Hidrodinamica de planeadores submarinos y su impacto en la funcionalidad de sensores CTD

Los recientes desarrollos tecnol��gicos permiten la transici��n de la oceanograf��a observacional desde un concepto basado en buques a uno basado en sistemas aut��nomos en red. Este ��ltimo, propone que la forma m��s eficiente y efectiva de observar el oc��ano es con una red de plataformas aut��nomas distribuidas espacialmente y complementadas con sistemas de medici��n remota. Debido a su maniobrabilidad y autonom��a, los planeadores submarinos est��n jugando un papel relevante en este concepto de observaciones en red. Los planeadores submarinos fueron espec��ficamente dise��ados para muestrear vastas zonas del oc��ano. Estos son robots con forma de torpedo que hacen uso de su forma hidrodin��mica, alas y cambios de flotabilidad para generar movimientos horizontales y verticales en la columna de agua. Un sensor que mide conductividad, temperatura y profundidad (CTD) constituye un equipamiento est��ndar en la plataforma. Esto se debe a que ciertas variables din��micas del Oc��ano se pueden derivar de la temperatura, profundidad y salinidad. Esta ��ltima se puede estimar a partir de las medidas de temperatura y conductividad. La integraci��n de sensores CTD en planeadores submarinos no esta exenta de desaf��os. Uno de ellos est�� relacionado con la precisi��n de los valores de salinidad derivados de las muestras de temperatura y conductividad. Espec��ficamente, las estimaciones de salinidad est��n significativamente degradadas por el retardo t��rmico existente, entre la temperatura medida y la temperatura real dentro de la celda de conductividad del sensor. Esta deficiencia depende de las particularidades del flujo de entrada al sensor, su geometr��a y, tambi��n se ha postulado, del calor acumulado en las capas de aislamiento externo del sensor. Los efectos del retardo t��rmico se suelen mitigar mediante el control del flujo de entrada al sensor. Esto se obtiene generalmente mediante el bombeo de agua a trav��s del sensor o manteniendo constante y conocida su velocidad. Aunque recientemente se han incorporado sistemas de bombeo en los CTDs a bordo de los planeadores submarinos, todav��a existen plataformas equipadas con CTDs sin dichos sistemas. En estos casos, la estimaci��n de la salinidad supone condiciones de flujo de entrada al sensor, razonablemente controladas e imperturbadas. Esta Tesis investiga el impacto, si existe, que la hidrodin��mica de los planeadores submarinos pudiera tener en la eficiencia de los sensores CTD. Espec��ficamente, se investiga primero la localizaci��n del sensor CTD (externo al fuselaje) relativa a la capa l��mite desarrollada a lo largo del cuerpo del planeador. Esto se lleva a cabo mediante la utilizaci��n de un modelo acoplado de fluido no viscoso con un modelo de capa l��mite implementado por el autor, as�� como mediante un programa comercial de din��mica de fluidos computacional (CFD). Los resultados indican, en ambos casos, que el sensor CTD se encuentra fuera de la capa l��mite, siendo las condiciones del flujo de entrada las mismas que las del flujo sin perturbar. Todav��a, la velocidad del flujo de entrada al sensor CTD es la velocidad de la plataforma, la cual depende de su hidrodin��mica. Por tal motivo, la investigaci��n se ha extendido para averiguar el efecto que la velocidad de la plataforma tiene en la eficiencia del sensor CTD. Con este prop��sito, se ha desarrollado un modelo en elementos finitos del comportamiento hidrodin��mico y t��rmico del flujo dentro del CTD. Los resultados num��ricos indican que el retardo t��rmico, atribuidos originalmente a la acumulaci��n de calor en la estructura del sensor, se debe fundamentalmente a la interacci��n del flujo que atraviesa la celda de conductividad con la geometr��a interna de la misma. Esta interacci��n es distinta a distintas velocidades del planeador submarino. Espec��ficamente, a velocidades bajas del planeador (0.2 m/s), la mezcla del flujo entrante con las masas de agua remanentes en el interior de la celda, se ralentiza debido a la generaci��n de remolinos. Se obtienen entonces desviaciones significantes entre la salinidad real y aquella estimada. En cambio, a velocidades m��s altas del planeador (0.4 m/s) los procesos de mezcla se incrementan debido a la turbulencia e inestabilidades. En consecuencia, la respuesta del sensor CTD es mas r��pida y las estimaciones de la salinidad mas precisas que en el caso anterior. Para completar el trabajo, los resultados num��ricos se han validado con pruebas experimentales. Espec��ficamente, se ha construido un modelo a escala del sensor CTD para obtener la confirmaci��n experimental de los modelos num��ricos. Haciendo uso del principio de similaridad de la din��mica que gobierna los fluidos incompresibles, los experimentos se han realizado con flujos de aire. Esto simplifica significativamente la puesta experimental y facilita su realizaci��n en condiciones con medios limitados. Las pruebas experimentales han confirmado cualitativamente los resultados num��ricos. M��s aun, se sugiere en esta Tesis que la respuesta del sensor CTD mejorar��a significativamente a��adiendo un generador de turbulencia en localizaciones adecuadas al interno de la celda de conductividad. ABSTRACT Recent technological developments allow the transition of observational oceanography from a ship-based to a networking concept. The latter suggests that the most efficient and effective way to observe the Ocean is through a fleet of spatially distributed autonomous platforms complemented by remote sensing. Due to their maneuverability, autonomy and endurance