Corrección del deslizamiento de una ladera en la autovia A-4. PK. 340 en el término municipal de Marmolejo, Jaén mediante pantalla de pilotes y sistemas de drenaje

En este proyecto se describe el cálculo y diseño de una serie de medidas correctoras propuestas a raíz de un deslizamiento de ladera que tuvo lugar en noviembre de 2010 y afectó a parte de la calzada de la autovía A-4 en el P.K. 340 entre Córdoba y Jaén; principalmente en la ejecución de una pantalla de pilotes como elemento estructural de estabilización y contención del terreno, por medio del método de equilibrio límite y cálculo del módulo de reacción o coeficiente de balasto horizontal, a través del empleo de los programas Slope/W y RIDO respectivamente. ABSTRACT This project describes the calculation and design of a series of proposed corrective measures following a landslide of which took place in November 2010 and hit part of the road A-4 on the P.K. 340 between Cordoba and Jaen, mainly in the execution of a pile wall as a structural element of stabilization and containment of the terrain, through the limit equilibrium method and calculating the reaction module or horizontal ballast coefficient, through employment of the Slope/W and RIDO programs respectively.

Modelización de las propiedades radiativas e interacción de láseres ultraintensos con la materia

Desde el año 2004 el código ARWEN ha sido utilizado con éxito para simular y diseñar experimentos relacionados con blancos para fusión por confinamiento inercial [146], astrofísica de laboratorio [145], plasmas como amplificadores de láseres de rayos X [107] o plasmas creados por láser para la medición de espectros de transmisión. Para la realización de estas simulaciones es necesario, además de métodos de alto orden precisos y que presenten buenas propiedades conservativas, conocer ciertas propiedades de los plasmas. En el caso de la fluidodinámica y la conducción electrónica necesitaremos conocer la ecuación de estado [94, 49, 36], y para el transporte de la radiación será preciso disponer de los datos de absorción y emisión [104, 95, 40]. Hasta el año 2009 ARWEN dependía de códigos externos para la generación de estas tablas de opacidad, careciendo de control sobre los métodos empleados para su generación. Además estos códigos asumían equilibrio local termodinámico (LTE), limitando su validez a rangos de alta densidad y baja temperatura. En el marco de esta tesis se ha desarrollado el código BIGBART para la generación de tablas detalladas de opacidad y emisividad para su uso en el módulo de transporte de radiación. De esta forma el grupo dispondrá de su propia herramienta de generación de propiedades radiativas. El código desarrollado es capaz de tratar plasmas en estado fuera de equilibrio (non-LTE) mediante el modelo colisional-radiativo, extendiendo así el rango de validez de las tablas generadas. El trabajo desarrollado para implementar un código LTE/non-LTE estacionario es el siguiente Cálculo de estructura y datos atómicos. Se ha acoplado en código FAC a BIGBART, incorporando la capacidad para generar potenciales atómicos para una configuración y el cálculo de funciones de onda de electrones en orbitales ligados y libres. Aproximaciones y métodos para la obtención de tasas y secciones eficaces de procesos. Se han incluido y programado los modelos implementados en FAC para el cálculo de secciones eficaces de fotoionización, y tasas de decaimiento de emisión espontánea y autoionización. Además se ha incluido el modelo Plane-Wave Born (PWBA) para el cálculo de las secciones eficaces de ionización y excitación colisional. Modelos para la obtención de la distribución de estados iónicos dentro del plasma. Se ha programado un solver LTE basado en la ecuación de Saha-Boltzmann con efectos de ionización por presión debida a los iones adyacentes. También se ha implementado un modelo non-LTE colisionalradiativo para la resolución del sistema de ecuaciones que nos permite obtener la densidad de estados iónicos fuera de equilibrio. Modelo non-LTE RADIOM. Se ha implementado el modelo RADIOM para aproximar efectos de no-equilibrio mediante cálculos LTE a una temperatura equivalente, menor o igual que la temperatura electrónica real. Cálculo de las propiedades espectrales de absorción y emisión. Se han implementado los modelos para el cálculo de los perfiles espectrales de absorción y emisión para procesos entre niveles ligados, ligado-libre y librelibre. Aprovechando el trabajo realizado en este sentido, durante el transcurso de esta tesis se amplió el código BIGBART para tratar problemas con dependencia temporal. La extensión para tratar este tipo de problemas se orientó a la simulación numérica de la interacción de láseres ultra intensos en el rango XUV/rayos X. Para ello, además de adaptar el modelo non-LTE colisionalradiativo se incluyeron procesos adicionales asociados a la interacción de la materia con fotones altamente energéticos. También se han incluido modelos para el cálculo de las propiedades ópticas, y por ende las propiedades dieléctricas de la materia irradiada, de gran interés en algunas aplicaciones novedosas de estos láseres intensos. Debido a la naturaleza fuertemente fuera de equilibrio en la interacción de fotones de alta energía con la materia, se incluyó el tratamiento de la distribución de electrones libres fuera de equilibrio en la aproximación de Fokker-Planck, tanto para condiciones degeneradas como no degeneradas. El trabajo desarrollado en el código non-LTE con dependencia temporal es el siguiente Procesos asociados a láseres intensos XUV/rayos X. Se ha implementado el cálculo de procesos radiativos estimulados de absorción y emisión por el láser. También se han incluido procesos