Aplicación del M.E.F. al dibujo de curvas

Se presenta una aplicación muy concreta del Método de Elementos Finitos al trazado de carreteras, que puede ser de interés en algunos casos específicos como en el tratamiento del problema de optimización.

Estudio experimental del comportamiento no lineal de una interfase entre vidrio y MBBA nemático y análisis de la factibilidad de commutación biestable en interfases no lineales negativas

Se realiza un estudio experimental del comportamiento de una interfase entre un mnedio lineal y otro no lineal, basándose en la propuesta de Kaplan de Biestables Ópticos.

La óptica no-lineal como parte de la ingeniería en la década de los noventa

En el presente artículo se analizan, desde un punto de vista expositivo, las consecuencias mas significativas que la introducción de la Óptica No-lineal puede tener sobre el desarrollo de una muy amplia serie de tecnologías que, de forma habitual, han sido desarrolladas hasta el presente, por técnicas convencionales. Se presentan algunos de los desarrollos realizados por el grupo del que el autor es el titular y que parecen confirmar las anteriores perspectivas.

Diseño de un controlador por convergencia de estado para un sistema teleoperado no lineal con retardo de comunicación

En este artículo se presenta el modelado y análisis de un sistema de teloperación bilateral no lineal de n grados de libertad controlado por convergencia de estado. Se considera que el operador humano aplica una fuerza constante sobre el manipulador local mientras realiza la tarea. Además, la interacción entre el manipulador remoto y el entorno se considera pasiva. La comunicación entre el sitio local y remoto se realiza mediante un canal de comunicación con retardo de tiempo. El análisis presentado en este artículo considerada que éste es variable. En este artículo también se demuestra la estabilidad del sistema utilizando la teoría de Lyapunov-Krasovskii demostrándose que el esquema de control por convergencia de estado para el caso con retardo de tiempo variable asegura la estabilidad del sistema de teleoperación no lineal. También se muestra experimentalmente que, para el caso de protocolos de comunicación fiables, el esquema propuesto garantiza que se logra la coordinación posición local-remoto.

La iglesia de Santiago de los españoles en Roma y su entorno entre los siglos XV y XIX. Una historia a través del dibujo

Plaza Navona representa una de las visitas obligadas de Roma, pero solo algunos advertirán en ella la presencia española en la sala de exposiciones del Instituto Cervantes o en la inmediata Libreria Española. Todavía serán menos los que se percatarán de la huella española dejada en aquella iglesia de fachada anónima situada, en el extremo sur de la plaza: la antigua iglesia de Santiago de los Españoles. La presente tesis pretende, utilizando el dibujo como guía, herramienta y fin del proceso de análisis y estudio, reconstruir el proceso de conformación y construcción de la que fue iglesia española principal, cuya fundación hace patente el destacado papel jugado por la “nación” castellana en Roma durante la Edad Media; y en torno a la que se aglutinaron las actividades religiosas, diplomáticas y financieras de los castellanos que vivieron en la actual capital italiana. Se intentará recrear en el tiempo la que es hoy la iglesia de Nuestra Señora del Sagrado Corazón, sometiéndola a una restitución gráfica disciplinada, homogénea y objetiva en la medida de lo posible de las varias etapas que la han caracterizadas, desde su fundación hasta cuando en 1878 España se deshizo de ella, ya en ruina, vendiéndola. Como nos comenta Gaetano Moroni, de todas las comunidades nacionales que se encontraban en Roma la española parece ser efectivamente una de las más rica y prestigiosa. Aunque lo que no cuenta Moroni no haya sido todavía demostrado, dicho enunciado resulta de todas formas interesante puesto que pone el acento sobre el hecho de que ya desde el siglo X parece ser habitual de ocupar y reutilizar antiguas ruinas, usándolas como base para la construcción de hospitales para los peregrinos. Esta operación se hizo particularmente frecuente sobre todo antes del Gran Jubileo de 1450: de hecho desde la primera mitad del Quattrocento se fundan distintas iglesias y hospitales nacionales para acoger y prestar una adecuada asistencia y socorro a los innumerables peregrinos que llegaban a la ciudad, edificios que se van construyendo sobre los restos de antiguos edificios de época romana. Prueba de ello es en efecto la fundación originaria de la iglesia y hospital de los Españoles que, parte del conjunto de edificios que compone la Plaza Navona, situada en el corazón de Campo Marzio y cuya posición y forma corresponden a la del antiguo Estadio de Domiciano, y que ahora es en sus dimensiones, en su imagen arquitectónica y en su consistencia material, el resultado de la definición proyectual y de las transformaciones que se llevaron a cabo sobre lo que quedaba del antiguo templo español del siglo XV, entre finales del ‘800 y los años 30 del siglo XX . Transformaciones devastadoras, huellas grabadas o canceladas que encuentran una justificación en los acontecimientos históricos reflejados en el patrimonio urbano. El análisis de todas las fuentes permite trazar, si no la totalidad, buena parte de las modificaciones que la antigua iglesia de Santiago ha sufrido. La construcción del templo se puede dividir en tres momentos decisivos: una primera etapa de fundación en 1450-1478 en la que la iglesia tenía fachada y entrada en via de la Sapienza, hoy Corso Rinascimento; una segunda de significativa ampliación hacia Plaza Navona con una nueva fachada monumental hacia ese espacio público en 1496-1500; y una última importante ampliación entre 1525-1526, llevada a cabo por el arquitecto Antonio da Sangallo el Joven. Tras la intensa vida del templo, en el siglo XVIII, éste cae en ruina y finalmente es vendido en 1878 a la orden de los misioneros franceses de Nuestra Señora del Sagrado Corazón que la reconvierten en iglesia reformando totalmente el conjunto en 1881, según proyecto de Luca Carimini. En 1936, en plena fase de rectificación de trazados urbanos por obra del régimen fascista, según proyecto de Arnaldo Foschini, se mutila su extremidad hacia vía de la Sapienza dejando su estado tal y como se contempla en la actualidad. ABSTRACT The objective of this thesis is the reconstruction of the design and edification process -using drawings and sketches as a guide, tool and the end of the analytical process- of a church which was once the preeminent Spanish church in medieval Rome, known today as Nostra Signora del Sacro Cuore (Our Lady of the Sacred Heart). The founding of this church illustrates the important role held by the Castillian “nation” in Rome during the Middle Ages. It was the focal point of all the religious, diplomatic and economic activities of the Castillian community residing in today’s Italian capital. The aim of this proyect is a recreation the church in time by submitting it to a disciplined, homogenous and objective graphic restitution of the various stages most characteristic the temple, starting from its foundation until 1878 when, in a state of ruins, the church was finally sold off by Spain. Gaetano Moroni once commented that of all the international communities found in Rome, the Spanish community seemed to be one of the wealthiest and most prestigious. Such a statement proves interesting as it emphasizes that starting in the 10th century we see there was a widespread custom of occupying and reusing old ruins for use as the bases of new constructions of hospitals for pilgrims. This custom became especially frequent just before the Jubilee Year of 1450: in fact, in the first half of the Quattrocento we see the founding of many different national churches and hospitals which provided shelter and care to the countless pilgrims arriving in the city, buildings which were constructed on top of the ruins of ancient buildings left over from Roman times. Proof of this is the original foundation of the Spanish church and hospital forming part of the Piazza Navona, built upon and following the outline of the Stadium of Domitian, in the heart of Campo Marzio. Now, in its dimensions, its architectural image and its material substance, it represents the predominant result of the planning definitions and the transformations which affected the old 15th-century Spanish temple. Ocurring between the end of the 19th century and the 1930s, the transformations were devastating, erasing original peculiarities and engraving new ones, transformations made justifiable by the historical events reflected in its urban environs. Analyzing all sources allows us to trace, even if not in entirety, still a sizeable portion of the modifications undergone by the old Church of Saint James. The construction of the temple can be divided into three decisive moments: its foundation, from 1450 to 1478, when the church’s façade and main door looked out on to the Via della Sapienza, today’s central avenue of Corso del Rinascimento; the second stage being a major expansion towards the Piazza Navona (1496-1500) with a new, monumental façade facing the public space; and the third was the last significant expansion, carried out from 1525 to 1526 by the architect Antonio da Sangallo the Younger. Despite an intense and bustling life during the Modern Age, in the 18th century the church began to fall into ruin and was finally sold in 1878 to the order of French missionaries of Our Lady of the Sacred Heart, who reconverted it into a church and completely renovated the structure in 1881 in a project supervised by Luca Carimini. In 1936, the corrective urban redesign of Rome carried out by the fascist regime and implemented by Arnaldo Foschini mutilated the part bordering Via della Sapienza, leaving it as we see it today.