at sea, underwater gliders are already playing a significant role in this networking observational approach. Underwater gliders were specifically designed to sample vast areas of the Ocean. These are robots with a torpedo shape that make use of their hydrodynamic shape, wings and buoyancy changes to induce horizontal and vertical motions through the water column. A sensor to measure the conductivity, temperature and depth (CTD) is a standard payload of this platform. This is because certain ocean dynamic variables can be derived from temperature, depth and salinity. The latter can be inferred from measurements of temperature and conductivity. Integrating CTD sensors in glider platforms is not exempted of challenges. One of them, concerns to the accuracy of the salinity values derived from the sampled conductivity and temperature. Specifically, salinity estimates are significantly degraded by the thermal lag response existing between the measured temperature and the real temperature inside the conductivity cell of the sensor. This deficiency depends on the particularities of the inflow to the sensor, its geometry and, it has also been hypothesized, on the heat accumulated by the sensor coating layers. The effects of thermal lag are usually mitigated by controlling the inflow conditions through the sensor. Controlling inflow conditions is usually achieved by pumping the water through the sensor or by keeping constant and known its diving speed. Although pumping systems have been recently implemented in CTD sensors on board gliders, there are still platforms with unpumped CTDs. In the latter case, salinity estimates rely on assuming reasonable controlled and unperturbed flow conditions at the CTD sensor. This Thesis investigates the impact, if any, that glider hydrodynamics may have on the performance of onboard CTDs. Specifically, the location of the CTD sensor (external to the hull) relative to the boundary layer developed along the glider fuselage, is first investigated. This is done, initially, by applying a coupled inviscid-boundary layer model developed by the author, and later by using a commercial software for computational fluid dynamics (CFD). Results indicate, in both cases, that the CTD sensor is out of the boundary layer, being its inflow conditions those of the free stream. Still, the inflow speed to the CTD sensor is the speed of the platform, which largely depends on its hydrodynamic setup. For this reason, the research has been further extended to investigate the effect of the platform speed on the performance of the CTD sensor. A finite element model of the hydrodynamic and thermal behavior of the flow inside the CTD sensor, is developed for this purpose. Numerical results suggest that the thermal lag effect is mostly due to the interaction of the flow through the conductivity cell and its geometry. This interaction is different at different speeds of the glider. Specifically, at low glider speeds (0.2 m/s), the mixing of recent and old waters inside the conductivity cell is slowed down by the generation of coherent eddy structures. Significant departures between real and estimated values of the salinity are found. Instead, mixing is enhanced by turbulence and instabilities for high glider speeds (0.4 m/s). As a result, the thermal response of the CTD sensor is faster and the salinity estimates more accurate than for the low speed case. For completeness, numerical results have been validated against model tests. Specifically, a scaled model of the CTD sensor was built to obtain experimental confirmation of the numerical results. Making use of the similarity principle of the dynamics governing incompressible fluids, experiments are carried out with air flows. This significantly simplifies the experimental setup and facilitates its realization in a limited resource condition. Model tests qualitatively confirm the numerical findings. Moreover, it is suggested in this Thesis that the response of the CTD sensor would be significantly improved by adding small turbulators at adequate locations inside the conductivity cell.

Efecto de las cubiertas ajardinadas sobre el microclima urbano de verano

El cambio clim��tico y sus efectos requieren con urgencia el desarrollo de estrategias capaces no solo de mitigar pero tambi��n permitir la adaptaci��n de los sistemas afectados por este fen��meno a los cambios que est��n provocando a nivel mundial. Olas de calor m��s largas y frecuentes, inundaciones, y graves sequ��as aumentan la vulnerabilidad de la poblaci��n, especialmente en asentamientos urbanos. Este fen��meno y sus soluciones potenciales han sido ampliamente estudiados en las ��ltimas d��cadas desde diferentes perspectivas y escalas que analizan desde el fen��meno regional de isla de calor al aumento de la intensidad energ��tica necesaria en los edificios para mantener las condiciones de confort en los escenarios de calentamiento que se predicen. Su comprensi��n requiere el entendimiento de este fen��meno y un profundo an��lisis de las estrategias que pueden corregirlo y adaptarse a ��l. En la b��squeda de soluciones a este problema, las estrategias que incorporan sistemas naturales tales como las cubiertas ajardinadas, las fachadas vegetadas y bosques urbanos, se presentan como opciones de dise��o capaces de proporcionan m��ltiples servicios al ecosistema urbano y de regular y hacer frente a los efectos del cambio clim��tico. Entre los servicios que aportan estos sistemas naturales se incluyen la gesti��n de agua de tormentas, el control del efecto isla de calor, la mejora de la calidad del aire y del agua, el aumento de la diversidad, y como