Seismic behavior of a masonry chimney with severe cracking condition: preliminary study

This paper presents a structural analysis of a masonry chimney built in the 1940s, which is currently being cataloged as local interest heritage. This structure has not served any industrial purpose for the last thirty years. The chimney is located in the town of Agost (Alicante - Spain) and directly exposed to the prevailing winds from the sea, as it is approximately 12 km away from the waterfront and there are not any significant barriers, which could protect the structure against the wind. There are longitudinal cracks and fissures all along the shaft because of the chimney’s geometrical characteristics, the effect of the masonry creep and especially the lack of maintenance. Moreover, there is also a permanent bending deformation in the upper 1/3 of the height due to the wind pressure. A numerical analysis for the static behavior against gravity and wind loads was performed using the structure’s current conditions after a detailed report of its geometry, its construction system and the cracking pattern. Afterwards, the dynamic behavior was studied, i.e. a seismic analysis using both response spectra and accelerograms in order to examine the structural stability. This work shows the pre-monitoring analysis before any experimental testing. Using the current results the future test conditions will be determined (e.g. number of sensors and monitoring point location, excitation systems, etc) prior to a possible structural reinforcement by applying composite material (fiber reinforced polymers).

On Modeling an Innovative Monitoring Network for Protecting and Managing Cultural Heritage from Risk Events

In this paper the model of an Innovative Monitoring Network involving properly connected nodes to develop an Information and Communication Technology (ICT) solution for preventive maintenance of historical centres from early warnings is proposed. It is well known that the protection of historical centres generally goes from a large-scale monitoring to a local one and it could be supported by a unique ICT solution. More in detail, the models of a virtually organized monitoring system could enable the implementation of automated analyses by presenting various alert levels. An adequate ICT solution tool would allow to define a monitoring network for a shared processing of data and results. Thus, a possible retrofit solution could be planned for pilot cases shared among the nodes of the network on the basis of a suitable procedure utilizing a retrofit catalogue. The final objective would consist in providing a model of an innovative tool to identify hazards, damages and possible retrofit solutions for historical centres, assuring an easy early warning support for stakeholders. The action could proactively target the needs and requirements of users, such as decision makers responsible for damage mitigation and safeguarding of cultural heritage assets.

Empleo de drones (RPAS) para la elaboración de material audiovisual docente en asignaturas de Ingeniería Civil

El presente trabajo estudia la utilización de drones telecomandados de uso comercial (RPAS) para producir material audiovisual específico de diversas asignaturas de las titulaciones de Ingeniería Civil. Se trata de un equipamiento de alta tecnología y coste relativamente asequible, en torno a 1.300 euros, para producir material audiovisual que hasta ahora únicamente podría ser obtenido empleando medios mucho más limitados (fotografías aéreas y de satélite) o mucho más costosos, tales como vuelos fotográficos específicos. De este modo, se valorará la viabilidad de introducción de una nueva herramienta tecnológica de innovación educativa hasta ahora no empleada en la elaboración de material docente, analizando sus principales ventajas y limitaciones.

Desarrollo de aplicaciones interactivas para la docencia de estructuras en Ingeniería Civil

Las nuevas tecnologías aplicadas a la enseñanza permiten la visualización de fenómenos físicos y su relación con la base matemática utilizada en la modelización de los mismos. En este trabajo se ha utilizado el programa Mathematica para realizar una aplicación ilustrativa del oscilador con un grado de libertad en funcionamiento libre, amortiguado y forzado armónicamente. El oscilador de 1 GL forma parte del conocimiento de base en el análisis de estructuras bajo cargas dinámicas (sismos), y la comprensión de sus fundamentos teóricos, así como la influencia de los parámetros implicados, deben ser objetivo didáctico prioritario en las asignaturas relacionadas con el cálculo avanzado de estructuras. En la aplicación desarrollada se pueden variar las características intrínsecas del oscilador (rigidez, constante de amortiguación y masa) y la fuerza aplicada (amplitud y frecuencia). El resultado se visualiza en forma de gráfico animado del movimiento permanente resultante. Las ecuaciones resultantes y los parámetros característicos (frecuencia natural, coeficiente de amortiguamiento, razón de frecuencias, factor de amplificación dinámica, ángulo de desfase…) también están disponibles de una forma interactiva. Las constantes de integración que definen las condiciones iniciales, y la ventana de tiempos mostrada pueden variarse asimismo. La aplicación puede ejecutarse desde cualquier navegador.