La estabilidad del frente de excavación de un túnel en terrenos heterogéneos o con un criterio de rotura no-lineal

El frente de un túnel puede colapsar si la presión aplicada sobre el es inferior a un valor limite denominado presión “critica” o “de colapso”. En este trabajo se desarrolla y presenta un mecanismo de rotura rotacional generado punto a punto para el cálculo de la presión de colapso del frente de túneles excavados en terrenos estratificados o en materiales que siguen un criterio de rotura nolineal. La solución propuesta es una solución de contorno superior en el marco del Análisis Límite y supone una generalización del mecanismo de rotura mas reciente existente en la bibliografía. La presencia de un terreno estratificado o con un criterio de rotura no-lineal implica una variabilidad espacial de las propiedades resistentes. Debido a esto, se generaliza el mecanismo desarrollado por Mollon et al. (2011b) para suelos, de tal forma que se puedan considerar valores locales del ángulo de rozamiento y de la cohesión. Además, la estratificación del terreno permite una rotura parcial del frente, por lo que se implementa esta posibilidad en el mecanismo, siendo la primera solución que emplea un mecanismo de rotura que se ajusta a la estratigrafía del terreno. Por otro lado, la presencia de un material con un criterio de rotura no-lineal exige introducir en el modelo, como variable de estudio, el estado tensional en el frente, el cual se somete al mismo proceso de optimización que las variables geométricas del mecanismo. Se emplea un modelo numérico 3D para validar las predicciones del mecanismo de Análisis Limite, demostrando que proporciona, con un esfuerzo computacional significativamente reducido, buenas predicciones de la presión critica, del tipo de rotura (global o parcial) en terrenos estratificados y de la geometría de fallo. El mecanismo validado se utiliza para realizar diferentes estudios paramétricos sobre la influencia de la estratigrafía en la presión de colapso. Igualmente, se emplea para elaborar cuadros de diseño de la presión de colapso para túneles ejecutados con tuneladora en macizos rocosos de mala calidad y para analizar la influencia en la estabilidad del frente del método constructivo. Asimismo, se lleva a cabo un estudio de fiabilidad de la estabilidad del frente de un túnel excavado en un macizo rocoso altamente fracturado. A partir de el se analiza como afectan las diferentes hipótesis acerca de los tipos de distribución y de las estructuras de correlación a los resultados de fiabilidad. Se investiga también la sensibilidad de los índices de fiabilidad a los cambios en las variables aleatorias, identificando las mas relevantes para el diseño. Por ultimo, se lleva a cabo un estudio experimental mediante un modelo de laboratorio a escala reducida. El modelo representa medio túnel, lo cual permite registrar el movimiento del material mediante una técnica de correlación de imágenes fotográficas. El ensayo se realiza con una arena seca y se controla por deformaciones mediante un pistón que simula el frente. Los resultados obtenidos se comparan con las estimaciones de la solución de Análisis Límite, obteniéndose un ajuste razonable, de acuerdo a la literatura, tanto en la geometría de rotura como en la presión de colapso. A tunnel face may collapse if the applied support pressure is lower than a limit value called the ‘critical’ or ‘collapse’ pressure. In this work, an advanced rotational failure mechanism generated ‘‘point-by-point” is developed to compute the collapse pressure for tunnel faces in layered (or stratified) grounds or in materials that follow a non-linear failure criterion. The proposed solution is an upper bound solution in the framework of limit analysis which extends the most advanced face failure mechanism in the literature. The excavation of the tunnel in a layered ground or in materials with a non-linear failure criterion may lead to a spatial variability of the strength properties. Because of this, the rotational mechanism recently proposed by Mollon et al. (2011b) for Mohr-Coulomb soils is generalized so that it can consider local values of the friction angle and of the cohesion. For layered soils, the mechanism needs to be extended to consider the possibility for partial collapse. The proposed methodology is the first solution with a partial collapse mechanism that can fit to the stratification. Similarly, the use of a nonlinear failure criterion introduces the need to introduce new parameters in the optimization problem to consider the distribution of normal stresses along the failure surface. A 3D numerical model is employed to validate the predictions of the limit analysis mechanism, demonstrating that it provides, with a significantly reduced computational effort, good predictions of critical pressure, of the type of collapse (global or partial) in layered soils, and of its geometry. The mechanism is then employed to conduct parametric studies of the influence of several geometrical and mechanical parameters on face stability of tunnels in layered soils. Similarly, the methodology has been further employed to develop simple design charts that provide the face collapse pressure of tunnels driven by TBM in low quality rock masses and to study the influence of the construction method. Finally, a reliability analysis of the stability of a tunnel face driven in a highly fractured rock mass is performed. The objective is to analyze how different assumptions about distributions types and correlation structures affect the reliability results. In addition, the sensitivity of the reliability index to changes in the random variables is studied, identifying the most relevant variables for engineering design. Finally, an experimental study is carried out using a small-scale laboratory model. The problem is modeled in half, cutting through the tunnel axis vertically, so that displacements of soil particles can be recorded by a digital image correlation technique. The tests were performed with dry sand and displacements are controlled by a piston that supports the soil. The results of the model are compared with the predictions of the Limit Analysis mechanism. A reasonable agreement, according to literature, is obtained between the shapes of the failure surfaces and between the collapse pressures observed in the model tests and computed with the analytical solution.

Análisis de elementos viga-columna en régimen no lineal con deformación por cortante