consecuencia de todo lo anterior, la reducci��n de la huella ecol��gica de las ciudades. En la ��ltima d��cada, se han desarrollado m��ltiples estudios para evaluar y cuantificar los servicios al ecosistema proporcionados por las infraestructuras verdes, y espec��ficamente las cubiertas ajardinadas, sin embargo, determinados servicios como la capacidad de la regulaci��n del microclima urbano no ha sido apenas estudiados. La mayor parte de la literatura en este campo la componen estudios relacionados con la capacidad de las cubiertas ajardinadas de reducir el efecto de la isla de calor, en una escala local, o acerca de la reducci��n de la demanda energ��tica de refrigeraci��n debida a la instalaci��n de cubiertas ajardinadas en la escala de edificio. La escala intermedia entre estos dos ��mbitos, la calle, desde su ��mbito habitable cercano al suelo hasta el l��mite superior del ca����n urbano que configura, no han sido objeto detallado de estudio por lo que es esta escala el objeto de esta tesis doctoral. Esta investigaci��n tiene como objeto contribuir en este campo y aportar un mayor entendimiento a trav��s de la cuantificaci��n del impacto de las cubiertas ajardinadas sobre la temperatura y humedad en el ca����n urbano en la escala de calle y con un especial foco en el nivel peatonal. El primer paso de esta investigaci��n ha sido la definici��n del objeto de estudio a trav��s del an��lisis y revisi��n de trabajos tanto te��ricos como emp��ricos que investigan los efectos de cubiertas ajardinadas en el entorno construido, entendidas como una herramienta para la adaptaci��n y mitigaci��n del impacto del cambio clim��tico en las ciudades. La literatura analizada, revela el gran potencial de los sistemas vegetales como herramientas para el dise��o pasivo puesto que no solo son capaces de mejorar las condiciones clim��ticas y microclimaticas en las ciudades reduciendo su demanda energ��tica, sino tambi��n la necesidad de mayor an��lisis en la escala de calle donde confluyen el clima, las superficies urbanas y materiales y vegetaci��n. Este an��lisis requiere una metodolog��a donde se integren la respuesta t��rmica de edificios, las variaciones en los patrones de viento y radiaci��n, y la interacci��n con la vegetaci��n, por lo que un an��lisis cuantitativo puede ayudar a definir las estrategias m��s efectivas para lograr espacios urbanos m��s habitables. En este contexto, el objetivo principal de esta investigaci��n ha sido la evaluaci��n cuantitativa del impacto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano a escala de barrio en condiciones de verano en los climas mediterr��neos continentales. Para el logro de este objetivo, se ha seguido un proceso que persigue identificar los modelos y herramientas de c��lculo capaces de capturar el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima, identificar los par��metros que potencian o limitan este efecto, y cuantificar las variaciones que microclima creado en el ca����n urbano produce en el consumo de energ��a de los edificios que rodean ��ste espacio. La hip��tesis principal detr��s de esta investigaci��n y donde los objetivos anteriores se basan es el siguiente: "una cubierta ajardinada instalada en edificios de mediana altura favorece el establecimiento de microclimas a nivel peatonal y reduce las temperaturas en el entorno urbano donde se encuentra���. Con el fin de verificar la hip��tesis anterior y alcanzar los objetivos propuestos se ha seguido la siguiente metodolog��a: ��� definici��n del alcance y limitaciones del an��lisis ��� Selecci��n de las herramientas y modelos de an��lisis ��� an��lisis te��rico de los par��metros que afectan el efecto de las cubiertas ajardinadas ��� an��lisis experimental; ��� modelizaci��n energ��tica ��� conclusiones y futuras l��neas de trabajo Dada la complejidad de los fen��menos que intervienen en la generaci��n de unas determinadas condiciones microclim��ticas, se ha limitado el objeto de este estudio a las variables de temperatura y humedad, y s��lo se han tenido en cuenta los componentes bi��ticos y abi��ticos del sistema, que incluyen la morfolog��a, caracter��sticas superficiales del entorno estudiado, as�� como los elementos vegetales. Los componentes antr��picos no se han incluido en este an��lisis. La b��squeda de herramientas adecuadas para cumplir con los objetivos de este an��lisis ha concluido en la selecci��n de ENVI-met v4 como el software m��s adecuado para esta investigaci��n por su capacidad para representar los complejos fen��menos que caracterizan el microclima en ca��ones urbanos, en una escala temporal diaria y con unas escala local de vecindario. Esta herramienta supera el desaf��o que plantean los requisitos inform��ticos de un c��lculo completo basado en elementos finitos realizados a trav��s de herramientas de din��mica de fluidos computacional (CFD) que requieren una capacidad de c��lculo computacional y tiempo privativos y en una escala dimensional y temporal limitada a esta capacidad computacional lo que no responde a los objetivos de esta investigaci��n. ENVI-met 4 se basa es un modelo tridimensional del micro clima dise��ado para simular las interacciones superficie-planta-aire en entornos urbanos. Basado en las ecuaciones fundamentales del equilibrio que representan, la conservaci��n de masa, energ��a y momento. ENVI-met es un software predictivo, y como primer paso ha requerido la definici��n de las condiciones iniciales de contorno que se utilizan como punto de partida por el software para generar su propio perfil de temperatura y humedad diaria basada en la localizaci��n de la construcci��n, geometr��a, vegetaci��n y las superficies