Seguimiento de las nuevas metodologías docentes en Cálculo de Estructuras del Grado en Ingeniería Civil

Dentro de los cambios introducidos en el EEES, se incluyeron desde el curso 2011/2012 nuevas metodologías docentes en las asignaturas de Cálculo de Estructuras I y II en el Grado en Ingeniería Civil. En el caso de Cálculo de Estructuras I, se procedió a la incorporación de prácticas de laboratorio con diferentes tipologías de perfiles y materiales, de tal forma que el alumno se familiarizara con la realidad de las estructuras estudiadas en las clases de teoría. En el caso de Cálculo de Estructuras II, se procedió a la incorporación de prácticas con ordenador analizando diferentes software informáticos, de tal forma que el alumno fuera capaz de estudiar estructuras complejas. De esta manera, el objetivo principal de la RED en la que se enmarca el presente trabajo, es el seguimiento continuo y mejora de los materiales y prácticas docentes elaborados en dichas asignaturas. Por tanto, se han recogido los resultados tras los dos primeros años de docencia para analizar el efecto de los cambios metodológicos en la evaluación continua de los alumnos.

Optimal model through identified frequencies of a masonry building structure with wooden floors

The paper presents the analysis of an important historical building: the Saint James Theater in the city of Corfù (Greece) actually used as the Municipality House. The building, located in the center of the city, is made of carves stones and is characterized by a stocky shape and by the presence of wooden floors. The study deals with the structural identification of such structure through the analysis of its ambient vibrations recorded by means of accelerometers with high accuracy. A full dynamic testing was developed using ambient vibrations to identify the main modal parameters and to make a non-destructive characterization of this building. The results of these dynamic tests are compared with the modal analysis of a complex finite element (FE) simulation of the structure. This analysis may present several problems and uncertainties for this stocky building. Due to the presence of wooden floors, the local modes can be highly excited and, as a consequence, the evaluation of the structural modal parameters presents some difficulties.

Adaptabilidad de la energía solar fotovoltaica sobre fachadas urbanas

La integración de energía solar fotovoltaica en edificios es una estrategia energética y medioambiental acreditada con un futuro muy prometedor. Para su promoción, tan importantes son los incentivos económicos, el desarrollo legislativo y las mejoras tecnológicas, como la investigación en nuevas herramientas de simulación y análisis que sirvan de apoyo en el diseño de nuevas estrategias energéticas y medioambientales. La tesis pretende contribuir en esta labor de difusión, planteándose cómo incide la radiación solar sobre los entornos urbanos, con la finalidad de generar un procedimiento que obtenga el potencial de integración de energía solar fotovoltaica en fachadas. Se trabajará para lograr un método simplificado de simulación y cálculo de la energía producida en base a sistema de información geográfica (SIG), con la capacidad de generar mapas solares que muestren el potencial de integración arquitectónica fotovoltaica sobre fachadas a partir de la cartografía catastral. El nombre asignado para este método es AdaptaSolar. Con este objetivo se ha desarrollado la presente tesis que se estructura en seis capítulos, más las conclusiones y anexos, con los que se pretende definir y desarrollar el tema de tesis planteado. El primer capítulo, realiza una visión general sobre la integración arquitectónica de los sistemas fotovoltaicos, junto con el planteamiento y objetivos de la tesis. El segundo capítulo, plasma una revisión profunda sobre del estado actual de los temas relacionados con el planteamiento y objeto de esta tesis: estimación de la radiación solar, estimación de la radiación solar sobre fachadas y estudio del potencial de integración arquitectónica fotovoltaica en fachadas. El capítulo tres, de carácter teórico, recoge un análisis general sobre la energía solar fotovoltaica, desde el efecto fotovoltaico hasta las aplicaciones e instalación, sin perder de vista los objetivos generales marcados en la tesis. Destaca, sobre todo, la catalogación de las tecnologías fotovoltaicas más prometedoras, además, de la recopilación y análisis de los factores más importantes que influyen en la captación fotovoltaica. El capítulo cuatro, también de carácter teórico, profundiza en el modo en el que la radiación solar incide sobre la superficie terrestre, analizando la naturaleza de la radiación solar y la geometría del sistema solar. Destaca el exhaustivo análisis de los principales métodos de cálculo para la estimación de la radiación solar sobre superficies horizontales e inclinadas, especialmente, la recopilación de modelos numéricos para la estimación de la irradiación difusa. El capítulo cinco, desarrolla el concepto de integración fotovoltaica en edificios, sus principales características y las ventajas que reporta. Además, realiza un análisis muy interesante sobre la situación actual de la integración fotovoltaica en edificios en España. Por último, incluye una selección de los proyectos más relevantes de integración arquitectónica. El capítulo seis, desarrolla el método planteado para la evaluación de la adaptabilidad de energía solar fotovoltaica en entonos urbanos, objeto de la tesis. Siendo éste, por tanto, el capítulo más experimental y significativo de la misma. Este capítulo está dividido en seis subapartados, siendo los dos primeros la introducción y el modelo geométrico planteado para el desarrollo del método. Los tres siguientes apartados, muestra el desarrollo del método en tres fases consecutivas: estimación de la insolación, la radiación y el potencial de integración de sistemas fotovoltaicos sobre fachada. En cada uno de estos apartados, se realiza la correspondiente validación y análisis de resultados, mediante la generación de una serie de gráficas que muestran el comportamiento anual del sol sobre las fachadas y el efecto adverso del sombreado entre edificios. El sexto apartado de este capítulo, detalla los pasos seguidos para efectuar la implementación del método experimental en el SIG, desde la preparación y obtención de los datos cartográficos de partida, hasta el desarrollo y ejecución del algoritmo principal. Además se muestran los resultados obtenidos para un área urbana concreta de la ciudad de Madrid. Por último, el capítulo siete recoge las conclusiones más importantes del trabajo y propone una serie de líneas de investigación futuras que se consideran relevantes para la continuidad del método planteado en la tesis.