El hormigón estructural sigue siendo sin duda uno de los materiales más utilizados en construcción debido a su resistencia, rigidez y flexibilidad para diseñar estructuras. El cálculo de estructuras de hormigón, utilizando vigas y vigas-columna, es complejo debido a los fenómenos de acoplamiento entre esfuerzos y al comportamiento no lineal del material. Los modelos más empleados para su análisis son el de Bernoulli-Euler y el de Timoshenko, indicándose en la literatura la conveniencia de usar el segundo cuando la relación canto/luz no es pequeña o los elementos están fuertemente armados. El objetivo fundamental de esta tesis es el análisis de elementos viga y viga-columna en régimen no lineal con deformación por cortante, aplicando el concepto de Pieza Lineal Equivalente (PLE). Concepto éste que consiste básicamente en resolver el problema de una pieza en régimen no lineal, transformándolo en uno lineal equivalente, de modo que ambas piezas tengan la misma deformada y los mismos esfuerzos. Para ello, se hizo en primer lugar un estudio comparado de: las distintas propuestas que aplican la deformación por cortante, de los distintos modelos constitutivos y seccionales del hormigón estructural y de los métodos de cálculo no lineal aplicando el método de elementos finitos (MEF). Teniendo en cuenta que la resolución del problema no lineal se basa en la resolución de sucesivos problemas lineales empleando un proceso de homotopía, los problemas lineales de la viga y viga-columna de Timoshenko, se resuelven mediante MEF, utilizando soluciones nodalmente exactas (SNE) y acción repartida equivalente de cualquier orden. Se obtiene así, con muy pocos elementos finitos, una excelente aproximación de la solución, no sólo en los nodos sino en el interior de los elementos. Se introduce el concepto PLE para el análisis de una barra, de material no lineal, sometida a acciones axiales, y se extiende el mismo para el análisis no lineal de vigas y vigas-columna con deformación por cortante. Cabe señalar que para estos últimos, la solución de una pieza en régimen no lineal es igual a la de una en régimen lineal, cuyas rigideces son constantes a trozos, y donde además hay que añadir momentos y cargas puntuales ficticias en los nodos, así como, un momento distribuido ficticio en toda la pieza. Se han desarrollado dos métodos para el análisis: uno para problemas isostáticos y otro general, aplicable tanto a problemas isostáticos como hiperestáticos. El primero determina de entrada la PLE, realizándose a continuación el cálculo por MEF-SNE de dicha pieza, que ahora está en régimen lineal. El general utiliza una homotopía que transforma de manera iterativa, unas leyes constitutivas lineales en las leyes no lineales del material. Cuando se combina con el MEF, la pieza lineal equivalente y la solución del problema original quedan determinadas al final de todo el proceso. Si bien el método general es un procedimiento próximo al de Newton- Raphson, presenta sobre éste la ventaja de permitir visualizar las deformaciones de la pieza en régimen no lineal, de manera tanto cualitativa como cuantitativa, ya que es posible observar en cada paso del proceso la modificación de rigideces (a flexión y cortante) y asimismo la evolución de las acciones ficticias. Por otra parte, los resultados obtenidos comparados con los publicados en la literatura, indican que el concepto PLE ofrece una forma directa y eficiente para analizar con muy buena precisión los problemas asociados a vigas y vigas-columna en las que por su tipología los efectos del cortante no pueden ser despreciados. ABSTRACT The structural concrete clearly remains the most used material in construction due to its strength, rigidity and structural design flexibility. The calculation of concrete structures using beams and beam-column is complex as consequence of the coupling phenomena between stresses and of its nonlinear behaviour. The models most commonly used for analysis are the Bernoulli-Euler and Timoshenko. The second model is strongly recommended when the relationship thickness/span is not small or in case the elements are heavily reinforced. The main objective of this thesis is to analyse the beam and beam-column elements with shear deformation in nonlinear regime, applying the concept of Equivalent Linear Structural Element (ELSE). This concept is basically to solve the problem of a structural element in nonlinear regime, transforming it into an equivalent linear structural element, so that both elements have the same deformations and the same stresses. Firstly, a comparative study of the various proposals of applying shear deformation, of various constitutive and sectional models of structural concrete, and of the nonlinear calculation methods (using finite element methods) was carried out. Considering that the resolution of nonlinear problem is based on solving the successive linear problem, using homotopy process, the linear problem of Timoshenko beam and beam-columns is resolved by FEM, using the exact nodal solutions (ENS) and equivalent distributed load of any order. Thus, the accurate solution approximation can be obtained with very few finite elements for not only nodes, but also for inside of elements. The concept ELSE is introduced to analyse a bar of nonlinear material, subjected to axial forces. The same bar is then used for other nonlinear beam and beam-column analysis with shear deformation. It is noted that, for the last analyses, the solution of a structural