de caracter��sticas f��sicas del entorno. La geometr��a de base utilizada para este primer an��lisis se ha basado en una estructura t��pica en cuanto al trazado urbano situada en Madrid que se ha simulado con una cubierta tradicional y una cubierta ajardinada en sus edificios. La estructura urbana seleccionada para este an��lisis comparativo es una red ortogonal con las calles principales orientadas este-oeste. El edificio t��pico que compone el vecindario se ha definido como ���business as usual��� (BAU) y se ha definido con una cubierta de baldosa de hormig��n est��ndar, con un albedo 0.3, paredes con albedo 0.2 (construcci��n de muro de ladrillo t��pico) y cerramientos adiab��ticos para evitar las posibles interferencias causadas por el intercambio t��rmico con el ambiente interior del edificio en los resultados del an��lisis. Para el caso de la cubierta ajardinada, se mantiene la misma geometr��a y caracter��sticas del edificio con excepci��n de la cobertura superficial de la azotea. Las baldosas de hormig��n se han modificado con una cubierta ajardinada extensiva cubierta con plantas xer��filas, t��picas en el clima de Madrid y caracterizado por su ��ndice de densidad foliar, el ���leaf area density��� (LAD), que es la superficie total de superficie de hojas por unidad de volumen (m2/m3). El an��lisis se centra en los ca��ones urbanos entendidos como el espacio de calle comprendido entre los l��mites geom��tricos de la calle, verticales y horizontales, y el nivel superior de la cota urbana nivel de cubiertas. Los escenarios analizados se basan en la variaci��n de la los principales par��metros que seg��n la literatura analizada condicionan las variaciones microclim��ticas en el ��mbito urbano afectado por la vegetaci��n, la velocidad del viento y el LAD de la azotea. Los resultados han sido registrados bajo condiciones de exposici��n solar diferentes. Las simulaciones fueron realizadas por los patrones de viento t��pico de verano, que para Madrid se caracterizan por vientos de componente suroeste que van desde 3 a 0 m/s. las simulaciones fueron realizadas para unas condiciones clim��ticas de referencia de 3, 2, 1 y 0 m/s a nivel superior del ca����n urbano, como condici��n de contorno para el an��lisis. Los resultados calculados a 1,4 metros por encima del nivel del suelo, en el espacio habitado, mostraron que el efecto de la cubierta ajardinada era menor en condiciones de contorno con velocidades de viento m��s altas aunque en ning��n caso el efecto de la cubierta verde sobre la temperatura del aire super�� reducciones de temperatura de aire superiores a 1 �� C. La humedad relativa no present�� variaciones significativas al comparar los diferentes escenarios. Las simulaciones realizadas para vientos con velocidad baja, entre 0 y 1 m/s mostraron que por debajo de 0.5 m/s la turbulencia del modelo aument�� dr��sticamente y se convirti�� en el modelo inestable e incapaz de producir resultados fiables. Esto es debido al modelo de turbulencia en el software que no es v��lido para velocidades de viento bajas, lo que limita la capacidad de ENVI-met 4 para realizar simulaciones en estas condiciones de viento y es una de las principales conclusiones de este an��lisis en cuanto a la herramienta de simulaci��n. Tambi��n se comprob�� el efecto de las densidades de la densidad de hoja (LAD) de los componentes vegetales en el modelo en la capa de aire inmediatamente superior a la cubierta, a 0,5 m sobre este nivel. Se compararon tres alternativas de densidad de hoja con la cubierta de baldosa de hormig��n: el techo verde con LAD 0.3 (hierba t��pica o sedum), LAD 1.5 (plantas mixtas t��picas) y LAD 2.5 (masa del ��rbol). Los resultados mostraron diferencias de temperatura muy relevante entre las diferentes alternativas de LAD analizadas. Los resultados muestran variaciones de temperatura que oscilan entre 3 y 5 �� C al comparar el est��ndar de la azotea concreta con albedo 0, 3 con el techo con vegetaci��n y vegetaci��n densa, mostrando la importancia del LAD en la cuantificaci��n de los efectos de las cubiertas vegetales en microclima circundante, lo que coincide con los datos reportados en la literatura existente y con los estudios emp��ricos analizados. Los resultados de los an��lisis te��ricos han llegado a las siguientes conclusiones iniciales relacionadas con la herramienta de simulaci��n y los resultados del modelo: En relaci��n con la herramienta ENVI-met, se han observado limitaciones para el an��lisis. En primer lugar, la estructura r��gida de la geometr��a, las bases de datos y el tama��o de la cuadr��cula, limitan la escala y resoluci��n de los an��lisis no permitiendo el desarrollo de grandes zonas urbanas. Por otro lado la estructura de ENVI-met permite el desarrollo de este tipo de simulaci��n tan complejo dentro de tiempos razonables de c��lculo y requerimientos computacionales convencionales. Otra limitaci��n es el modelo de turbulencia del software, que no modela correctamente velocidades de viento bajas (entre 0 y 1 m/s), por debajo de 0,5 m/s el modelo da errores y no es estable, los resultados a estas velocidades no son fiables porque las turbulencias generadas por el modelo hacen imposible la extracci��n de patrones claros de viento y temperatura que permitan la comparaci��n entre los escenarios de cubierta de hormig��n y ajardinada. Adem��s de las limitaciones anteriores, las bases de datos y par��metros de entrada en la versi��n p��blica del software est��n limitados y la complejidad de generar nuevos sistemas adapt��ndolos al edificio o modelo urbano que se quiera reproducir no es factible salvo en la versi��n profesional del software. Aparte