Osteotomy of the greater trochanter: effect on gluteus medius function

PURPOSE Advancement of the greater trochanter alters the function of the gluteus medius muscle. However, with the exception of clinical studies and biomechanical lever arm studies, no publications that analyze the consequences of advancement of the greater trochanter on the muscle function exist. The aim of the study was to analyze the mechanical changes of gluteus medius after osteotomy of the greater trochanter in a lab setting. METHODS An anatomical study of origin and insertion of the gluteus medius was carried out on four hips. Based on the dissections, a string model was developed dividing the muscle into five sectors. Changes in muscle fiber length were measured for every 10° of flexion, internal and external rotation and abduction with the trochanter in anatomic, proximalized and distalized positions. RESULTS Distalization of the trochanter leads to an imbalance of muscle action, moving the isometric sector of the muscle anteriorly with more muscle sectors being active during flexion and less during extension. Stretching of the muscle increases passive forces but decreases the force generation capacity of the muscle and at the same time increased muscle fiber excursion may require more energy consumption, which may explain earlier fatigue of the abductor musculature after distalization of the trochanter. For abduction, distalization of the muscle attachment leads to a change in contraction pattern from isometric to isotonic. Optimal balancing and excursion of the muscle is when the tip of the greater trochanter is at level with the hip rotation center. CONCLUSIONS In hips with high riding trochanter, the optimal position is at the level of the center of hip rotation. Excessive distalization should be avoided. As the conclusions and considerations are based on a lab setting, transfer to clinical practice may not necessarily apply.

Periacetabular osteotomy restores the typically excessive range of motion in dysplastic hips with a spherical head

BACKGROUND Residual acetabular dysplasia is seen in combination with femoral pathomorphologies including an aspherical femoral head and valgus neck-shaft angle with high antetorsion. It is unclear how these femoral pathomorphologies affect range of motion (ROM) and impingement zones after periacetabular osteotomy. QUESTIONS/PURPOSES (1) Does periacetabular osteotomy (PAO) restore the typically excessive ROM in dysplastic hips compared with normal hips; (2) how do impingement locations differ in dysplastic hips before and after PAO compared with normal hips; (3) does a concomitant cam-type morphology adversely affect internal rotation; and (4) does a concomitant varus-derotation intertrochanteric osteotomy (IO) affect external rotation? METHODS Between January 1999 and March 2002, we performed 200 PAOs for dysplasia; of those, 27 hips (14%) met prespecified study inclusion criteria, including availability of a pre- and postoperative CT scan that included the hip and the distal femur. In general, we obtained those scans to evaluate the pre- and postoperative acetabular and femoral morphology, the degree of acetabular reorientation, and healing of the osteotomies. Three-dimensional surface models based on CT scans of 27 hips before and after PAO and 19 normal hips were created. Normal hips were obtained from a population of CT-based computer-assisted THAs using the contralateral hip after exclusion of symptomatic hips or hips with abnormal radiographic anatomy. Using validated and computerized methods, we then determined ROM (flexion/extension, internal- [IR]/external rotation [ER], adduction/abduction) and two motion patterns including the anterior (IR in flexion) and posterior (ER in extension) impingement tests. The computed impingement locations were assigned to anatomical locations of the pelvis and the femur. ROM was calculated separately for hips with (n = 13) and without (n = 14) a cam-type morphology and PAOs with (n = 9) and without (n = 18) a concomitant IO. A post hoc power analysis based on the primary research question with an alpha of 0.05 and a beta error of 0.20 revealed a minimal detectable difference of 4.6° of flexion. RESULTS After PAO, flexion, IR, and adduction/abduction did not differ from the nondysplastic control hips with the numbers available (p ranging from 0.061 to 0.867). Extension was decreased (19° ± 15°; range, -18° to 30° versus 28° ± 3°; range, 19°-30°; p = 0.017) and ER in 0° flexion was increased (25° ± 18°; range, -10° to 41° versus 38° ± 7°; range, 17°-41°; p = 0.002). Dysplastic hips had a higher prevalence of extraarticular impingement at the anteroinferior iliac spine compared with normal hips (48% [13 of 27 hips] versus 5% [one of 19 hips], p = 0.002). A PAO increased the prevalence of impingement for the femoral head from 30% (eight of 27 hips) preoperatively to 59% (16 of 27 hips) postoperatively (p = 0.027). IR in flexion was decreased in hips with a cam-type deformity compared with those with a spherical femoral head (p values from 0.002 to 0.047 for 95°-120° of flexion). A concomitant IO led to a normalization of ER in extension (eg, 37° ± 7° [range, 21°-41°] of ER in 0° of flexion in hips with concomitant IO compared with 38° ± 7° [range, 17°-41°] in nondysplastic control hips; p = 0.777). CONCLUSIONS Using computer simulation of hip ROM, we could show that the PAO has the potential to restore the typically excessive ROM in dysplastic hips. However, a PAO can increase the prevalence of secondary intraarticular impingement of the aspherical femoral head and extraarticular impingement of the anteroinferior iliac spines in flexion and internal rotation. A cam-type morphology can result in anterior impingement with restriction of IR. Additionally, a valgus hip with high antetorsion can result in posterior impingement with decreased ER in extension, which can be normalized with a varus derotation IO of the femur. However, indication of an additional IO needs to be weighed against its inherent morbidity and possible complications. The results are based on a limited number of hips with a pre- and postoperative CT scan after PAO. Future prospective studies are needed to verify the current results based on computer simulation and to test their clinical importance.