Preliminary interpretation of shaking-table response of a full-scale 3-storey building composed of thin reinforced concrete sandwich walls

In the last few decades, the use of cast in situ reinforced concrete sandwich panels for the construction of low- to mid-rise buildings has become more and more widespread due to several interesting properties of this construction technique, such as fast construction and high thermal and acoustic performances. Nonetheless the level of knowledge of the structural behavior of systems made of squat reinforced concrete sandwich panels is still not so consolidated, especially with reference to the seismic response, due to the lack of experimental studies. In recent years, while various experimental tests have been conducted on single panels aimed at assessing their seismic capacity, only few tests have been carried out on more complex structural systems. In this paper, the experimental results of a series of shaking-table tests performed on a full-scale 3-storey building are presented in detail. The main goal is to give to the scientific community the possibility of develop independent interpretation of these experimental results. An in-depth interpretation of the discrepancies between the analytical predictions and the experimental results is beyond the objective of this paper and is still under development. Nonetheless, preliminary interpretations indicate that both the stiffness and the strength of the building under dynamic excitation appear quite superior with respect to those expected from the results of previous pseudo-static cyclic tests conducted on simple specimens.

Acceleration and Deflection Analysis for Class C Edge Protection Systems in Construction Work

The requirements for edge protection systems on most sloped work surfaces (class C, according to EN 13374-2013 code) in construction works are studied in this paper. Maximum deceleration suffered by a falling body and maximum deflection of the protection system were analyzed through finite-element models and confirmed through full-scale experiments. The aim of this work is to determine which value for deflection system entails a safe deceleration for the human body. This value is compared with the requirements given by the current version of EN 13374-2013. An additional series of experiments were done to determine the acceleration linked to minimum deflection required by code (200 mm) during the retention process. According to the obtained results, a modification of this value is recommended. Additionally, a simple design formula for this falling protection system is proposed as a quick tool for the initial steps of design.

Caracterización de la impedancia de transferencia de materiales porosos-fibrosos usando holografía acústica de campo cercano (NAH)

En este trabajo se aplica la técnica de holografía acústica de campo cercano (NAH-Near field Acoustic Holography) para determinar la velocidad de vibración de la superficie de una capa de material absorbente que a su vez está adherido a una placa metálica circular que emula un pistón rígido. Este dato de la velocidad es necesario para predecir su impedancia de transferencia. En la experiencia propuesta, la placa metálica vibra por la acción de un actuador ubicado en su centro transmitiendo su vibración a la lámina porosa. El experimento y la técnica implementada se apoyan en la hipótesis del desacoplamiento de la parte vibratoria y la acústica de un sistema placa-poroso para determinar la eficiencia de radiación.

Three-dimensional planar object tracking with sub-pixel accuracy

Subpixel techniques are commonly used to increase the spatial resolution in tracking tasks. Object tracking with targets of known shape permits obtaining information about object position and orientation in the three-dimensional space. A proper selection of the target shape allows us to determine its position inside a plane and its angular and azimuthal orientation under certain limits. Our proposal is demonstrated both numerical and experimentally and provides an increase the accuracy of more than one order of magnitude compared to the nominal resolution of the sensor. The experiment has been performed with a high-speed camera, which simultaneously provides high spatial and temporal resolution, so it may be interesting for some applications where this kind of targets can be attached, such as vibration monitoring and structural analysis.

