terrapl��n (una vez construidos los micropilotes), con el objeto de establecer las bases para su dise��o. De este modo y adoptando los distintos par��metros geot��cnicos establecidos para los terrenos andaluces, se simularon tres casos reales (en Granada, M��laga y Ceuta), comparando los resultados de dichas simulaciones num��ricas con los resultados de medidas reales de campo (desplazamientos del terreno, medidos con inclin��metros), obteni��ndose una reproducci��n bastante acorde a los movimientos registrados. Con las primeras simulaciones se concluye que al instalar los micropilotes la zona m��s insegura de la ladera es la de aguas abajo. La superficie de rotura ya no afecta a la calzada que protegen los micropilotes. De ah�� que se deduzca que esta soluci��n sea v��lida y se haya aplicado masivamente en Andaluc��a. En esas condiciones, podr��a decirse que no se est�� simulando adecuadamente el trabajo de flexi��n de los micropilotes (en la superficie de rotura, ya que no les corta), aunque se utilicen elementos viga. Por esta raz��n se ha realizado otra simulaci��n, basada en las siguientes hip��tesis: ��� Se desprecia totalmente la masa potencialmente deslizante, es decir, la que est�� por delante de la fila exterior de micros. ��� La estratigraf��a del terreno es similar a la considerada en las primeras simulaciones. ��� La barrera de micropilotes est�� constituida por dos elementos inclinados (uno hacia dentro del terrapl��n y otro hacia fuera), con inclinaci��n 1(H):3(V). ��� Se puede introducir la rigidez del encepado. ��� Los micros est��n separados 0,556 m �� 1,00 m dentro de la misma alineaci��n. ��� El empotramiento de los micropilotes en el sustrato resistente puede ser entre 1,5 y 7,0 m. Al ���anular��� el terreno que est�� por delante de los micropilotes, a lo largo del talud, estos elementos empiezan claramente a trabajar, pudiendo deducirse los esfuerzos de cortante y de flexi��n que puedan actuar sobre ellos (cota superior pero pr��cticamente muy cerca de la soluci��n real). En esta nueva modelaci��n se ha considerado tanto la rigidez equivalente (coeficiente ��) como la corona de terreno tratado conc��ntrico al micropilote. De acuerdo a esto ��ltimo, y gracias a la comparaci��n de estas modelaciones con valores reales de movimientos en laderas instrumentadas con problemas de estabilidad, se ha verificado que existe una similitud bastante importante entre los valores te��ricos obtenidos y los medidos en campo, en relaci��n al comportamiento de los micropilotes ejecutados en terraplenes a media ladera. Finalmente para completar el an��lisis de los micropilotes trabajando a flexi��n, se ha estudiado el caso de micropilotes dispuestos verticalmente, trabajando como pantallas discontinuas provistas de anclajes, aplicado a un caso real en la ciudad de Granada, en la obra ���Hospital de Nuestra Se��ora de la Salud���. Para su an��lisis se utiliz�� el c��digo num��rico CYPE, basado en que la reacci��n del terreno se simula con muelles de rigidez Kh o ���m��dulo de balasto��� horizontal, introduciendo en la modelaci��n como variables: a) Las diferentes medidas obtenidas en campo; b) El espesor de terreno cuaternario, que por lo que se pudo determinar, era variable, c) La rigidez y tensi��n inicial de los anclajes. d) La rigidez del terreno a trav��s de valores relativos de Kh, recopilados en el estudio de los suelos de Andaluc��a, concretamente en la zona de Granada. Dicha pantalla se instrument�� con 4 inclin��metros (introducidos en los tubos de armadura de cuatro micropilotes), a efectos de controlar los desplazamientos horizontales del muro de contenci��n durante las excavaciones pertinentes, a efectos de comprobar la seguridad del conjunto. A partir del modelo de c��lculo desarrollado, se ha comprobado que el valor de Kh pierde importancia debido al gran n��mero de niveles de anclajes, en lo concerniente a las deformaciones horizontales de la pantalla. Por otro lado, los momentos flectores son bastante sensibles a la distancia entre anclajes, al valor de la tensi��n inicial de los mismos y al valor de Kh. Dicho modelo tambi��n ha permitido reproducir de manera fiable los valores de desplazamientos medidos en campo y deducir los par��metros de deformabilidad del terreno, Kh, con valores del orden de la mitad de los medidos en el Metro Ligero de Granada, pero visiblemente superiores a los deducibles de ��bacos que permiten obtener Kh para suelos granulares con poca cohesi��n (gravas y cuaternario superior de Sevilla) como es el caso del ��baco de Arozamena, debido, a nuestro juicio, a la cementaci��n de los materiales presentes en Granada. En definitiva, de las anteriores deducciones se podr��a pensar en la optimizaci��n del dise��o de los micropilotes en las obras que se prevean ejecutar en Granada, con similares caracter��sticas al caso de la pantalla vertical arriostrada mediante varios niveles de anclajes y en las que los materiales de emplazamiento tengan un comportamiento geot��cnico similar a los estudiados, con el consiguiente ahorro econ��mico. Con todo ello, se considera que se ha hecho una importante aportaci��n para el dise��o de futuras obras de micropilotes, trabajando a flexi��n y cortante, en obras de estabilizaci��n de laderas o de excavaciones. Using micropiles in civil engineering has transformed the techniques of stabilization of embankments on the natural or artificial slopes, because although the piles may be the cheapest option, the use of micropiles can reach inaccessible places with lower cost of earthworks, carrying out small work platforms. Machinery used is smaller, lightweight and versatile, including the possibility of manufacturing mortars or cement grouts over distances of several tens of meters of the element to build. However, making a review of the technical documentation available in the engineering field, it was found that systems designed in some cases (micropiles in embankments on the natural slopes, micropiles in vertical cut-off walls, micropiles like "umbrella" in tunnels, etc.) were quite poor or