Extra-articular step osteotomy of the olecranon: A biomechanical assessment

BACKGROUND Trans-olecranon chevron osteotomies (COs) remain the gold standard surgical approach to type C fractures of the distal humerus. This technique is associated with a high complication rate and development of an extra-articular olecranon osteotomy may be advantageous. The aim of this study was to compare the load to failure of COs with extra-articular oblique osteotomies (OOs) as well as modified, extra-articular step osteotomies (SOs). METHODS These three osteotomies and their subsequent fixation utilizing a standardized tension band wiring technique were tested in 42 composite analog ulnae models at 20° and 70° of flexion. Triceps loading was simulated with a servo hydraulic testing machine. All specimens were isometrically loaded until failure. Kinematic and force data, as well as interfragmentary motion were recorded. RESULTS At 70°, CO failed at a mean load of 963N (SD 104N), the OO at 1512N (SD 208N) and the SO at 1484N (SD 153N), (P<0.001). At 20°, CO failed at a mean load of 707N (SD 104N) and OO at 1009N (SD 85N) (P=0.006). The highest load to failure was observed for the SO, which was 1277N (SD 172N). The load to failure of the SO was significantly higher than the CO as well as the OO. CONCLUSION Extra-articular osteotomies showed a significantly higher load to failure in comparison to traditional CO. At near full extension (20° of flexion), this biomechanical advantage was further enhanced by a step-cut modification of the extra-articular oblique osteotomy.

Effect of an intervertebral disk spacer on stiffness after monocortical screw/polymethylmethacrylate fixation in simulated and cadaveric canine cervical vertebral columns.

OBJECTIVE To determine the biomechanical effect of an intervertebral spacer on construct stiffness in a PVC model and cadaveric canine cervical vertebral columns stabilized with monocortical screws/polymethylmethacrylate (PMMA). STUDY DESIGN Biomechanical study. SAMPLE POPULATION PVC pipe; cadaveric canine vertebral columns. METHODS PVC model-PVC pipe was used to create a gap model mimicking vertebral endplate orientation and disk space width of large-breed canine cervical vertebrae; 6 models had a 4-mm gap with no spacer (PVC group 1); 6 had a PVC pipe ring spacer filling the gap (PCV group 2). Animals-large breed cadaveric canine cervical vertebral columns (C2-C7) from skeletally mature dogs without (cadaveric group 1, n = 6, historical data) and with an intervertebral disk spacer (cadaveric group 2, n = 6) were used. All PVC models and cadaver specimens were instrumented with monocortical titanium screws/PMMA. Stiffness of the 2 PVC groups was compared in extension, flexion, and lateral bending using non-destructive 4-point bend testing. Stiffness testing in all 3 directions was performed of the unaltered C4-C5 vertebral motion unit in cadaveric spines and repeated after placement of an intervertebral cortical allograft ring and instrumentation. Data were compared using a linear mixed model approach that also incorporated data from previously tested spines with the same screw/PMMA construct but without disk spacer (cadaveric group 1). RESULTS Addition of a spacer increased construct stiffness in both the PVC model (P < .001) and cadaveric vertebral columns (P < .001) compared to fixation without a spacer. CONCLUSIONS Addition of an intervertebral spacer significantly increased construct stiffness of monocortical screw/PMMA fixation.

Biomechanical comparison between bicortical pin and monocortical screw/polymethylmethacrylate constructs in the cadaveric canine cervical vertebral column.

OBJECTIVE To compare biomechanical stiffness of cadaveric canine cervical spine constructs stabilized with bicortical stainless steel pins and polymethylmethacrylate (PMMA), monocortical stainless steel screws with PMMA, or monocortical titanium screws with PMMA. STUDY DESIGN Biomechanical cadaver study. ANIMALS Eighteen canine cervical vertebral columns (C2-C7) were collected from skeletally mature dogs (weighing 22-32 kg). METHODS Specimens were radiographed and examined by dual energy X-ray absorptiometry. Stiffness of the unaltered C4-C5 intervertebral motion unit was measured in extension, flexion and lateral bending using non-destructive 4-point bend testing. Specimens were then stabilized by (1) bicortical stainless steel pins/PMMA, (2) monocortical stainless steel screws/PMMA, or (3) monocortical titanium screws/PMMA. Mechanical testing was repeated and stiffness data from unaltered specimens and the 3 treatment groups were compared. RESULTS All 3 surgical methods significantly increased stiffness of the C4-C5 motion unit compared with the unaltered specimen (P < .001 for all treatments), but stiffness was not significantly different among the 3 fixation groups (P = .578). CONCLUSIONS In this model, monocortical screw fixation (with stainless steel or titanium screws) was biomechanically equivalent to bicortical fixation.

Surgical Technique: Reverse Periacetabular Osteotomy

Acetabular retroversion is the result of an externally rotated hemipelvis rather than a focal overgrowth of the anterior wall and/or hypoplasia of the posterior wall. Acetabular retroversion is a cause of pincer impingement which, if left untreated, can lead to hip pain and osteoarthritis. The causal surgical treatment in hips with acetabular retroversion is acetabular reorientation with a reverse periacetabular osteotomy (PAO). Indication is based on a positive correlation among symptoms (typically groin pain), physical findings on examination (positive anterior impingement test and decreased flexion and internal rotation), and radiographic signs for acetabular retroversion. These include a positive crossover, posterior wall, and ischial spine sign. A reverse PAO is performed with four osteotomies and a controlled fracture. Unlike reorientation of the acetabular fragment in dysplastic hips, correction for acetabular retroversion is achieved by a combined extension and internal rotation of the acetabular fragment. Typically, a small supra-acetabular wedge resection is required to allow sufficient extension of the fragment. The quality of acetabular reorientation is evaluated by intraoperative AP pelvic radiographs. In addition, intraoperative testing of range of motion following acetabular reorientation is mandatory. An arthrotomy and offset correction of the femoral head-neck area is indicated in hips with decreased internal rotation following acetabular reorientation. In a 10-year follow-up study of reverse PAO, a favorable outcome with preservation of all native joints was found. Correct acetabular orientation and, if necessary, a concomitant offset correction were the keys of successful outcome.

Long-term Outcome After Monosegmental L4/5 Stabilization for Degenerative Spondylolisthesis With the Dynesys Device.