asociados a la creación de vacantes en capas internas electrónicas (Shake), además de doble autoionización y doble fotoionización. Cálculo de propiedades ópticas y dieléctricas en blancos sólidos. Se ha implementado un modelo para la absorción por bremsstrahlung inverso en blancos en estado sólido. Con el coeficiente de extinción debido a procesos de fotoabsorción resonante, fotoionización y bremsstrahlung inverso se obtiene el ´ındice de refracción mediante la relación de Kronig-Kramers. Electrones fuera de equilibrio. Se ha tratado la evolución de la distribución de electrones, cuando no está justificado asumir que es Maxwelliana o de Fermi-Dirac, mediante la aproximación de Fokker-Planck para la colisión entre electrones libres. En la resolución de la ecuación de Fokker-Planck se han incluido los procesos inelásticos por colisiones con iones y términos fuente por interacción con el láser y otros procesos. ABSTRACT Since 2004 the ARWEN code has been successfully used to simulate and design targets for inertial confinement fusion experiments [146], laboratory astrophysics [145], plasmas as X-ray lasers amplifiers [107] or laser created plasmas for measuring transmission spectra. To perform these simulations it is necessary, in addition to high order precise methods with good conservative properties, to know certain properties of plasmas. For fluid dynamic and electronic conduction we need to know the equation of state [94, 49, 36], and for radiation transport it will be necessary to have the data of the absorption and emission [104, 95, 40]. Until 2009 ARWEN depended on external codes to generate these opacity tables, lacking of control over the methods used for their generation. Besides, these codes assumed local thermodynamic equilibrium (LTE), limiting their validity ranges to high densities and low temperatures. As part of this thesis it has been developed the BIGBART code for generating detailed opacity and emissivity tables for use in the radiation transport module. This group will have its own tool for the generation of radiative properties. The developed code is capable of treating plasmas out of equilibrium (non-LTE) by means of a collisional-radiative model, extending the range of validity of the generated tables. The work to implement an LTE/non-LTE steady-state code is as follows Calculation of structure and atomic data. the FAC code was coupled to BIGBART, incorporating the ability to generate atomic potentials for calculating configuration wave functions for bound and free electrons. Approaches and methods for obtaining cross sections and processes rates. We have included and reprogrammed in Fortran the models implemented in FAC for calculation of photoionization cross sections and decay rates of spontaneous emission and autoionization. We also included the Plane- Wave Born (PWBA) model to calculate the cross sections of ionization and collisional excitation. Models for the obtention of the distribution of ionic states within the plasma. We programmed a LTE solver based on the Saha-Boltzmann equation with pressure ionization effects due to adjacent ions. It has also been implemented a non-LTE collisional-radiative model for solving the system of equations that allows us to obtain the density of ionic states out of equilibrium. Non-LTE RADIOM model. We have implemented the non-LTE RADIOM model to approximate non-equilibrium effects with LTE data at an equivalent temperature, lower or equal to the actual electronic temperature. Calculation of the spectral absorption and emission properties. Models have been implemented for the calculation of the spectral profiles of absorption and emission processes between bound levels, free-bound and free-free. Taking advantage of the work done in this direction throughout the course of this thesis the code BIGBART was extended to treat time-dependent problems. The extension to treat such problems is oriented to the numerical simulation of the interaction of ultra intense lasers in the XUV/X-ray range. For this range, in addition to adapting the non-LTE collisional-radiative model, additional processes associated with the interaction of matter with high energy photons. We also included models for calculation of the optical properties, and therefore the dielectric properties of the irradiated material, of great interest in some novel applications of these intense lasers. Due to the strong non-equilibrium nature of the interaction of high energy photons with matter, we included the treatment of the distribution of free electrons out of equilibrium in the Fokker-Planck approximation for both degenerate and non-degenerate conditions. The work in the non-LTE time-dependent code is as follows Processes associated with intense XUV/X-ray lasers. We have implemented the calculation of stimulated radiative processes in absorption and emission. Also we included processes associated with the creation of electronic vacancies in inner shells (Shake), double autoionization and double photoionization. Calculation of optical and dielectric properties in solid targets. We have implemented a model for inverse bremsstrahlung absorption in solid targets. With the extinction coefficient from resonant photoabsorption, photoionization and inverse bremsstrahlung the refractive index is obtained by the Kramers-Kronig relation. Electrons out of equilibrium. We treat the evolution of the electron distribution, when it is not justified to assume a Maxwellian or Fermi-Dirac distribution, by the Fokker-Planck approximation for collisions between electrons. When solving the Fokker-Planck equation we included inelastic collision processes with ions and source terms by interaction with the laser and other processes.