de las limitaciones anteriores, los patrones de viento y perfiles de temperatura generados por ENVI-met concuerdan con an��lisis previos en los que se identificaban patrones de variaci��n de viento y temperaturas en ca��ones urbanos con patrones de viento, relaci��n de aspecto y dimensiones similares a los analizados en esta investigaci��n. Por lo tanto, el software ha demostrado una buena capacidad para reproducir los patrones de viento en los ca��ones de la calle y capturar el efecto de enfriamiento producido por la cubierta verde en el ca����n. En relaci��n con el modelo, el resultado revela la influencia del viento, la radiaci��n y el LAD en la temperatura del aire en ca��ones urbanos con relaci��n de aspecto comprendida entre 0,5 y 1. Siendo el efecto de la cubierta verde m��s notable en ca��ones urbanos sombreados con relaci��n de aspecto 1 y velocidades de viento en el nivel de ���canopy��� (por encima de la cubierta) de 1 m/s. En ning��n caso las reducciones en la temperatura del aire excedieron 1 �� C, y las variaciones en la humedad relativa no excedieron 1% entre los escenarios estudiados. Una vez que se han identificado los par��metros relevantes, que fueron principalmente la velocidad del viento y el LAD, se realiz�� un an��lisis experimental para comprobar los resultados obtenidos por el modelo. Para ��ste prop��sito se identific�� una cubierta ajardinada de grandes dimensiones capaz de representar la escala urbana que es el objeto del estudio. El edificio usado para este fin fue el parking de la terminal 4 del aeropuerto internacional de Madrid. Aunque esto no es un ��rea urbana est��ndar, la escala y la configuraci��n del espacio alrededor del edificio fueron considerados aceptables para el an��lisis por su similitud con el contexto urbano objeto de estudio. El edificio tiene 800 x 200 m, y una altura 15 m. Est�� rodeado de v��as de acceso pavimentadas con aceras conformando un ca����n urbano limitado por el edificio del parking, la calle y el edificio de la terminal T4. El aparcamiento est�� cerrado con fachadas que configuran un espacio urbano de tipo ca����n, con una relaci��n de aspecto menor que 0,5. Esta geometr��a presenta patrones de viento y velocidad dentro del ca����n que difieren ligeramente de los generados en el estudio te��rico y se acercan m��s a los valores a nivel de canopo sobre la cubierta del edificio, pero que no han afectado a la tendencia general de los resultados obtenidos. El edificio cuenta con la cubierta ajardinada m��s grande en Europa, 12 Ha cubiertas por con una mezcla de hierbas y sedum y con un valor estimado de LAD de 1,5. Los edificios est��n rodeados por ��reas plantadas en las aceras y ��rboles de sombra en las fachadas del edificio principal. El efecto de la cubierta ajardinada se evalu�� mediante el control de temperaturas y humedad relativa en el ca����n en un d��a t��pico de verano. La selecci��n del d��a se hizo teniendo en cuenta las predicciones meteorol��gicas para que fuesen lo m��s semejantes a las condiciones ��ptimas para capturar el efecto de la cubierta vegetal sobre el microclima urbano identificadas en el modelo te��rico. El 09 de julio de 2014 fue seleccionado para la campa��a de medici��n porque las predicciones mostraban 1 m/s velocidad del viento y cielos despejados, condiciones muy similares a las condiciones clim��ticas bajo las que el efecto de la cubierta ajardinada era m��s notorio en el modelo te��rico. Las mediciones se registraron cada hora entre las 9:00 y las 19:00 en 09 de julio de 2014. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron en 5 niveles diferentes, a 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 y 16 m por encima del suelo y a 0,5 m de distancia de la fachada del edificio. Las mediciones fueron tomadas en tres escenarios diferentes, con exposici��n soleada, exposici��n la sombra y exposici��n influenciada por los ��rboles cercanos y suelo h��medo. Temperatura, humedad relativa y velocidad del viento se registraron con un equipo TESTO 410-2 con una resoluci��n de 0,1 ��C para temperatura, 0,1 m/s en la velocidad del viento y el 0,1% de humedad relativa. Se registraron las temperaturas de la superficie de los edificios circundantes para evaluar su efecto sobre los registros usando una c��mara infrarroja FLIR E4, con resoluci��n de temperatura 0,15��C. Distancia m��nima a la superficie de 0,5 m y rango de las mediciones de T�� de - 20 �� C y 250 �� C. Los perfiles de temperatura extra��dos de la medici��n in situ mostraron la influencia de la exposici��n solar en las variaciones de temperatura a lo largo del d��a, as�� como la influencia del calor irradiado por las superficies que hab��an sido expuestas a la radiaci��n solar as�� como la influencia de las ��reas de jard��n alrededor del edificio. Despu��s de que las medidas fueran tomadas, se llevaron a cabo las siguientes simulaciones para evaluar el impacto de la cubierta ajardinada en el microclima: a. est��ndar de la azotea: edificio T4 asumiendo un techo de tejas de hormig��n con albedo 0.3. b. b. cubierta vegetal : T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con valor bajo del LAD (0.5)-techo de sedum simple. c. c. cubierta vegetal: T4 edificio asumiendo una extensa cubierta verde con alta joven valor 1.5-mezcla de plantas d. d. cubierta ajardinada m��s vegetaci��n nivel calle: el edificio T4 con LAD 1.5, incluyendo los ��rboles existentes a nivel de calle. Este escenario representa las condiciones actuales del edificio medido. El viento de referencia a nivel de cubierta se fij�� en 1 m/s, coincidente con el registro de velocidad de viento en ese nivel durante la campa��a de