STUDY DESIGN Retrospective analysis of prospectively collected clinical data. OBJECTIVE To assess the long-term outcome of patients with monosegmental L4/5 degenerative spondylolisthesis treated with the dynamic Dynesys device. SUMMARY OF BACKGROUND DATA The Dynesys system has been used as a semirigid, lumbar dorsal pedicular stabilization device since 1994. Good short-term results have been reported, but little is known about the long-term outcome after treatment for degenerative spondylolisthesis at the L4/5 level. METHODS A total of 39 consecutive patients with symptomatic degenerative lumbar spondylolisthesis at the L4/5 level were treated with bilateral decompression and Dynesys instrumentation. At a mean follow-up of 7.2 years (range, 5.0-11.2 y), they underwent clinical and radiographic evaluation and quality of life assessment. RESULTS At final follow-up, back pain improved in 89% and leg pain improved in 86% of patients compared with preoperative status. Eighty-three percent of patients reported global subjective improvement. Ninety-two percent would undergo the surgery again. Eight patients (21%) required further surgery because of symptomatic adjacent segment disease (6 cases), late-onset infection (1 case), and screw breakage (1 case). In 9 cases, radiologic progression of spondylolisthesis at the operated segment was found. Seventy-four percent of operated segments showed limited flexion-extension range of <4 degrees. Adjacent segment pathology, although without clinical correlation, was diagnosed at the L5/S1 (17.9%) and L3/4 (28.2%) segments. In 4 cases, asymptomatic screw loosening was observed. CONCLUSIONS Monosegmental Dynesys instrumentation of degenerative spondylolisthesis at L4/5 shows good long-term results. The rate of secondary surgeries is comparable to other dorsal instrumentation devices. Residual range of motion in the stabilized segment is reduced, and the rate of radiologic and symptomatic adjacent segment degeneration is low. Patient satisfaction is high. Dynesys stabilization of symptomatic L4/5 degenerative spondylolisthesis is a possible alternative to other stabilization devices.

Efectos de un programa de actividad física en escolares

Objetivos: Comprobar el efecto que tiene sobre el alumnado de Educación Primaria un programa de actividad física durante los recreos escolares mediante juegos pre-deportivos, en la composición corporal y en la condición física de los mismos. Metodología: Se realizó un análisis de las diferencias antes-después de muestras independientes de las pruebas de condición física y de las medidas antropométricas (grupo control y experimental), así como el valor de p de los contrastes, realizado mediante un análisis estadístico con el programa IBM SPSS 20.0. Aplicación a 54 alumnos y alumnas de Educación Primaria, de entre 9 y 11 años. Instrumentos: test de los 500 metros (resistencia); test de lanzamiento de balón medicinal (fuerza tren superior); test del salto horizontal (fuerza tren inferior); test de los 50 metros (velocidad); test de flexión profunda de tronco (flexibilidad). Resultados: Un estilo de vida activo, practicando actividad física diaria, se relaciona con mejoras en la condición física y en la composición corporal de sus practicantes. Conclusiones: Un programa de actividad física realizado en los recreos escolares con una duración de 30 minutos durante tres días a la semana, produce mejoras en los valores del IMC y la condición física de quien lo practica.

Efectos de un programa de actividad física en escolares

Objetivos: Comprobar el efecto que tiene sobre el alumnado de Educación Primaria un programa de actividad física durante los recreos escolares mediante juegos pre-deportivos, en la composición corporal y en la condición física de los mismos. Metodología: Se realizó un análisis de las diferencias antes-después de muestras independientes de las pruebas de condición física y de las medidas antropométricas (grupo control y experimental), así como el valor de p de los contrastes, realizado mediante un análisis estadístico con el programa IBM SPSS 20.0. Aplicación a 54 alumnos y alumnas de Educación Primaria, de entre 9 y 11 años. Instrumentos: test de los 500 metros (resistencia); test de lanzamiento de balón medicinal (fuerza tren superior); test del salto horizontal (fuerza tren inferior); test de los 50 metros (velocidad); test de flexión profunda de tronco (flexibilidad). Resultados: Un estilo de vida activo, practicando actividad física diaria, se relaciona con mejoras en la condición física y en la composición corporal de sus practicantes. Conclusiones: Un programa de actividad física realizado en los recreos escolares con una duración de 30 minutos durante tres días a la semana, produce mejoras en los valores del IMC y la condición física de quien lo practica.

Efectos de un programa de actividad física en escolares

Objetivos: Comprobar el efecto que tiene sobre el alumnado de Educación Primaria un programa de actividad física durante los recreos escolares mediante juegos pre-deportivos, en la composición corporal y en la condición física de los mismos. Metodología: Se realizó un análisis de las diferencias antes-después de muestras independientes de las pruebas de condición física y de las medidas antropométricas (grupo control y experimental), así como el valor de p de los contrastes, realizado mediante un análisis estadístico con el programa IBM SPSS 20.0. Aplicación a 54 alumnos y alumnas de Educación Primaria, de entre 9 y 11 años. Instrumentos: test de los 500 metros (resistencia); test de lanzamiento de balón medicinal (fuerza tren superior); test del salto horizontal (fuerza tren inferior); test de los 50 metros (velocidad); test de flexión profunda de tronco (flexibilidad). Resultados: Un estilo de vida activo, practicando actividad física diaria, se relaciona con mejoras en la condición física y en la composición corporal de sus practicantes. Conclusiones: Un programa de actividad física realizado en los recreos escolares con una duración de 30 minutos durante tres días a la semana, produce mejoras en los valores del IMC y la condición física de quien lo practica.