element in nonlinear regime is equal to that of linear regime, in which the piecewise-stiffness is constant, the moments and fictitious point loads need to be added at nodes of each element, as well as the fictitious distributed moment on element. Two methods have been developed for analysis: one for isostatic problem and other more general, applicable for both isostatic and hiperstatic problem. The first method determines the ELSE, and then the calculation of this piece is performed by FEM-ENS that now is in linear regime. The general method uses the homotopy that transforms iteratively linear constitutive laws into nonlinear laws of material. When combined with FEM, the ELSE and the solution of the original problem are determined at the end of the whole process. The general method is well known as a procedure closed to Newton-Raphson procedure but presents an advantage that allows displaying deformations of the piece in nonlinear regime, in both qualitative and quantitative way. Since it is possible to observe the modification of stiffness (flexural and shear) in each step of process and also the evolution of the fictitious actions. Moreover, the results compared with those published in the literature indicate that the ELSE concept offers a direct and efficient way to analyze with very good accuracy the problems associated with beams and beams columns in which, by typology, the effects of shear cannot be neglected.

Un viaje al paraiso: Tikopia y Vanicolo. Dibujo y Utopía, Asís Cabrero y los Cuatro libros de arquitectura.

A partir de documentación original inédita describe el viaje ilustrado con sus dibujos que posteriormente servirán para los dibujos de los Cuatro Libros.

Estudio de la dinámica no lineal de vórtices magnéticos en nanodots

En el presente trabajo se ha realizado un estudio sobre el comportamiento dinámico de vórtices magnéticos en su aplicación en osciladores de espín-torque. A partir de los modelos matemáticos elaborados en [4] sobre estos osciladores de espín-torque, se han simulado y estudiado usando MATLAB, entre otras herramientas, para tratar de verificar su concordancia con el comportamiento físico observado en el laboratorio. Es importante señalar que el estudio tiene en cuenta la dinámica no lineal, esencial para describir correctamente un sistema oscilante en la práctica. El análisis matemático del sistema que describe la órbita del núcleo de un vórtice magnético sometido a la acción de un campo magnético externo oscilatorio, muestra la posibilidad de la existencia de hasta tres soluciones especiales, según la geometría del dot y el valor del campo magnético de excitación, tanto de su frecuencia como de su amplitud. Estas soluciones corresponden a estados estacionarios del vórtice caracterizados como una órbita circular, aunque en el caso de existir tres equilibrios uno de ellos es inestable. El modelo matemático ha sido estudiado y analizado para reproducir los resultados obtenidos en [4] y adicionalmente se ha implementado el caso de la energía potencial del vórtice con el término no lineal distinto de [4] (con una constante β negativa). Los resultados obtenidos bajo esta suposición muestran una cierta disparidad respecto al caso de β positiva y reflejan la existencia de comportamientos muy diferentes. En la dinámica del vórtice bajo la suposición de β negativa también surgen bifurcaciones de pliegue (fold-over) en la trayectoria del núcleo del vórtice: siempre se obtienen tres equilibrios a bajas frecuencias y aparecen a veces dos intervalos con tres equilibrios en lugar de uno solo, a diferencia del caso de β positiva. El comportamiento del núcleo del vórtice sigue un proceso de histéresis en ambos casos, cuando se dan ciertas condiciones. ABSTRACT. This work is a study about the dynamic behaviour of magnetic vortex in its application in spin-torque oscillators. Starting from mathematical models developed in [4] on this subject, a further analysis has been performed using MATLAB to simulate the behaviour of vortex-based spin-torque oscillators as different relevant parameters vary. The main aim of the study is to check if the obtained results can explain the observed physical behaviour, and an important observation is that fully nonlinear effects are taken into consideration. The mathematical analysis of the system that describes the orbit of the vortex core under the influence of an external oscillatory magnetic field shows that there are up to three possible special solutions depending on the dot geometry and the magnetic driving field value, both on its amplitude as well as its frequency. These solutions correspond to a stable circular orbit of the vortex core, but when the system has three solutions one of them is unstable. This mathematical model has been analyzed and studied to reproduce the results obtained in [4] and, additionally, the effect of a negative value of the nonlinear part of the vortex potential (constant β). Results derived from this assumption exhibit certain differences with respect to the case of a positive constant (β) and reflect the existence of very different patterns. Vortex dynamics under the supposition of a negative β also yield fold-over bifurcations in the trajectory of the vortex core: there are always three solutions at low frequencies and there may be two different intervals with three solutions as opposed to the case of positive β. The vortex core follows a hysteresis process in both cases, when certain conditions are met.