medici��n. Esta velocidad del viento se mantuvo constante durante toda la campa��a. Bajo las condiciones anteriores, los resultados de los modelos muestran un efecto moderado de azoteas verdes en el microclima circundante que van desde 1 �� a 2 �� C, pero una contribuci��n mayor cuando se combina con vegetaci��n a nivel peatonal. En este caso las reducciones de temperatura alcanzan hasta 4 ��C. La humedad relativa sin embargo, no presenta apenas variaci��n entre los escenarios con y sin cubierta ajardinada. Las temperaturas medidas in situ se compararon con resultados del modelo, mostrando una gran similitud en los perfiles definidos en ambos casos. Esto demuestra la buena capacidad de ENVI-met para reproducir el efecto de la cubierta ajardinada sobre el microclima y por tanto para el fin de esta investigaci��n. Las diferencias m��s grandes se registraron en las ��reas cercanas a las zonas superiores de las fachadas que estaban m��s expuestas a la radiaci��n del sol y tambi��n el nivel del suelo, por la influencia de los pavimentos. Estas diferencias se pudieron causar por las caracter��sticas de los cerramientos en el modelo que estaban limitados por los datos disponibles en la base de datos de software, y que se diferencian con los del edificio real. Una observaci��n importante derivada de este estudio es la contribuci��n del suelo h��medo en el efecto de la cubierta ajardinada en la temperatura del aire. En el escenario de la cubierta ajardinada con los arboles existentes a pie de calle, el efecto del suelo h��medo contribuye a aumentar las reducciones de temperatura hasta 4.5��C, potenciando el efecto combinado de la cubierta ajardinada y la vegetaci��n a pie de calle. Se realiz�� un an��lisis final despu��s de extraer el perfil horario de temperaturas en el ca����n urbano influenciado por el efecto de las cubiertas ajardinadas y los ��rboles. Con esos perfiles modificados de temperatura y humedad se desarroll�� un modelo energ��tico en el edificio asumiendo un edificio cerrado y climatizado, con uso de oficinas, una temperatura de consigna de acuerdo al RITE de 26 ��C, y con los sistemas por defecto que establece el software para el c��lculo de la demanda energ��tica y que responden a ASHRAE 90.1. El software seleccionado para la simulaci��n fue Design Builder, por su capacidad para generar simulaciones horarias y por ser una de las herramientas de simulaci��n energ��tica m��s reconocidas en el mercado. Los perfiles modificados de temperatura y humedad se insertaron en el a��o clim��tico tipo y se condujo la simulaci��n horaria para el d��a definido, el 9 de Julio. Para la simulaci��n se dejaron por defecto los valores de conductancia t��rmica de los cerramientos y la eficiencia de los equipos de acuerdo a los valores que fija el est��ndar ASHRAE para la zona clim��tica de Madrid, que es la 4. El resultado mostraba reducciones en el consumo de un d��a pico de hasta un 14% de reducci��n en las horas punta. La principal conclusi��n de ��ste estudio es la confirmaci��n del potencial de las cubiertas ajardinadas como una estrategia para reducir la temperatura del aire y consumo de energ��a en los edificios, aunque este efecto puede ser limitado por la influencia de los vientos, la radiaci��n y la especie seleccionada para el ajardinamiento, en especial de su LAD. As�� mismo, en combinaci��n con los bosques urbanos su efecto se potencia e incluso m��s si hay pavimentos h��medos o suelos porosos incluidos en la morfolog��a del ca����n urbano, convirti��ndose en una estrategia potencial para adaptar los ecosistemas urbanos el efecto aumento de temperatura derivado del cambio clim��tico. En cuanto a la herramienta, ENVI-met se considera una buena opci��n para ��ste tipo de an��lisis dada su capacidad para reproducir de un modo muy cercano a la realidad el efecto de las cubiertas. Aparte de ser una herramienta validada en estudios anteriores, en el caso experimental se ha comprobado por medio de la comparaci��n de las mediciones con los resultados del modelo. A su vez, los resultados y patrones de vientos generados en los ca��ones urbanos coinciden con otros estudios similares, concluyendo por tanto que es un software adecuado para el objeto de esta tesis doctoral. Como l��neas de investigaci��n futura, ser��a necesario entender el efecto de la cubierta ajardinada en el microclima urbano en diferentes zonas clim��ticas, as�� como un mayor estudio de otras variables que no se han observado en este an��lisis, como la temperatura media radiante y los indicadores de confort. As�� mismo, la evaluaci��n de otros par��metros que afectan el microclima urbano tales como variables geom��tricas y propiedades superficiales deber��a ser analizada en profundidad para tener un resultado que cubra todas las variables que afectan el microclima en el ca����n urbano. ABSTRACT Climate Change is posing an urgency in the development of strategies able not only to mitigate but also adapt to the effects that this global problem is evidencing around the world. Heat waves, flooding and severe draughts increase the vulnerability of population, and this is especially critical in urban settlements. This has been extensively studied over the past decades, addressed from different perspectives and ranging from the regional heat island analysis to the building scale. Its understanding requires physical and dimensional analysis of this broad phenomenon and a deep analysis of the factors and the strategies which can offset it. In the search of solutions to this problem, green infrastructure elements such as green roofs, walls and urban forests arise as strategies able provide multiple regulating