Beitrag zur Entwicklung der Querschnittsgestaltung im Verbundbrückenbau

Die grafische Darstellung des Verbundquerschnittes mit einer oberen Betonplatte und einem darunter liegenden Stahlträger war seit seiner Vorstellung in den 1950er Jahren ein Symbol, das weit über die Theorie hinausging und weite Verbreitung in der Praxis des Verbundbrückenbaus fand. Seit den 1970er bzw. 1980er Jahren hat dieses Bild – bedingt durch neue und freiere Formen, Beton und Stahl miteinander zu kombinieren – seine Symbolhaftigkeit verloren. In Deutschland und Spanien wurde der Doppelverbund mit unten liegenden Betonplatten in Bereichen mit negativen Momenten eingeführt, in Frankreich werden Stahlträger auch in vorgespannten Betonquerschnitten eingebettet. Beide Ansätze haben dazu beigetragen, dass in der Gegenwart die Materialien Stahl und Beton im Verbundbau frei miteinander kombiniert werden können. On the development of sections in composite bridges. A comprehensive theory of composite construction was established in Germany by Sattler in 1953. The theoretical image of the composite section with a superior concrete slab and a lower metallic structure was shaped in addition to the analytical resolution. Theory and graphical representation were going to be known together in Europe. This figure was repeated in all theoretical and academic publications, so becoming an authentic icon of the composite section. Its translation to the bridge deck in flexion was obvious: the superior slab defines the tread platform, while the metallic structure was left off-hook at the bottom. Nevertheless, in continuous decks the section is not optimal at all in zones of negative bending moments. But the overcoming of the graphical representation of the theory did not happen immediately. It was produced after a process in which several European countries played an active role and where different mechanisms of technological transference were developed. One approach to this overcoming is the “double composite action”, with a lower concrete slab in areas of a negative bending moment. The first accomplishments, a bridge in Orasje built in 1968 with 134 m span, as well as the publications of the system proposed by Fabrizio de Miranda in 1971 did not extend nor had continuity. Spanish bridges by Fernández Ordoñez and Martínez Calzón used double composite action for the first time in 1979. The German team of Leonhard, Andrä und partners, has used it since the end of the 1980's to solve bridges of great span. Once the technology has been well known thanks to the ASCE International Congress and the Spanish International Meetings organised by the “Colegio de Ingenieros de Caminos”, double composite action has been integrated well into the structural vocabulary everywhere. In France the approach was different. What Michel Virlogeux calls “double floor composite section” was reached as an evolution of prestressed concrete bridges. In an experimental process widely known, the external prestressing allows weight reduction by diminishing the thickness of the concrete webs. The following step, in the 1980's, was the substitution of the webs by metallic elements: stiffened plates, trusses or folded plates. A direct result of this development is the Brass de la Plaine Bridge in the Reunion Island in 2001 with 280 m span. Both approaches have contributed to a freedom of design in composite construction in steel and concrete today.

Estudio crítico comparativo de las metodologías de análisis de la rigidización de fondos comprimidos y almas de puentes mixtos planteadas por las diferentes normativas : RPX-95, EAE y EC4

Los puentes con sección mixta de hormigon y acero son, a dia de hoy, una de las tipologias mas recurrentes por las diversas, y ya conocidas, ventajas que ofrecen en determinadas circunstancias. Resulta por tanto necesario, y de interes, estar actualizado y conocer el marco normativo que rige el diseño y proyecto de este tipo de puentes. El planteamiento normativo referente al desarrollo de proyectos de puentes mixtos se encuentra actualmente en una fase de transicion durante la cual se llevaria a cabo la redaccion de una nueva “Instruccion para el Proyecto de Puentes Mixtos”, la cual incorporaria directamente las prescripciones del Eurocodigo 4. Dicha instruccion sustituira a las actualmente vigentes “Recomendaciones para el Proyecto de Puentes Mixtos para Carretera (RPX-95)”. Por otra parte, en el ano 2011, se incorpora a la reglamentacion la “Instruccion de Acero Estructural (EAE)” en la cual se establecen criterios de ambito comun con los dos documentos anteriormente citados. La coyuntura normativa descrita en el parrafo anterior hace que resulte de gran interes realizar un estudio comparativo entre las normativas actualmente vigentes: - Eurocodigo 4: “Proyecto de estructuras mixtas de acero y hormigon”-RPX-95: “Recomendaciones para el Proyecto de Puentes Mixtos para Carretera”-EAE: “Instruccion de Acero Estructural”. Uno de los principales objetivos de este estudio es poder extraer conclusiones interesantes de cara a la implementacion definitiva de los Eurocodigos en el marco normativo espanol, hecho que se preve que se produzca en un futuro cercano, alrededor del ano 2018. Dentro de la amplia casuistica que hace referencia al proyecto de puentes mixtos, el presente estudio se centra en las metodologias de analisis referentes a la rigidizacion de fondos comprimidos y almas. Por tanto, se analizaran y compararan los criterios relacionados con los Estados Limites ultimos de piezas flectadas con seccion mixta y se estudiara como influyen los rigidizadores, tanto transversales como longitudinales, en dichos Estados Limites Ultimos. Concretamente los Estados Limites Ultimos que seran objetivo de estudio seran: Resistencia a Flexion y a Cortante de la seccion, y dimensionado de los Rigidizadores. El estudio de los ELU recientemente citados incluye el analisis de la diversa casuistica tipica de los puentes mixtos: fenomenos de inestabilidad en fondos comprimidos y almas, presencia de losa inferior de hormigon en secciones de momentos negativos, particularidades de la seccion cajon, etc. Se debe resaltar que las diversas normativas de estructuras mixtas de hormigon y acero remiten con asiduidad en varios de sus apartados a las normativas especificas para estos materiales, por ejemplo al Eurocodigo 3 o al EHE. Por lo tanto el estudio de las secciones mixtas comporta tambien un buen conocimiento y dominio de las normativas que hacen referencia al hormigon y al acero por separado. Formalmente, el cuerpo del trabajo se estructura en tres partes bien diferenciadas: -CAPITULO III: Estudio critico comparativo -CAPITULO IV: Aplicacion practica de Eurocodigo y RPX-95 -CAPITULO V: Desarrollo de herramienta de calculo para la verificacion de rigidizadores transversales segun el Eurocodigo 4. En el CAPITULO III se lleva a cabo un analisis comparativo de la metodologia de analisis, condiciones y limitaciones que proponen cada una de las normativas, destacando las semejanzas y diferencias existentes entre ellas. Este apartado es basicamente teorico y tiene como objetivo observar las diferencias principales que existen y discutir el porque de estas, para los diversos criterios de Estado Limite Ultimo estudiados. Un aspecto interesante desde el punto de vista practico del diseño y proyecto de puentes es observar si las normativas son mas o menos conservadoras en las verificaciones que proponen y las limitaciones que establecen, ya que esto afecta directamente al coste del puente. A continuacion, en el CAPITULO IV, se realiza una aplicacion practica de algunos de los aspectos de Estado Limite ultimo estudiados en el CAPITULO III. Se aplican las metodologias de las dos normativas estudiadas con mayor profundidad, Eurocodigo y RPX-95, a diversas secciones tipo. De esta manera, se podran complementar y corroborar con datos numericos, las conclusiones extraidas del analisis comparativo del capitulo anterior. Por ultimo, en el CAPITULO V, se expone de manera detallada la informacion acerca de la hoja de Excel en que se ha implementado la metodologia de calculo para la verificacion de rigidizadores transversales segun los Eurocodigos. Esta hoja de calculo tiene como objetivo ser la version actualizada de ACE-003-Comprobación rigidizadores en cajones y perfiles en "H", una hoja de calculo utilizada e implementada en MC2 Estudio de Ingeniería S.L. en base a las directrices dictadas por la “Recomendaciones para el Proyecto de Puentes Mixtos para Carretera”.