Metodología de Diseño y Análisis de Sistemas Teleoperados Considerando Dinámica No Lineal

Cuando la separación física entre el sistema local y remoto es relativamente corta, el retardo no es perceptible; sin embargo, cuando el manipulador local y el manipulador remoto se encuentran a una distancia lejana uno del otro, el retardo de tiempo ya no es insignificante e influye negativamente en la realización de la tarea. El retardo de tiempo en un sistema de control introduce un atraso de fase que a su vez degrada el rendimiento del sistema y puede causar inestabilidad. Los sistemas de teleoperación pueden sacar provecho de la posibilidad de estar presente en dos lugares simultáneamente, sin embargo, el uso de Internet y otras redes de conmutación de paquetes, tales como Internet2, impone retardos de tiempo variables, haciendo que los esquemas de control ya establecidos elaboren soluciones para hacer frente a inestabilidades causadas por estos retardos de tiempo variables. En este trabajo de tesis se presenta el modelado y análisis de un sistema de teloperación bilateral no lineal de n grados de libertad controlado por convergencia de estado. La comunicación entre el sitio local y remoto se realiza mediante un canal de comunicación con retardo de tiempo. El análisis presentado en este trabajo considera que el retardo puede ser constante o variable. Los principales objetivos de este trabajo son; 1) Desarrollar una arquitectura de control no lineal garantizando la estabilidad del sistema teleoperado, 2) Evaluar la estabilidad del sistema considerando el retardo en la comunicación, y 3) Implementación de los algoritmos desarrollados para probar el desempeño de los mismos en un sistema experimental de 3 grados de libertad. A través de la teoría de Estabilidad de Lyapunov y el funcional Lyapunov-Krasovskii, se demuestra que el sistema de lazo cerrado es asintóticamente estable. Estas conclusiones de estabilidad se han obtenido mediante la integración de la función de Lyapunov y aplicando el Lema de Barbalat. Se demuestra también que se logra sincronizar las posiciones del manipulador local y remoto cuando el operador humano no mueve el manipulador local y el manipulador remoto se mueve libremente. El esquema de control propuesto se ha validado mediante simulación y en forma experimental empleando un sistema de teleoperación real desarrollado en esta tesis doctoral y que consta de un un manipulador serie planar de tres grados de libertad, un manipulador local, PHANTOM Omni, el cual es un dispositivo haptico fabricado que consta de 3 grados de libertad (en fuerza) y que proporciona realimentación de fuerza en los ejes x,y,z. El control en tiempo real se ha diseñado usando el Sistema Operativo en Tiempo Real QuaRC de QUARC en el lado local y el Simulink Real-Time Windows TargetTM en el lado remoto. Para finalizar el resumen se destaca el impacto de esta tesis en el mundo científico a través de los resultados publicados: 2 artículos en revistas con índice de impacto , 1 artículo en una revista indexada en Sistemas, Cibernética e Informática, 7 artículos en congresos y ha obtenido un premio en la 9a. Conferencia Iberoamericana en Sistemas, Cibernética e Informática, 2010. ABSTRACT When the physical separation between the local and remote system is relatively short, the delay is not noticeable; however, when the local manipulator and the remote manipulator are at a far distance from each other, the time delay is no longer negligible and negatively influences the performance of the task. The time delay in a control system introduces a phase delay which in turn degrades the system performance and cause instability. Teleoperation systems can benefit from the ability to be in two places simultaneously, however, the use of Internet and other packet switched networks, such as Internet2, imposes varying time delays, making established control schemes to develop solutions to address these instabilities caused by different time delays. In this thesis work we present a modeling and analysis of a nonlinear bilateral teloperation system of n degrees of freedom controlled by state convergence strategy. Communication between the local and remote site is via a communication channel with time delay. The analysis presented in this work considers that the time-delay can be constant or variable. The main objectives of this work are; 1) Develop a nonlinear control schemes to ensure the stability of the teleoperated system, 2) Evaluate the system stability considering the delay in communication, and 3) Implementation of algorithms developed to test the performance of the teleoperation system in an experimental system of 3 degrees of freedom. Through the Theory of Stability of Lyapunov and the functional Lyapunov-Krasovskii, one demonstrates that the closed loop system is asymptotically stable.. The conclusions about stability were obtained by integration of the Lyapunov function and applying Barbalat Lemma. It further shows that the positions of the local and remote manipulator are synchronize when the human operator stops applying a constant force and the remote manipulator does not interact with the environment. The proposed control scheme has been validated by means of simulation and in experimental form using a developed system of real teleoperation in this doctoral thesis, which consists of a series planar manipulator of three degrees of freedom, a local manipulator, PHANTOM Omni, which is an haptic device that consists of 3 degrees of freedom (in force) and that provide feeback force in x-axis, and, z. The control in real time has been designed using the Operating system in Real time QuaRC of Quanser in the local side and the Simulink Real-Time Windows Target in the remote side. In order to finalize the summary, the highlights impact of this thesis in the scientific world are shows through the published results: 2 articles in Journals with impact factor, one article in a indexed Journal on Systemics, Cybernetics and Informatics, 7 articles in Conferences and has won an award in 9a. Conferencia Iberoamericana en Sistemas, Cibernética e Informática, 2010.