underdeveloped. Premise that concludes the builder has gone ahead (as usually happen in geotechnical engineering) of calculation or theoretical analysis. In the same way it was determined that most of the micropiles are used in underpinning works or as a new foundation solution in conditions of difficult access, in which case the design of micropiles is defined by axial, compressive or tensile loads, considered in regulations as the " Handbook for the design and execution of micropiles in road construction" of the Ministry of Development. The micropiles used to stabilize embankments on the slopes and micropiles act as retaining walls, where they work under shear stress and bending moment, there are not neither reliable systems analysis nor the problem of soil-micropile interaction are properly introduced. Moreover, in many cases, the geotechnical parameters used do not have a proper technical and theoretical basis for what designs may be excessively safe, or the opposite, in most cases. One of the main objectives of this research is to study the behavior of micro piles which are subjected to bending moment and shear stress, as well as other important objectives described in the pertinent section of this thesis. It should be noted that this study has not included the case of quasi-horizontal micropiles working bending moment (as the "umbrella" in tunnels), because it is considered they have a different behavior and calculation, which is outside the scope of this research. It has gone in depth in the study of using micropiles on slopes, presenting real cases of works made, statistics, problems of design and implementation, simplified calculation methods and theoretical modeling in each case, carried out by using FEM (Finite Element Method) Code Plaxis 2D. To accomplish the objectives of this research, It has been started with the development of the "state of the art" which stipulate types, applications, characteristics and calculation of micropiles that are commonly used. In order to study the problem in a real geotechnical field, it has been selected a Spanish zone of action, this being Andalusia, in which it has been used in a very important way, the technique of micropiles especially in embankments stability on natural slopes. From there, it has made a study of the geotechnical properties of the materials (mainly very soft soils and rocks) that are found in this geographical area, which has been mainly a bibliographic study or from the experience in the area of the Director of this thesis. It has been set orders of magnitude of the geotechnical parameters from analyzing made, especially the cohesion and angle of internal friction (also apparent deformation module or a side reaction module equivalent) for various typical Andalusian ground. In order to determine the effect of the implementation of a micropile on the ground (real average volume of micropile once carried out, effect of the pressure applied on the properties of the surrounding soil, etc.) it has conducted a survey among various skilled companies in the technique of micropiles, in order to control injection volumes and pressures applied, depending on the deformability of surrounding terrain such micropiles, whereby it has been possible to define a bending stiffness and the definition and characteristics of a crown land "improved" achieved by introducing the slurry and the effect of the pressure around the micropile. With the previous premises and from the geotechnical parameters determined for the Andalusian terrain, we proceeded to study the stability of embankments resting on batters on the slope, using FEM Code Plaxis 2D. In the fifth chapter "Simulation of the behavior of micropiles stabilizing embankments", there were several different numerical simulations. To begin the problem was simplified simulating similar to some real in which it was known that the embankments had reached their limit situation (for which information of movements measured with inclinometers were available), from there the simulation of instability is initiated to set the value of the shear strength parameters of the ground (by a retrospective analysis or back-analysis) checking these values were similar to those deduced from the bibliographical study Then micropiles have been introduced along the roadside and its behavior was analyzed as well as the slope of embankment (once micropiles were built ), in order to establish the basis for its design. In this way and taking the different geotechnical parameters for the Andalusian terrain, three real cases (in Granada, Malaga and Ceuta) were simulated by comparing the results of these numerical simulations with the results of real field measurements (ground displacements measured with inclinometers), getting quite consistent information according to registered movements. After the first simulations it has been concluded that after installing the micropiles the most insecure area of the natural slope is the downstream. The failure surface no longer affects the road that protects micropiles. Hence it is inferred that this solution is acceptable and it has been massively applied in Andalusia. Under these conditions, one could say that it is not working properly simulating the bending moment of micropiles (on the failure surface, and that does not cut them), although beam elements are used. Therefore another simulation was performed based on the following hypotheses: ��� The potentially sliding mass is totally neglected, that is, which is ahead of the outer row of micropiles. ��� Stratigraphy field is similar to the one considered in the first simulations. ��� Micropiles barrier is constituted by two inclined elements (one inward and one fill out) with inclination 1 (H): 3 (V). ��� You can enter the stiffness of the pile cap. ��� The microlies lines are separated 0.556 m or 1.00 m in the same alignment. ��� The embedding of the micropiles in the tough substrate can be between 1.5 and 7.0 m. To "annul" the ground that is in front of the micro piles, along the slope, these elements clearly start