ecosystem services to the urban environment able to cope with climate change effects. This includes storm water management, heat island effect control, and improvement of air and water quality. Over the last decade, multiple studies have been developed to evaluate and quantify the ecosystem services provided by green roofs, however, specific regulating services addressing urban microclimate and their impact on the urban dwellers have not been widely quantified. This research tries to contribute to fill this gap and analyzes the effects of green roofs and urban forests on urban microclimate at pedestrian level, quantifying its potential for regulating ambient temperature in hot season in Mediterranean ���continental climates. The study is divided into a sequence of analysis where the critical factors affecting the performance of the green roof system on the microclimate are identified and the effects of the green roof is tested in a real case study. The first step has been the definition of the object of study, through the analysis and review of theoretical and empirical papers that investigate the effects of covers landscaped in the built environment, in the context of its use as a tool for adaptation and mitigation of the impact of climate change on cities and urban development. This literature review, reveals the great potential of the plant systems as a tool for passive design capable of improving the climatic and microclimatic conditions in the cities, as well as its positive impact on the energy performance of buildings, but also the need for further analysis at the street scale where climate, urban surfaces and materials, and vegetation converge. This analysis requires a methodology where the thermal buildings response, the variations in the patterns of wind and the interaction of the vegetation are integrated, so a quantitative analysis can help to define the most effective strategies to achieve liveable urban spaces and collaterally, , the improvement of the surrounding buildings energy performance. In this specific scale research is needed and should be customized to every climate, urban condition and nature based strategy. In this context, the main objective for this research was the quantitative assessment of the Green roof impact on the urban microclimate at a neighbourhood scale in summer conditions in Mediterranean- continental climates. For the achievement of this main objective, the following secondary objectives have been set: ��� Identify the numerical models and calculation tools able to capture the effect of the roof garden on the microclimate. ��� Identify the enhancing or limiting parameter affecting this effect. ��� Quantification of the impact of the microclimate created on the energy consumption of buildings surrounding the street canyon analysed. The main hypothesis behind this research and where the above objectives are funded on is as follows: "An extensive roof installed in medium height buildings favours the establishment of microclimates at the pedestrian level and reduces the temperatures in the urban environment where they are located." For the purpose of verifying the above hypothesis and achieving the proposed objectives the following methodology has been followed: - Definition of hypothesis and objectives - Definition of the scope and limitations - Theoretical analysis of parameters affecting gren roof performance - Experimental analysis; - Energy modelling analyisis - Conclusions and future lines of work The search for suitable tools and models for meeting the objectives of this analysis has led to ENVI-met v4 as the most suitable software for this research. ENVI met is a three-dimensional micro-climate model designed to simulate the surface-plant-air interactions in urban environments. Based in the fundamental equations representing, mass, energy and momentum conservation, the software has the capacity of representing the complex phenomena characterizing the microclimate in urban canyons, overcoming the challenge posed by the computing requirements of a full calculus based on finite elements done via traditional computational fluid dynamics tools. Once the analysis tool has been defined, a first set of analysis has been developed to identify the main parameters affecting the green roof influence on the microclimate. In this analysis, two different scenarios are compared. A neighborhood with standard concrete tile roof and the same configuration substituting the concrete tile by an extensive green roof. Once the scenarios have been modeled, different iterations have been run to identify the influence of different wind patterns, solar exposure and roof vegetation type on the microclimate, since those are the most relevant variables affecting urban microclimates. These analysis have been run to check the conditions under which the effects of green roofs get significance. Since ENVI-met V4 is a predictive software, the first step has been the definition of the initial weather conditions which are then used as starting point by the software, which generates its own daily temperature and humidity profile based on the location of the building, geometry, vegetation and the surfaces physical characteristics. The base geometry used for this first analysis has been based on a typical urban layout structure located in Madrid, an orthogonal net with the main streets oriented East-West to ease the analysis of solar radiation in the different points of the model. This layout represents a typical urban neighborhood, with street canyons keeping an aspect ratio between 0.5 and 1 and high sky view factor to ensure correct sun access to