Análisis, modelado e igualación no lineal de arrays paramétricos acústicos

La presente Tesis analiza y desarrolla metodología específica que permite la caracterización de sistemas de transmisión acústicos basados en el fenómeno del array paramétrico. Este tipo de estructuras es considerado como uno de los sistemas más representativos de la acústica no lineal con amplias posibilidades tecnológicas. Los arrays paramétricos aprovechan la no linealidad del medio aéreo para obtener en recepción señales en el margen sónico a partir de señales ultrasónicas en emisión. Por desgracia, este procedimiento implica que la señal transmitida y la recibida guardan una relación compleja, que incluye una fuerte ecualización así como una distorsión apreciable por el oyente. Este hecho reduce claramente la posibilidad de obtener sistemas acústicos de gran fidelidad. Hasta ahora, los esfuerzos tecnológicos dirigidos al diseño de sistemas comerciales han tratado de paliar esta falta de fidelidad mediante técnicas de preprocesado fuertemente dependientes de los modelos físicos teóricos. Estos están basados en la ecuación de propagación de onda no lineal. En esta Tesis se propone un nuevo enfoque: la obtención de una representación completa del sistema mediante series de Volterra que permita inferir un sistema de compensación computacionalmente ligero y fiable. La dificultad que entraña la correcta extracción de esta representación obliga a desarrollar una metodología completa de identificación adaptada a este tipo de estructuras. Así, a la hora de aplicar métodos de identificación se hace indispensable la determinación de ciertas características iniciales que favorezcan la parametrización del sistema. En esta Tesis se propone una metodología propia que extrae estas condiciones iniciales. Con estos datos, nos encontramos en disposición de plantear un sistema completo de identificación no lineal basado en señales pseudoaleatorias, que aumenta la fiabilidad de la descripción del sistema, posibilitando tanto la inferencia de la estructura basada en bloques subyacente, como el diseño de mecanismos de compensación adecuados. A su vez, en este escenario concreto en el que intervienen procesos de modulación, factores como el punto de trabajo o las características físicas del transductor, hacen inviables los algoritmos de caracterización habituales. Incluyendo el método de identificación propuesto. Con el fin de eliminar esta problemática se propone una serie de nuevos algoritmos de corrección que permiten la aplicación de la caracterización. Las capacidades de estos nuevos algoritmos se pondrán a prueba sobre un prototipo físico, diseñado a tal efecto. Para ello, se propondrán la metodología y los mecanismos de instrumentación necesarios para llevar a cabo el diseño, la identificación del sistema y su posible corrección, todo ello mediante técnicas de procesado digital previas al sistema de transducción. Los algoritmos se evaluarán en términos de error de modelado a partir de la señal de salida del sistema real frente a la salida sintetizada a partir del modelo estimado. Esta estrategia asegura la posibilidad de aplicar técnicas de compensación ya que éstas son sensibles a errores de estima en módulo y fase. La calidad del sistema final se evaluará en términos de fase, coloración y distorsión no lineal mediante un test propuesto a lo largo de este discurso, como paso previo a una futura evaluación subjetiva. ABSTRACT This Thesis presents a specific methodology for the characterization of acoustic transmission systems based on the parametric array phenomenon. These structures are well-known representatives of the nonlinear acoustics field and display large technological opportunities. Parametric arrays exploit the nonlinear behavior of air to obtain sonic signals at the receptors’side, which were generated within the ultrasonic range. The underlying physical process redunds in a complex relationship between the transmitted and received signals. This includes both a strong equalization and an appreciable distortion for a human listener. High fidelity, acoustic equipment based on this phenomenon is therefore difficult to design. Until recently, efforts devoted to this enterprise have focused in fidelity enhancement based on physically-informed, pre-processing schemes. These derive directly from the nonlinear form of the wave equation. However, online limited enhancement has been achieved. In this Thesis we propose a novel approach: the evaluation of a complete representation of the system through its projection onto the Volterra series, which allows the posterior inference of a computationally light and reliable compensation scheme. The main difficulty in the derivation of such representation strives from the need of a complete identification methodology, suitable for this particular type of structures. As an example, whenever identification techniques are involved, we require preliminary estimates on certain parameters that contribute to the correct parameterization of the system. In this Thesis we propose a methodology to derive such initial values from simple measures. Once these information is made available, a complete identification scheme is required for nonlinear systems based on pseudorandom signals. These contribute to the robustness and fidelity of the resulting model, and facilitate both the inference of the underlying structure, which we subdivide into a simple block-oriented construction, and the design of the corresponding compensation structure. In a scenario such as this where frequency modulations occur, one must control exogenous factors such as devices’ operation point and the physical properties of the transducer. These may conflict with the principia behind the standard identification procedures, as it is the case. With this idea in mind, the Thesis includes a series of novel correction algorithms that facilitate the application of the characterization results onto the system compensation. The proposed algorithms are tested on a prototype that was designed and built for this purpose. The methodology and instrumentation required for its design, the identification of the overall acoustic system and its correction are all based on signal processing techniques, focusing on the system front-end, i.e. prior to transduction. Results are evaluated in terms of input-output modelling error, considering a synthetic construction of the system. This criterion ensures that compensation techniques may actually be introduced, since these are highly sensible to estimation errors both on the envelope and the phase of the signals involved. Finally, the quality of the overall system will be evaluated in terms of phase, spectral color and nonlinear distortion; by means of a test protocol specifically devised for this Thesis, as a prior step for a future, subjective quality evaluation.