Simultaneous determination of helical unwinding angles and intrinsic association constants in ligand–DNA complexes: The interaction between DNA and calichearubicin B

We present a helical unwinding assay for reversibly binding DNA ligands that uses closed circular DNA, topoisomerase I (Topo I), and two-dimensional agarose gel electrophoresis. Serially diluted Topo I relaxation reactions at constant DNA/ligand ratio are performed, and the resulting apparent unwinding of the closed circular DNA is used to calculate both ligand unwinding angle (φ) and intrinsic association constant (Ka). Mathematical treatment of apparent unwinding is formally analogous to that of apparent extinction coefficient data for optical binding titrations. Extrapolation to infinite DNA concentration yields the true unwinding angle of a given ligand and its association constant under Topo I relaxation conditions. Thus this assay delivers simultaneous structural and thermodynamic information describing the ligand–DNA complex. The utility of this assay has been demonstrated by using calichearubicin B (CRB), a synthetic hybrid molecule containing the anthraquinone chromophore of (DA) and the carbohydrate domain of calicheamicin γ1I. The unwinding angle for CRB calculated by this method is −5.3 ± 0.5°. Its Ka value is 0.20 × 106 M−1. For comparison, the unwinding angles of ethidium bromide and DA have been independently calculated, and the results are in agreement with canonical values for these compounds. Although a stronger binder to selected sites, CRB is a less potent unwinder than its parent compound DA. The assay requires only small amounts of ligand and offers an attractive option for analysis of DNA binding by synthetic and natural compounds.

A simulation model of cereal-legume intercropping systems for semi-arid regions I. Model development

Cereal-legume intercropping plays an important role in subsistence food production in developing countries, especially in situations of limited water resources. Crop simulation can be used to assess risk for intercrop productivity over time and space. In this study, a simple model for intercropping was developed for cereal and legume growth and yield, under semi-arid conditions. The model is based on radiation interception and use, and incorporates a water stress factor. Total dry matter and yield are functions of photosynthetically active radiation (PAR), the fraction of radiation intercepted and radiation use efficiency (RUE). One of two PAR sub-models was used to estimate PAR from solar radiation; either PAR is 50% of solar radiation or the ratio of PAR to solar radiation (PAR/SR) is a function of the clearness index (K-T). The fraction of radiation intercepted was calculated either based on Beer's Law with crop extinction coefficients (K) from field experiments or from previous reports. RUE was calculated as a function of available soil water to a depth of 900 mm (ASW). Either the soil water balance method or the decay curve approach was used to determine ASW. Thus, two alternatives for each of three factors, i.e., PAR/SR, K and ASW, were considered, giving eight possible models (2 methods x 3 factors). The model calibration and validation were carried out with maize-bean intercropping systems using data collected in a semi-arid region (Bloemfontein, Free State, South Africa) during seven growing seasons (1996/1997-2002/2003). The combination of PAR estimated from the clearness index, a crop extinction coefficient from the field experiment and the decay curve model gave the most reasonable and acceptable result. The intercrop model developed in this study is simple, so this modelling approach can be employed to develop other cereal-legume intercrop models for semi-arid regions. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Dinuclear cyano-bridged Co-III-Fe-II complexes as precursors for molecular mixed-valence complexes of higher nuclearity