A simplified spectral approachfor impedance-based damage identification of frp-strengthened rc beams

Hoy en día, el refuerzo y reparación de estructuras de hormigón armado mediante el pegado de bandas de polímeros reforzados con fibras (FRP) se emplea cada vez con más frecuencia a causa de sus numerosas ventajas. Sin embargo, las vigas reforzadas con esta técnica pueden experimentar un modo de fallo frágil a causa del despegue repentino de la banda de FRP a partir de una fisura intermedia. A pesar de su importancia, el número de trabajos que abordan el estudio de este mecanismo de fallo y su monitorización es muy limitado. Por ello, el desarrollo de metodologías capaces de monitorizar a largo plazo la adherencia de este refuerzo a las estructuras de hormigón e identificar cuándo se inicia el despegue de la banda constituyen un importante desafío a abordar. El principal objetivo de esta tesis es la implementación de una metodología fiable y efectiva, capaz de detectar el despegue de una banda de FRP en una viga de hormigón armado a partir de una fisura intermedia. Para alcanzar este objetivo se ha implementado un procedimiento de calibración numérica a partir de ensayos experimentales. Para ello, en primer lugar, se ha desarrollado un modelo numérico unidimensional simple y no costoso representativo del comportamiento de este tipo vigas de hormigón reforzadas con FRP, basado en un modelo de fisura discreta para el hormigón y el método de elementos espectrales. La formación progresiva de fisuras a flexion y el consiguiente despegue en la interface entre el hormigón y el FRP se formulan mediante la introducción de un nuevo elemento capaz de representar ambos fenómenos simultáneamente sin afectar al procedimiento numérico. Además, con el modelo propuesto, se puede obtener de una forma sencilla la respuesta dinámica en altas frecuencias de este tipo de estructuras, lo cual puede hacer muy útil su uso como herramienta de diagnosis y detección del despegue en su fase inicial mediante una monitorización de la variación de las características dinámicas locales de la estructura. Un método de evaluación no destructivo muy prometedor para la monitorización local de las estructuras es el método de la impedancia usando sensores-actuadores piezoeléctricos (PZT). La impedancia eléctrica de los sensores PZT se puede relacionar con la impedancia mecánica de las estructuras donde se encuentran adheridos Ya que la impedancia mecánica de una estructura se verá afectada por su deterioro, se pueden implementar indicadores de daño mediante una comparación del espectro de admitancia (inversa de la impedancia) a lo largo de distintas etapas durante el periodo de servicio de una estructura. Cualquier cambio en el espectro se podría interpretar como una variación en la integridad de la estructura. La impedancia eléctrica se mide a altas frecuencias con lo cual esta metodología debería ser muy sensible a la detección de estados de daño incipiente local, tal como se desea en la aplicación de este trabajo. Se ha implementado un elemento espectral PZT-FRP como extensión del modelo previamente desarrollado, con el objetivo de poder calcular numéricamente la impedancia eléctrica de sensores PZT adheridos a bandas de FRP sobre una viga de hormigón armado. El modelo, combinado con medidas experimentales captadas mediante sensores PZT, se implementa en el marco de una metodología de calibración de modelos para detectar cuantitativamente el despegue en la interfase entre una banda de FRP y una viga de hormigón. El procedimiento de optimización se resuelve empleando el método del enjambre cooperativo con un algoritmo bagging. Los resultados muestran una gran aproximación en la estimación del daño para el problema propuesto. Adicionalmente, se ha desarrollado también un método adaptativo para el mallado de elementos espectrales con el objetivo de localizar las zonas dañadas a partir de los resultados experimentales, el cual contribuye a aumentar la robustez y efectividad del método propuesto a la hora de identificar daños incipientes en su aparición inicial. Finalmente, se ha llevado a cabo un procedimiento de optimización multi-objetivo para detectar el despegue inicial en una viga de hormigón a escala real reforzada con FRP a partir de las impedancias captadas con una red de sensores PZT instrumentada a lo largo de la longitud de la viga. Cada sensor aporta los datos para definir cada una de las funciones objetivo que definen el procedimiento. Combinando el modelo previo de elementos espectrales con un algoritmo PSO multi-objetivo el procedimiento de detección de daño resultante proporciona resultados satisfactorios considerando la escala de la estructura y todas las incertidumbres características ligadas a este proceso. Los resultados obtenidos prueban la viabilidad y capacidad de los métodos antes mencionados y también su potencial en aplicaciones reales. Abstract Nowadays, the external bonding of fibre reinforced polymer (FRP) plates or sheets is increasingly used for the strengthening and retrofitting of reinforced concrete (RC) structures due to its numerous advantages. However, this kind of strengthening often leads to brittle failure modes being the most dominant failure mode the debonding induced by an intermediate crack (IC). In spite of its importance, the number of studies regarding the IC debonding mechanism and bond health monitoring is very limited. Methodologies able to monitor the long-term efficiency of bonding and successfully identify the initiation of FRP debonding constitute a challenge to be met. The main purpose of this thesisis the implementation of a reliable and effective methodology of damage identification able to detect intermediate crack debonding in FRP-strengthened RC beams. To achieve this goal, a model updating procedure based on numerical simulations and experimental tests has been implemented. For it, firstly, a simple and non-expensive one-dimensional model based on the discrete crack approach for concrete and the spectral element method has been developed. The progressive formation of flexural cracks and subsequent concrete-FRP interfacial debonding is formulated by the introduction of a new element able to represent both phenomena simultaneously without perturbing the numerical procedure. Furthermore, with the proposed model, high frequency dynamic response for these kinds of structures can also be obtained in a very simple and non-expensive way, which makes this procedure very useful as a tool for diagnoses and detection of debonding in its initial stage by monitoring the change in local dynamic characteristics. One very promising active non-destructive evaluation method for local monitoring is impedance-based structural health monitoring(SHM)using piezoelectric ceramic (PZT) sensor-actuators. The electrical impedance of the PZT can be directly related to the mechanical impedance of the host structural component where the PZT transducers are attached. Since the structural mechanical impedance will be affected by the presence of structural damage, comparisons of admittance (inverse of impedance) spectra at various times during the service period of the structure can be used as damage indicator. Any change in the spectra might be an indication of a change in the structural integrity. The electrical impedance is measured at high frequencies with which this methodology appears to be very sensitive to incipient damage in structural systems as desired for our application. Abonded-PZT-FRP spectral beam element approach based on an extension of the previous discrete crack approach is implemented in the calculation of the electrical impedance of the PZT transducer bonded to the FRP plates of a RC beam. This approach in conjunction with the experimental measurements of PZT actuator-sensors mounted on the structure is used to present an updating methodology to quantitatively detect interfacial debonding between a FRP strip and the host RC structure. The updating procedure is solved by using an ensemble particle swarm optimization approach with abagging algorithm, and the results demonstrate a big improvement for the performance and accuracy of the damage detection in the proposed problem. Additionally, an adaptive strategy of spectral element mesh has been also developed to detect damage location with experimental results, which shows the robustness and effectiveness of the proposed method to identify initial and incipient damages at its early stage. Lastly, multi-objective optimization has been carried out to detect debonding damage in a real scale FRP-strengthened RC beam by using impedance signatures. A net of PZT sensors is distributed along the beam to construct impedance-based multiple objectives under gradually induced damage scenario. By combining the spectral element model presented previously and an ensemble multi-objective PSO algorithm, the implemented damage detection process yields satisfactory predictions considering the scale and uncertainties of the structure. The obtained results prove the feasibility and capability of the aforementioned methods and also their potentials in real engineering applications.