El dibujo como herramienta en el proceso creativo del cine y la arquitectura

El director de cine y el arquitecto, exploran las posibilidades que les ofrece la imagen, en el sentido de la visualización de ciertas relaciones que son catalizadoras de las emociones. La obra cinematográfica y la obra arquitectónica son producto del pensamiento y contienen todos los procesos que las idearon, así como aquellos mecanismos necesarios para generar el espacio y la secuencia. El objetivo general de la tesis consiste en conocer las analogías existentes en el modo en que el arquitecto y el cineasta afrontan el proceso de creación de sus proyectos desde la acción gráfica. Si consideramos el medio gráfico como un recurso creativo en el proyecto arquitectónico y cinematográfico, el boceto, croquis o “storyboard” se convierten en documentos fundamentales, objeto de estudio, para extraer las claves y la manera en que se desarrolla dicho proceso. El pensamiento gráfico se encuentra íntimamente unido a su modo de expresión. El estudio de ese proceso de pensamiento basado principalmente en imágenes, permite establecer analogías en la manera en que ambos autores hacen uso del dibujo para imaginar acontecimientos evocadores de emociones que definan el carácter dramático de sus ideas. La conexión y yuxtaposición de imágenes mentales, como operaciones de montaje que alientan la construcción de ideas, conceptos y sensaciones, son claves en el curso de la concepción arquitectónica y cinematográfica, y el dibujo, una herramienta que permite a ambos autores su desarrollo. La aproximación al modo en que el arquitecto y el cineasta emprenden el proceso de ideación de sus proyectos a través del dibujo, se aborda desde las estrategias gráficas de cuatro autores: Sergei Eisenstein, Le Corbusier, Akira Kurosawa y Rem Koolhaas. La estructura del trabajo se desarrolla en dos bloques. El primero, compuesto por los primeros cuatro capítulos, afronta desde un punto de vista general, la potencialidad de la imagen en el pensamiento gráfico y el papel de la acción gráfica en el curso proyectual que realiza el arquitecto, por un lado, y el director de cine por otro, tratando de extraer las analogías y los puntos de encuentro de ambos autores durante el proceso. El segundo bloque, correspondiente a los cuatro últimos capítulos, aborda el uso del medio gráfico de manera más concreta, en la figura de dos de los arquitectos y dos de los cineastas más influyentes del pasado y del presente siglo, tratando de comprender el papel del dibujo en el desarrollo conceptual de su obra. ABSTRACT Both the movie director and the architect explore the potential offered by the image, as the visualization of certain relations that are catalyst of emotions. Cinematography and architecture works are a result of a thought and they include all the processes that created them, as much as the essential tools to generate the space and the sequence. This thesis aims to get an understanding of the analogies underlying in which architects and movie directors face the creation process of theirs projects from the graphic action. If we consider graphic media as a creative resource in the architectural and the cinematographic project, the sketch or storyboard becomes the fundamental documents, the study object, to decode the clues and the way in which the process unfolds. Graphic thinking comes across its way of expression. The study of this thinking, based mainly in images, let set up analogies in a way in which both authors use a drawing to imagine events of emotions that define the dramatic nature of their ideas. The connection and juxtaposition of mental images, as editing or montages that encourage the creation of ideas, concepts and sensations, are key in the course of the architectural and the cinematographic conception, and the drawing, a tool that allows both authors their development. The approach to the way the architect and the movie director get to the process of the creation of their projects through the drawing is addressed from the graphic strategies of these four authors: Sergei Eisenstein, Le Corbusier, Akira Kurosawa and Rem Koolhaas. The structure of the work is developed in two blocks. The first one, the first four chapters, face up, from a general point of view, the potential of the image in the graphic thinking and the role of the graphic action in the course of the project, that architects, as well as movie directors, are making trying to find the analogies and common points during the process. The second block, the last four chapters, deal with the use of the graphic media in a more detail manner, taking as example two of the architects and two of the movie directors more influential of the past and the present centuries, trying to understand the role of the drawing in the conceptual development of the their work.