Memoria de la Red de coordinación del Grado en Arquitectura para la implantación de quinto en el curso 2014-15

El propósito fundamental de esta red es la coordinación de asignaturas del quinto curso de Grado en Arquitectura que se implantan por primera vez en el curso 2014-15. Como ya sucediera en los años anteriores con la implantación progresiva de cada curso se pretende elaborar las guías docentes de cada asignatura. Con la implantación de quinto curso únicamente queda una asignatura de sexto, el proyecto final de grado, por lo que previsiblemente la Red de quinto curso culmina la coordinación de asignaturas del Grado en Arquitectura. Es por tanto un momento importante para observar deficiencias del plan de estudios y seguir trabajando en la mejora de la calidad del título para la verificación del mismo.

Innovación en la producción de materiales curriculares para titulaciones de Ingeniería Civil empleando drones telecomandados

El presente trabajo estudia la utilización de drones telecomandados de uso comercial (RPAS) para producir material audiovisual específico de diversas asignaturas de las titulaciones de Ingeniería Civil. Se trata de un equipamiento de alta tecnología y coste relativamente asequible, en torno a 1.300 euros, para producir material audiovisual que hasta ahora únicamente podría ser obtenido empleando medios mucho más limitados (fotografías aéreas y de satélite) o mucho más costosos, tales como vuelos fotográficos específicos. De este modo, se valorará la viabilidad de introducción de una nueva herramienta tecnológica de innovación educativa hasta ahora no empleada en la elaboración de material docente, analizando sus principales ventajas y limitaciones.

Steel Pedestrian Bridge to Protect a Unique Tree

This paper describes the “Variation Guggenheim 3: Mirador de la palmera” project, situated in Daya Vieja (Alicante-Spain). This structure is inspired by the Guggenheim museum of New York and is designed to protect a land-mark palm-tree from wind loads. This six – trunk palm tree was declared monument by the Valencian government in 2012. The structure that now protect it appears to fly around de palm tree creating a helicoidally skywalk made of steel, while retrofitting the lateral trunks of the tree to protect them from collapse. An 18 m. long straight beam starts on the top of this helix, and stretches towards a lookout point that offers a view of the whole village and its surroundings. The reduction of the visual impact of the structure on the tree was a major aim for the project design. The structural elements are as slender as possible to avoid the visual obstruction of tree. They are painted white, while the walkway steel corrugated plate is painted green in order to highlight its neat shape among the blur created by the apparent mess of bars of the supporting structure. The two main piles of this pedestrian bridge were designed in steel and geometrically resemble trees. A Ground Penetrating Radar analysis was performed to detect the palm root location and to decide the best foundation system. Slender cast in-situ steel-concrete micropiles along with a concrete pile-cap, raised some centimeters above the ground level, were used to reduce the damage to the roots. The projected pile-cap is a slender, continuous, circular ring; which geometry resembles a concrete bench. This structure has been a finalist in the Architecture Awards for the 2010-2014 best construction projects, held by the Diputación de Alicante.

Shaking-table tests of flat-bottom circular silos containing grain-like material

According to Eurocode 8, the seismic design of flat-bottom circular silos containing grain-like material is based on a rough estimate of the inertial force imposed on the structure by the ensiled content during an earthquake: 80% of the mass of the content multiplied by the peak ground acceleration. A recent analytical consideration of the horizontal shear force mobilised within the ensiled material during an earthquake proposed by some of the authors has resulted in a radically reduced estimate of this load suggesting that, in practice, the effective mass of the content is significantly less than that specified. This paper describes a series of laboratory tests that featured shaking table and a silo model, which were conducted in order to obtain some experimental data to verify the proposed theoretical formulations and to compare with the established code provisions. Several tests have been performed with different heights of ensiled material – about 0.5 mm diameter Ballotini glass – and different magnitudes of grain–wall friction. The results indicate that in all cases, the effective mass is indeed lower than the Eurocode specification, suggesting that the specification is overly conservative, and that the wall–grain friction coefficient strongly affects the overturning moment at the silo base. At peak ground accelerations up to around 0.35 g, the proposed analytical formulation provides an improved estimate of the inertial force imposed on such structures by their contents.