Sobre el comportamiento de micropilotes trabajando a flexión y/o cortante en estructuras de tierra

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

Evolución del conocimiento del hormigón estructural hasta 1973

Esta tesis analiza los criterios con que fueron proyectadas y construidas las estructuras de hormigón hasta 1973, fecha coincidente con la Instrucción EH-73, que en contenido, formato y planteamiento, consagró la utilización de los criterios modernamente utilizados hasta ahora. Es heredera, además, de las CEB 1970. Esos años marcan el cambio de planteamiento desde la Teoría Clásica hacia los Estados Límite. Los objetivos perseguidos son, sintéticamente: 1) Cubrir un vacío patente en el estudio de la evolución del conocimiento. Hay tratados sobre la historia del hormigón que cubren de manera muy completa el relato de personajes y realizaciones, pero no, al menos de manera suficiente, la evolución del conocimiento. 2) Servir de ayuda a los técnicos de hoy para entender configuraciones estructurales, geometrías, disposiciones de armado, formatos de seguridad, etc, utilizados en el pasado, lo que servirá para la redacción más fundada de dictámenes preliminares sobre estructuras existentes. 3) Ser referencia para la realización de estudios de valoración de la capacidad resistente de construcciones existentes, constituyendo la base de un documento pre-normativo orientado en esa dirección. En efecto, esta tesis pretende ser una ayuda para los ingenieros de hoy que se enfrentan a la necesidad de conservar y reparar estructuras de hormigón armado que forman parte del patrimonio heredado. La gran mayoría de las estructuras, fueron construidas hace más de 40 años, por lo que es preciso conocer los criterios que marcaron su diseño, su cálculo y su construcción. Pretende determinar cuáles eran los límites de agotamiento y por tanto de seguridad, de estructuras dimensionadas con criterios de antaño, analizadas por la metodología de cálculo actual. De este modo, se podrá determinar el resguardo existente “real” de las estructuras dimensionadas y calculadas con criterios “distintos” a los actuales. Conocer el comportamiento de las estructuras construidas con criterios de la Teoría Clásica, según los criterios actuales, permitirá al ingeniero de hoy tratar de la forma más adecuada el abanico de necesidades que se puedan presentar en una estructura existente. Este trabajo se centra en la evolución del conocimiento por lo que no se encuentran incluidos los procesos constructivos. En lo relativo a los criterios de proyecto, hasta mediados del siglo XX, éstos se veían muy influidos por los ensayos y trabajos de autor consiguientes, en los que se basaban los reglamentos de algunos países. Era el caso del reglamento prusiano de 1904, de la Orden Circular francesa de 1906, del Congreso de Lieja de 1930. A partir de la segunda mitad del siglo XX, destacan las aportaciones de ingenieros españoles como es el caso de Alfredo Páez Balaca, Eduardo Torroja y Pedro Jiménez Montoya, entre otros, que permitieron el avance de los criterios de cálculo y de seguridad de las estructuras de hormigón, hasta los que se conocen hoy. El criterio rector del proyecto de las estructuras de hormigón se fundó, como es sabido, en los postulados de la Teoría Clásica, en particular en el “momento crítico”, aquel para el que hormigón y acero alcanzan sus tensiones admisibles y, por tanto, asegura el máximo aprovechamiento de los materiales y sin pretenderlo conscientemente, la máxima ductilidad. Si el momento solicitante es mayor que el crítico, se dispone de armadura en compresión. Tras el estudio de muchas de las estructuras existentes de la época por el autor de esta tesis, incluyendo entre ellas las Colecciones Oficiales de Puentes de Juan Manuel de Zafra, Eugenio Ribera y Carlos Fernández Casado, se concluye que la definición geométrica de las mismas no se corresponde exactamente con la resultante del momento crítico, dado que como ahora resultaba necesario armonizar los criterios de armado a nivel sección con la organización de la ferralla a lo largo de los diferentes elementos estructurales. Los parámetros de cálculo, resistencias de los materiales y formatos de seguridad, fueron evolucionando con los años. Se fueron conociendo mejor las prestaciones de los materiales, se fue enriqueciendo la experiencia de los propios procesos constructivos y, en menor medida, de las acciones solicitantes y, consiguientemente, acotándose las incertidumbres asociadas lo cual permitió ir ajustando los coeficientes de seguridad a emplear en el cálculo. Por ejemplo, para el hormigón se empleaba un coeficiente de seguridad igual a 4 a finales del siglo XIX, que evolucionó a 3,57 tras la publicación de la Orden Circular francesa de 1906, y a 3, tras la Instrucción española de 1939. En el caso del acero, al ser un material bastante más conocido por cuanto se había utilizado muchísimo previamente, el coeficiente de seguridad permaneció casi constante a lo largo de los años, con un valor igual a 2. Otra de las causas de la evolución de los parámetros de cálculo fue el mejor conocimiento del comportamiento de las estructuras merced a la vasta tarea de planificación y ejecución de ensayos, con los estudios teóricos consiguientes, realizados por numerosos autores, principalmente austríacos y alemanes, pero también norteamericanos y franceses. En cuanto a los criterios de cálculo, puede sorprender al técnico de hoy el conocimiento que tenían del comportamiento del hormigón desde los primeros años del empleo del mismo. Sabían del comportamiento no lineal