Juan Navarro Baldeweg : el dibujo de la mano como herramienta en el proceso creativo

Esta investigación es una incursión en el tránsito de Juan Navarro desde sus “habitaciones y horizontes”, las manifestaciones espontáneas de la mano y el proyectar, a la obra que nos devuelve a la experiencia física y corporal del mundo. Juan Navarro debe a sus manos gran parte de sus inquietudes y capacidades. Sus manos están presentes en su obra como materia –piezas de manos-, como herramienta -el dibujo por la mano- y como desencadenante en los procesos creativos de su obra de arquitectura. Las distintas obras remiten a una preocupación común: la de visualizar el espacio a través de un imaginario personal. Sin embargo, el proceso creativo en cada disciplina se desarrolla teniendo en cuenta la especificidad del medio y la experiencia que provoca en el espectador. La obra, como concreción del proceso creativo, se explica por las continuidades y discontinuidades entre las herramientas, mecanismos y estrategias utilizadas en los distintos medios. La tesis se estructura en dos partes, en la primera se estudia cómo se producen los procesos creativos, sus mecanismos en los distintos medios plásticos y el dibujo como herramienta transversal. Se identifican los conceptos y temas que dan lugar a la obra profundizando en el papel de la mano como presencia orgánica, biológica y responsable de una forma de representación personal. La segunda parte se articula en dos capítulos que, a través del dibujo, muestran la arquitectura como modelo e identifican los mecanismos utilizados en su forma de proyectar y su relación con la obra en distintos proyectos. El texto se estructura como una secuencia de ideas articuladas alrededor de un universo gráfico que nos conduce por múltiples itinerarios desde los que atisbar los procesos creativos de Juan Navarro. Estos caminos son hilos con los que se teje una visión personal de la relación entre las herramientas y mecanismos utilizados por Juan Navarro y su obra. La manera cómo se produce el proceso creativo, los mecanismos y las herramientas que los ponen en marcha constituyen una forma de abordar la obra, que hasta la fecha, se ha tratado aisladamente sin una intención de construir un cuerpo estructurado de conocimiento. En la arquitectura Juan Navarro existe un vacío de conocimiento teórico y gráfico sobre el propio proceso y su forma de proyectar. Se ha persistido en la explicación de la obra, sus referencias, temas abordados, relaciones y trasvases sin ahondar en la especificidad del medio. Estos vacíos establecen la necesidad y justificación de esta tesis doctoral. La investigación comienza descifrando una obra que desde sus inicios trabaja con la dualidad de lo gestual y lo conceptual. Plantea una forma de ordenación del mundo, de la sensación sometida a la medida en la que finalmente la obra se recibe como signo que desencadena sentimientos y te devuelve al mundo. Propone la recuperación de los sentidos a través de una arquitectura como vivencia no reductible al espacio geométrico. Identifica los mecanismos y herramientas que se establecen en este proceso y termina concluyendo que el dibujo es la herramienta doblemente transversal porque atiende de forma desigual a las distintas disciplinas y a los dos extremos en que se presenta la actividad creatividad en el trabajo de Juan Navarro. Estos extremos se corresponden con un conocimiento corporal inconsciente y un trabajo constante guiado por la motivación, la predeterminación y la conceptualización. El dibujo por la mano es el espacio de encuentro entre lo que representa la mano y la posibilidad de expresión proyectual codificada. Se produce en un territorio que se extiende desde lo analógico subyacente –que se nutre de imágenes complejas- y el dominio simbólico construido. Abstract. This research is a foray into Juan Navarro’s transition from his "Rooms and Horizons", -spontaneous demonstrations of the hand-, to the project, -the work that brings us back to experiencing the physical world-. Juan Navarro owes his hands much of his capacities and inquisitiveness. His hands are present in his work as the subject –“Hand Pieces”-, as a tool -through hand-drawing - and as a trigger in the creative processes of his work of architecture. The various works refer to a common theme: the viewing space through a personal imagery. However, the creative process in each discipline develops taking into account the specificity of the medium and the experience that arouses in the observer. The work, as completion of the creative process, is explained by the continuities and discontinuities between the tools, mechanisms and strategies used in the different media. The thesis is structured in two parts, the first studies how the creative processes are iniciated, their mechanisms in the different plastic art media, as well as drawing as a transversal tool. In this section the investigation identifies the concepts and themes that give rise to the art work, exploring the role of the hand as the organic, biological presence responsible for a way of personal representation. The second part is divided into two chapters, which, via the drawing, show the architecture as a model and identify the mechanisms used in the his way of projecting form of the project and its the relationship of hand-drawing to with his work ilustrated with different projects. The text is structured as a sequence of ideas, articulated around a graphic universe that leads us by multiple paths, letting us glimpse into the creative processes of Juan Navarro. These paths are threads that weave a personal vision of the relationship between the tools and mechanisms used by Juan Navarro in his work. The way the creative process takes place, the mechanisms and tools that set it in action, constitutes a way of dealing with the work, that, hithergo, has been treated in isolation without an intention to build a structured body of knowledge. In Navarro Baldeweg’s architecture there is a vacuum of theoretical and graphic knowledge of the process itself and his way of projecting. So far, emphasis has been placed mainly on his work’s explanation, its references, the subjects covered, connections and transfers, without delving into the specificity of each medium. These academic gaps justify the need for this doctoral thesis. The investigation begins deciphering a work that, since its very beginning, deals with the duality of the gesture and the concept. It poses a way of managing the world and the sensations which are submitted until it finally detects the work as a sign that triggers feelings and returns the observer to the real world. It proposes the recovery of the senses through an architecture that is sensed as an experience and not merely reduced to geometric space. It identifies the mechanisms and tools that are set out in this process and concludes that drawing is a core tool working in two directions, because it caters unevenly to the various disciplines and to both ends of the creative activity presented in the work of Juan Navarro. These ends correspond with an unconscious physical knowledge and a continuous work guided by motivation, predetermination and conceptualization. Hand-drawing is the meeting space between what the hand represents, and the possibility of an encoded, projectual expression. Thus, hand-drawing takes place in a territory that covers the underlying analogue - which feeds on complex images - to the symbolic built domain.

Luigi Canina (1795-1856). Caballero del dibujo

Estudio preliminar de la edición facsímil del libro L'architettura greca, de Luigi Canina, de 1834. Serie: Fondo antiguo de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid ; 5