The preparation and characterization of a series of trinuclear mixed-valence cyano-bridged Co-III-Fe-II-Co-III compounds derived from known dinuclear [{LnCoIII(mu-NC)}Fe-II(CN)(5)](-) complexes (L-n = N-5 or N3S2 n-membered pendant amine macrocycle) are presented. All of the new trinuclear complexes were fully characterized spectroscopically (UV-vis, IR, and C-13 NMR). Complexes exhibiting a trans and cis arrangement of the Co-Fe-Co units around the [Fe(CN)(6)](4-) center are described (i.e., cis/trans-[{LnCoIII(mu-NC)}(2)Fe-II(CN)(4)](2+)), and some of their structures are determined by X-ray crystallography. Electrochemical experiments revealed an expected anodic shift of the Fe-III/II redox potential upon addition of a tripositively charged {(CoLn)-L-III} moiety. The Co-III/II redox potentials do not change greatly from the di- to the trinuclear complex, but rather behave in a fully independent and noncooperative way. In this respect, the energies and extinction coefficients of the MMCT bands agree with the formal existence of two mixed-valence Fe-II-CN-Co-III units per molecule. Solvatochromic experiments also indicated that the MMCT band of these compounds behaves as expected for a class II mixed-valence complex. Nevertheless, its extinction coefficient is dramatically increased upon increasing the solvent donor number.

Electrografting of poly (carbazole-co-acrylamide) onto highly oriented pyroltic graphite. A cyclovoltammetric, atomic force microscopic and ellipsometric study

The electrocopolymerization of carbazole and acrylamide on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) from ACN solutions via cyclovoltammetry (CV) was studied in order to evaluate the possibility to deposit uniform and thin but pinhole-free and still reactive coatings onto graphite-like substrates. The morphology of the coatings was investigated using atomic force microscopy and the coating thicknesses and optical parameters were measured using ellipsometry. It was found that under the chosen conditions thin (coating thickness hf>180 nm) and relatively smooth (root mean square surface roughness RMS<150 nm) P(Cz-co-AAm)-coatings exhibiting a uniform globuoidal morphology can be deposited onto graphite. From a certain coating thickness (hf>50 nm) no pinholes could be detected. It was found that the thickness of the deposited coatings increases almost linearly with increasing number of CV-cycles while keeping all other experimental parameters (scan rate and comonomer concentration ratio) constant. No influence of the comonomer concentration ratio on the film thickness and coating appearance could be observed, however, at quite low initial concentrations. However, the CV-scanning rate has quite a significant influence on the thickness of the deposited coatings. Higher scan rates (100 mV/s) result in thin (hf≈22 nm) coatings whereas at lower scan rates (<50 mV/s) coatings with thicknesses of approximately 50 nm were obtained. The optical coating parameters (the refractive index n and extinction coefficient k) seem to be independent of the deposition parameters and therefore averaged values of n̄=1.54±0.03 and k̄=0.08±0.03 were obtained.