del hormigón, pero limitaban su trabajo a un rango de tensióndeformación lineal porque eso aseguraba una previsión del comportamiento estructural conforme a las hipótesis de la Elasticidad Lineal y de la Resistencia de Materiales, muy bien conocidas a principios del s. XX (no así sucedía con la teoría de la Plasticidad, aún sin formular, aunque estaba implícita en los planteamientos algunos ingenieros especializados en estructuras de fábrica (piedra o ladrillo) y metálicas. Además, eso permitía independizar un tanto el proyecto de los valores de las resistencias reales de los materiales, lo que liberaba de la necesidad de llevar a cabo ensayos que, en la práctica, apenas se podían hacer debido a la escasez de los laboratorios. Tampoco disponían de programas informáticos ni de ninguna de las facilidades de las que hoy se tienen, que les permitiera hacer trabajar al hormigón en un rango no lineal. Así, sabia y prudentemente, limitaban las tensiones y deformaciones del material a un rango conocido. El modus operandi seguido para la elaboración de esta tesis, ha sido el siguiente: -Estudio documental: se han estudiado documentos de autor, recomendaciones y normativa generada en este ámbito, tanto en España como con carácter internacional, de manera sistemática con arreglo al índice del documento. En este proceso, se han detectado lagunas del conocimiento (y su afección a la seguridad estructural, en su caso) y se han identificado las diferencias con los procedimientos de hoy. También ha sido necesario adaptar la notación y terminología de la época a los criterios actuales, lo que ha supuesto una dificultad añadida. -Desarrollo del documento: A partir del estudio previo se han ido desarrollando los siguientes documentos, que conforman el contenido de la tesis: o Personajes e instituciones relevantes por sus aportaciones al conocimiento de las estructuras de hormigón (investigación, normativa, docencia). o Caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales (hormigón y armaduras), en relación a sus resistencias, diagramas tensión-deformación, módulos de deformación, diagramas momento-curvatura, etc. Se incluye aquí la caracterización clásica de los hormigones, la geometría y naturaleza de las armaduras, etc. o Formatos de seguridad: Se trata de un complejo capítulo del que se pretende extraer la información suficiente que permita a los técnicos de hoy entender los criterios utilizados entonces y compararlos con los actuales. o Estudio de secciones y piezas sometidas a tensiones normales y tangenciales: Se trata de presentar la evolución en el tratamiento de la flexión simple y compuesta, del cortante, del rasante, torsión, etc. Se tratan también en esta parte del estudio aspectos que, no siendo de preocupación directa de los técnicos de antaño (fisuración y deformaciones), tienen hoy mayor importancia frente a cambios de usos y condiciones de durabilidad. o Detalles de armado: Incluye el tratamiento de la adherencia, el anclaje, el solapo de barras, el corte de barras, las disposiciones de armado en función de la geometría de las piezas y sus solicitaciones, etc. Es un capítulo de importancia obvia para los técnicos de hoy. Se incluye un anejo con las referencias más significativas a los estudios experimentales en que se basaron las propuestas que han marcado hito en la evolución del conocimiento. Finalmente, junto a las conclusiones más importantes, se enuncian las propuestas de estudios futuros. This thesis analyzes the criteria with which structures of reinforced concrete have been designed and constructed prior to 1973. Initially, the year 1970 was chosen as starting point, coinciding with the CEB recommendations, but with the development of the thesis it was decided that 1973 was the better option, coinciding with the Spanish regulations of 1973, whose content, format and description introduced the current criteria. The studied period includes the Classic Theory. The intended goals of this thesis are: 1) To cover a clear gap in the study of evolution of knowledge about reinforced concrete. The concept and accomplishments achieved by reinforced concrete itself has been treated in a very complete way by the main researchers in this area, but not the evolution of knowledge in this subject area. 2) To help the engineers understand structural configurations, geometries, dispositions of steel, safety formats etc, that will serve as preliminary judgments by experts on existing structures. To be a reference to the existing studies about the valuation of resistant capacity of existing constructions, constituting a basic study of a pre-regulation document. This thesis intends to be a help for the current generation of engineers who need to preserve and repair reinforced concrete structures that have existed for a significant number of years. Most of these structures in question were constructed more than 40 years ago, and it is necessary to know the criteria that influenced their design, the calculation and the construction. This thesis intends to determine the safety limits of the old structures and analyze them in the context of the current regulations and their methodology. Thus, it will then be possible to determine the safety of these structures, after being measured and calculated with the current criteria. This will allow the engineers to optimize the treatment of such a structure. This work considers the evolution of the knowledge, so constructive methods are not included. Related to the design criteria, there existed until middle of the 20th century a large number of diverse European