working, efforts can be inferred shear stress and bending moment which may affect them (upper bound but pretty close to the real) solution. In this new modeling it has been considered both equivalent stiffness coefficient (��) as the treated soil crown concentric to the micropile. According to the latter, and by comparing these values with real modeling movements on field slopes instrumented with stability problems, it was verified that there is quite a significant similarity between the obtained theoretical values and the measured field in relation to the behavior of micropiles executed in embankments along the natural slope. Finally to complete the analysis of micropiles working in bending conditions, we have studied the case of micropiles arranged vertically, working as discontinued cut-off walls including anchors, applied to a real case in the city of Granada, in the play "Hospital of Our Lady of the Health ". CYPE numeric code, based on the reaction of the ground is simulated spring stiffness Kh or "subgrade" horizontal, introduced in modeling was used as variables for analysis: a) The different measurements obtained in field; b) The thickness of quaternary ground, so that could be determined, was variable, c) The stiffness and the prestress of the anchors. d) The stiffness of the ground through relative values of Kh, collected in the study of soils in Andalusia, particularly in the area of Granada. (previously study of the Andalusia soils) This cut-off wall was implemented with 4 inclinometers (introduced in armor tubes four micropiles) in order to control the horizontal displacements of the retaining wall during the relevant excavations, in order to ensure the safety of the whole. From the developed model calculation, it was found that the value of Kh becomes less important because a large number of anchors levels, with regard to the horizontal deformation of the cut-off wall. On the other hand, the bending moments are quite sensitive to the distance between anchors, the initial voltage value thereof and the value of Kh. This model has also been reproduced reliably displacement values measured in the field and deduce parameters terrain deformability, Kh, with values around half the measured Light Rail in Granada, but visibly higher than deductible of abacuses which can obtain Kh for granular soils with low cohesion (upper Quaternary gravels and Sevilla) such as Abacus Arozamena, because, in our view, to cementing materials in Granada. In short, previous deductions you might think on optimizing the design of micropiles in the works that are expected to perform in Granada, with similar characteristics to the case of the vertical cut-off wall braced through several levels of anchors and in which materials location have a geotechnical behavior similar to those studied, with the consequent economic savings. With all this, it is considered that a significant contribution have been made for the design of future works of micropiles, bending moment and shear stress working in slope stabilization works or excavations.

Acoustic characterization of open cavities with the image source model

El objetivo de esta tesis es investigar las resonancias ac��sticas de una cavidad abierta tridimensional, de paredes rectas o inclinadas, mediante un m��todo r��pido y eficiente en el dominio del tiempo. Este m��todo modela la respuesta temporal en cualquier punto como la convoluci��n de la forma de onda de la fuente con la respuesta impulsiva de la cavidad, la cual se obtiene como una secuencia de impulsos retardados y atenuados procedentes de la fuente real, el primero, y de las fuentes im��genes especulares, los siguientes (Modelo Fuente Imagen, ISM). Adem��s de las componentes directa y reflejadas en las paredes, la respuesta impulsiva tambi��n incluye las contribuciones difractadas en los bordes, obtenidas mediante la generaci��n de las componentes difractadas de cada fuente imagen. Las frecuencias de resonancia ac��stica de la cavidad abierta son extra��das de los picos de la Funci��n de Respuesta en Frecuencia (FRF), obtenida como la transformada de Fourier de la respuesta temporal correspondiente entre una fuente puntual y un punto cualquiera de la cavidad. Las frecuencias de resonancia ac��sticas estimadas mediante este M��todo de Fuentes Imagen + difracci��n en bordes son validadas por comparaci��n con las que proporciona un Modelo de Elementos Finitos (FEM) y con las medidas experimentalmente, con diferencias menores que el 1.6 % y el 2.7 %, respectivamente. A modo de comparaci��n, las frecuencias de resonancia estimadas para la misma cavidad por el m��todo ISM, cuando no se incluye la difracci��n en los bordes, difieren en un 5.7 % de las obtenidas experimentalmente. ABSTRACT The goal of this thesis is to investigate the acoustic resonances of a three-dimensional open cavity, with parallel and non-parallel walls, by a fast and efficient method in the time domain. This method models the time response in any point as the convolution of the source waveform with the impulse response of the cavity, which, in turn, is obtained as a sequence of attenuated and delayed impulses coming, the first from the real, and the subsequent from the mirror imaged sources (Image Source Model). Besides direct and wall-reflected components, the impulse response includes also edge-diffracted contributions by generating first order diffraction components for each image source. The acoustic resonance frequencies of the open cavity are extracted from the peaks of the Frequency Response Function (FRF), obtained as the Fourier transform of the corresponding time response between a point source and any point in the cavity. The acoustic resonance frequencies estimated by the Image Source Model + edge diffraction are validated by comparison with those provided by a Finite Element Model (FEM) and the ones measured experimentally, differing less than 1.6 % and 2.7 %, respectively. As a comparison, resonance frequencies estimated with the pure Image Source Model differ by 5.7 % from the measured ones.