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.

Adaptación de la docencia en el cálculo de estructuras a las nuevas tecnologías

La implantación de las nuevas metodologías de enseñanza a partir de las directrices establecidas en el Espacio Europeo de Educación Superior, ha supuesto una renovación necesaria en los materiales docentes utilizados. En este sentido, el presente artículo muestra los avances en el uso de programas informáticos para la resolución de estructuras desarrollado a lo largo de las diferentes asignaturas que conforman las titulaciones de Ingeniería Civil, el Máster de Caminos, Canales, y Puertos, así como el Máster de Ingeniería de los Materiales, Agua y Terreno de la Universidad de Alicante. De esta forma el alumno es capaz de aproximarse a la realidad laboral, pudiendo comparar los resultados analíticos resueltos de forma tradicional, con los obtenidos con software comerciales ampliamente extendidos en el campo profesional. El uso de dichas herramientas se ha introducido de forma progresiva a lo largo de todos los cursos de las titulaciones anteriormente comentadas. Inicialmente, el alumno se familiariza con la resolución de estructuras a través de elementos barra, combinando diferentes materiales y acciones. Finalmente, el alumno desarrolla elementos placa, así como modelos reológicos y análisis dinámicos de estructuras. Por este motivo, y con el fin de completar la educación de los alumnos, en el presente trabajo se ha tratado de aproximar al alumno a las estructuras reales y a su posterior modelización numérica.

Method for targetless tracking subpixel in-plane movements

We present a targetless motion tracking method for detecting planar movements with subpixel accuracy. This method is based on the computation and tracking of the intersection of two nonparallel straight-line segments in the image of a moving object in a scene. The method is simple and easy to implement because no complex structures have to be detected. It has been tested and validated using a lab experiment consisting of a vibrating object that was recorded with a high-speed camera working at 1000 fps. We managed to track displacements with an accuracy of hundredths of pixel or even of thousandths of pixel in the case of tracking harmonic vibrations. The method is widely applicable because it can be used for distance measuring amplitude and frequency of vibrations with a vision system.

Coordinación vertical de la formación en Cálculo de Estructuras dentro del Grado en Ingeniería Civil: Desarrollo de aplicaciones interactivas para la docencia

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 aplicaciones ilustrativas de distintos conceptos básicos para el cálculo de estructuras de ingeniería civil y edificación. Se han tratado temas como la reología, la plastificación de los materiales, la relación entre tensiones y deformaciones de los sólidos elásticos o la dinámica estructural, siempre desde un punto de vista teórico-práctico y tratando de mantener en todo momento un carácter interactivo que permita la participación activa de los estudiantes. Cada aplicación compagina los fundamentos teóricos y la influencia de los parámetros implicados, con la visualización en forma de gráfico animado de la función resultante.

A Unique Prestressed Concrete Pedestrian Bridge in Spain

This paper describes the so-called Kiss Bridge. This structure resembles a kiss, a subtle touch of structures. The beams have been structurally designed to adapt the Japanese art of paper folding called "origami." The material used for constructing the floating beams is white reinforced concrete in the form of folded shells. The two geometrically different parts have distinct structural behaviors. The length of the main pathway of both structures is over 60 m. The pedestrian bridge crosses an artificial rainwater channel with a skew of 45° with respect to the referred channel. The joint between the cantilever structure and the Y-shaped one is located over the middle of the channel. Each stretch has different transversal sections. The pedestrian bridge is made with prestressed self-compacting reinforced concrete of 60 MPa. The foundation is shallow, comprising footings and footing beams made of 25 MPa conventional concrete. The cantilever structure with its foundations is designed as a semi-integral bridge whereas the Y-shaped one is an integral structure. The dynamic behavior of the structure was carefully studied to ensure that the dynamic loads generated by pedestrians do not cause excessive vibrations, especially to the cantilever structure, which could present dynamic interactions with the pedestrians walking. The bridge was recognized, in the 2014 edition of the fib Awards for Outstanding Concrete Structures, for having made a valuable contribution to the image and promotion of concrete structures.

Análisis numérico del comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico

En este trabajo se describe el proceso llevado a cabo para analizar numéricamente mediante el método de los elementos finitos (MEF) el comportamiento vibratorio del conjunto móvil de un altavoz dinámico de bobina con doble suspensión inferior y en ausencia de la superior. El estudio se centra en el rango de baja frecuencia. El calibrado del modelo se realiza en base a medidas experimentales de la frecuencia de resonancia y desplazamiento del diafragma. Se hace énfasis en la importancia de los factores de participación asociados a la fuerza de excitación y en los cambios que se producen en estos al introducir fuerzas no equilibradas. Así mismo, el análisis proporciona datos para decidir sobre la distancia entre suspensiones, su número óptimo de pliegues y la ubicación de las trencillas, siendo estos parámetros de gran interés en el diseño de este tipo de altavoces.

Targetless image-based method for measuring displacements and strains on concrete surfaces with a consumer camera

Measurement of concrete strain through non-invasive methods is of great importance in civil engineering and structural analysis. Traditional methods use laser speckle and high quality cameras that may result too expensive for many applications. Here we present a method for measuring concrete deformations with a standard reflex camera and image processing for tracking objects in the concretes surface. Two different approaches are presented here. In the first one, on-purpose objects are drawn on the surface, while on the second one we track small defects on the surface due to air bubbles in the hardening process. The method has been tested on a concrete sample under several loading/unloading cycles. A stop-motion sequence of the process has been captured and analyzed. Results have been successfully compared with the values given by a strain gauge. Accuracy of our methods in tracking objects is below 8 μm, in the order of more expensive commercial devices.