tests and regulations, such as the Prussian norm of 1904, the Circular French Order of 1906, the Congress of Liège of 1930, as well as individual engineers’ own notes and criteria which incorporated the results of their own tests. From the second half of the 20th century, the contributions of Spanish engineers as Alfredo Páez Balaca, Eduardo Torroja and Pedro Jiménez Montoya, among others, were significant and this allowed the advancement of the criteria of the calculation of safety standards of concrete structures, many of which still exist to the present day. The design and calculation of reinforced concrete structures by the Classic Theory, was based on the ‘Critical Bending Moment’, when concrete and steel achieve their admissible tensions, that allows the best employment of materials and the best ductility. If the bending moment is major than the critical bending moment, will be necessary to introduce compression steel. After the study of the designs of many existing structures of that time by the author of this thesis, including the Historical Collections of Juan Manuel de Zafra, Eugenio Ribera and Carlos Fernandez Casado, the conclusion is that the geometric definition of the structures does not correspond exactly with the critical bending moment inherent in the structures. The parameters of these calculations changed throughout the years. The principal reason that can be outlined is that the materials were improving gradually and the number of calculated uncertainties were decreasing, thus allowing the reduction of the safety coefficients to use in the calculation. For example, concrete used a coefficient of 4 towards the end of the 19th century, which evolved to 3,57 after the publication of the Circular French Order of 1906, and then to 3 after the Spanish Instruction of 1939. In the case of the steel, a much more consistent material, the safety coefficient remained almost constant throughout the years, with a value of 2. Other reasons related to the evolution of the calculation parameters were that the tests and research undertaken by an ever-increasing number of engineers then allowed a more complete knowledge of the behavior of reinforced concrete. What is surprising is the extent of knowledge that existed about the behavior of the concrete from the outset. Engineers from the early years knew that the behavior of the concrete was non-linear, but they limited the work to a linear tension-deformation range. This was due to the difficulties of work in a non-linear range, because they did not have laboratories to test concrete, or facilities such as computers with appropriate software, something unthinkable today. These were the main reasons engineers of previous generations limited the tensions and deformations of a particular material to a known range. The modus operandi followed for the development of this thesis is the following one: -Document study: engineers’ documents, recommendations and regulations generated in this area, both from Spain or overseas, have been studied in a systematic way in accordance with the index of the document. In this process, a lack of knowledge has been detected concerning structural safety, and differences to current procedures have been identified and noted. Also, it has been necessary to adapt the notation and terminology of the Classic Theory to the current criteria, which has imposed an additional difficulty. -Development of the thesis: starting from the basic study, the next chapters of this thesis have been developed and expounded upon: o People and relevant institutions for their contribution to the knowledge about reinforced concrete structures (investigation, regulation, teaching). Determination of the mechanical properties of the materials (concrete and steel), in relation to their resistances, tension-deformation diagrams, modules of deformation, moment-curvature diagrams, etc. Included are the classic characterizations of concrete, the geometry and nature of the steel, etc. Safety formats: this is a very difficult chapter from which it is intended to provide enough information that will then allow the present day engineer to understand the criteria used in the Classic Theory and then to compare them with the current theories. Study of sections and pieces subjected to normal and tangential tensions: it intends to demonstrate the evolution in the treatment of the simple and complex flexion, shear, etc. Other aspects examined include aspects that were not very important in the Classic Theory but currently are, such as deformation and fissures. o Details of reinforcement: it includes the treatment of the adherence, the anchorage, the lapel of bars, the cut of bars, the dispositions of reinforcement depending on the geometry of the pieces and the solicitations, etc. It is a chapter of obvious importance for current engineers. The document will include an annex with the most references to the most significant experimental studies on which were based the proposals that have become a milestone in the evolution of knowledge in this area. Finally, there will be included conclusions and suggestions of future studies. A deep study of the documentation and researchers of that time has been done, juxtaposing their criteria and results with those considered relevant today, and giving a comparison between the resultant safety standards according to the Classic Theory criteria and currently used criteria. This thesis fundamentally intends to be a guide for engineers who have to treat or repair a structure constructed according to the Classic Theory criteria.