Synergistischer photoinduzierter Schadstoffabbau mittels eines Porphyrazin-Titandioxid-Hybrids

Die zunehmende Luftverschmutzung aufgrund des steigenden Energiebedarfs und Mobilitätsanspruchs der Bevölkerung, insbesondere in urbanen Gebieten, erhöht das Gefährdungspotential für die Gesundheit und verschlechtert so die Lebensqualität. Neben der Vermeidung von Emissionen toxischer Gase als mittel- und langfristig optimale Maßnahme zur Verbesserung der Luftqualität, stellt der Abbau emittierter Luftschadstoffe ein geeignetes und kurzfristig wirksames Mittel dar. Ein solcher Abbau kann durch Photokatalyse erzielt werden, allerdings nutzen Photokatalysatoren, die auf dem Halbleiter Titandioxid (TiO2) basieren, das solare Emissionsspektrum nur geringfüfig aus und sind in Innenräumen und anderen UV-schwachen Bereichen nicht wirksam. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde ein Photokatalysator entwickelt und hergestellt, der aus TiO2 (P25) als UV-aktiver Photokatalysator und als Trägermaterial sowie einem seinerseits im Vis-Bereich photoaktiven Porphyrazin-Farbstoff als Beschichtung besteht. Die sterisch anspruchsvollen und in der Peripherie mit acht Bindungsmotiven für TiO2 versehenen Farbstoffmoleküle wurden zu diesem Zweck auf der Halbleiteroberfläche immobilisiert. Die so gebildeten Porphyrazin-Titandioxid-Hybride wurde ausführlich charakterisiert. Dabei wurden unter anderem die Bindung der Farbstoffe auf der Titandioxidoberfläche mittels Adsorptionsisothermen und die UV/Vis-spektroskopischen Eigenschaften des Hybridmaterials untersucht. Zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivitäten der Einzelkomponenten und des Hybridmaterials wurden diese auf die Fähigkeit zur Bildung von Singulett-Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikalen hin sowie in einem an die ISO-22197-1 angelehnten Verfahren auf die Fähigkeit zum Abbau von NO hin jeweils bei Bestrahlung in drei Wellenlängenbereichen (UV-Strahlung, blaues Licht und rotes Licht) geprüft. Darüber hinaus konnte die Aktivität des Hybridmaterials bei der Photodynamischen Inaktivierung (PDI) von Bakterien unter UV- und Rotlichtbestrahlung im Vergleich zum reinen Ttandioxid bestimmt werden. Die Charakterisierung des Hybridmaterials ergab, dass die Farbstoffmoleküle in einer neutralen Suspension nahezu irreversibel in einer monomolekularen Schicht mit einer Bindungsenergie von -41.43 kJ/mol an die Oberfläche gebunden sind und das Hybridmaterial mit hohen Extinktionskoeffizienten von bis zu 105 M-1cm-1 in großen Bereichen des UV/Vis-Spektrums Photonen absorbiert. Das Spektrum des Hybridmaterials setzt sich dabei additiv aus den beiden Einzelspektren zusammen. Die Auswirkungen der Charakterisierungsergebnisse auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies wurden ausführlich diskutiert. Der Vergleich der Aktivitäten in Bezug auf die Bildung der reaktiven Sauerstoffspezies zeigte, dass die Aktivität des Hybridmaterials bis auf die bei der Bildung von Hydroxylradikalen unter UV-Bestrahlung in allen Versuchen deutlich höher war als die Aktivität des reinen Titandioxids. Im Gegensatz zu reinem Titandioxid erzeugte das Hybridmaterial in allen untersuchten Wellenlängenbereichen Mengen an Singulett-Sauerstoff, die photophysikalisch eindeutig detektierbar waren. Zur Erklärung und Deutung dieser Beobachtungen wurde eine differenzierte Diskussion geführt, die die Ergebnisse der Hybridpartikelcharakterisierung aufgreift und implementiert. Der Vergleich der NO-Abbaueffizienzen ergab bei allen Experimenten durchgängig deutlich höhere Werte für das Hybridmaterial. Zudem wurden durch das Hybridmaterial nachgewiesenermaßen wesentlich geringere Mengen des unerwünschten Nebenprodukts des Abbaus (NO2) gebildet. Im Zuge der Diskussion wurden verschiedene mögliche Mechanismen der „sauberen“ Oxidation zu Nitrat durch das Hybridmaterial vorgestellt. Untersuchungen zur Photodynamischen Inaktivierung verschiedener Bakterien ergaben, dass das Hybridmaterial neben einer zu P25 ähnlichen Aktivität unter UV-Bestrahlung, anders als P25, auch eine PDI verschiedener Bakterien unter Rotlichtbestrahlung erreicht.