the streets and buildings and work with typical wind flow patterns. Finally, the roof vegetation has been defined in terms of foliage density known as Leaf Area Density (LAD) and defined as the total one-sided leaf area per unit of layer volume. This index is the most relevant vegetation characteristic for the purpose of calculating the effect of vegetation on wind and solar radiation as well as the energy consumed during its metabolic processes. The building as usual (BAU) configuring the urban layout has been defined with standard concrete tile roofs, considering 0.3 albedo. Walls have been set with albedo 0.2 (typical brick wall construction) and adiabatic to avoid interference caused by thermal interchanges with the building indoor environment. For the proposed case, the same geometry and building characteristics have been kept. The only change is the roof surface coverage. The gravel on the roof has been changed with an extensive green roof covered with drought tolerant plants, typical in Madrid climate, and characterized by their LAD. The different scenarios analysed are based in the variation of the wind speed and the LAD of the roof. The results have been recorded under different sun exposure conditions. Simulations were run for the typical summer wind patterns, that for Madrid are characterized by South-west winds ranging from 3 to 0 m/s. Simulations were run for 3, 2, 1 and 0 m/s at urban canopy level. Results taken at 1.4 m above the ground showed that the green roof effect was lower with higher wind speeds and in any case the effect of the green roof on the air temperatures exceeded air temperature reductions higher than 1��C. Relative humidity presented no variations when comparing the different scenarios. For the analysis at 0m/s, ENVI-met generated error and no results were obtained. Different simulations showed that under 0.5 m/s turbulence increased dramatically and the model became unstable and unable to produce reliable results. This is due to the turbulence model embedded in the software which is not valid for low wind speeds (below 1 m/s). The effect of the different foliage densities was also tested in the model. Three different alternatives were compared against the concrete roof: green roof with LAD 0.3 ( typical grass or sedum), 1.5 (typical mixed plants) and 2.5 (tree mass). The results showed very relevant temperature differences between the different LAD alternatives analyzed. Results show temperature variations ranging between 3 and 5 ��C when comparing the standard concrete roof with albedo 0, 3 with the vegetated roof and vegetated mass, showing the relevance of the LAD on the effects of green roofs on microclimate. This matches the data reported in existing literature and empirical studies and confirms the relevance of the LAD in the roof effect on the surrounding microclimate. The results of the theoretical analysis have reached the following initial conclusions related to both, the simulation tool and the model results: ��� In relation to the tool ENVI-met, some limitations for the analysis have been observed. In first place, the rigid structure of the geometry, the data bases and the grid size, limit the scale and resolution of the analysis not allowing the development of large urban areas. On the other hand the ENVI-met structure enables the development of this type of complex simulation within reasonable times and computational requirements for the purpose of this analysis. Additionally, the model is unable to run simulations at wind speeds lower than 0.5 m/s, and even at this speed, the results are not reliable because the turbulences generated by the model that made impossible to extract clear temperature differences between the concrete and green roof scenarios. Besides the above limitations, the wind patterns and temperature profiles generated by ENVImet are in agreement with previous analysis identifying wind patterns in urban canyons with similar characteristics and aspect ratio. Therefore the software has shown a good capacity for reproducing the wind effects in the street canyons and seems to capture the cooling effect produced by the green roof. ��� In relation to the model, the results reveals the influence of wind, radiation and LAD on air temperature in urban canyons with aspect ratio comprised between 0.5 and 1. Being the effect of the green roof more noticeable in shaded urban canyons with aspect ratio 1 and wind speeds of 1 m/s. In no case the reductions in air temperature exceeded 1��C. Once the relevant parameters have been identified, mainly wind speed and LAD, an experimental analysis was conducted to test the results obtained by the model. For this purpose a large green roof was identified, able to represent the urban scale which is the object of the studio. The building identified for this purpose was the terminal 4, parking building of the international Madrid Airport. Even though this is not a standard urban area, the scale and configuration of the space around the building were deemed as acceptable for the analysis. The building is an 800x200 m, 15 m height parking building, surrounded by access paved paths and the terminal building. The parking is enclosed with facades that configure an urban canyon-like space, although the aspect ratio is lower than 0.5 and the wind patterns might differ from the theoretical model run. The building features the largest green roof in Europe, a 12 Ha extensive green roof populated with a mix of herbs and sedum with a LAD of 1.5. The buildings are surrounded by planted areas at the sidewalk and trees shading the main building facades. Green roof performance was evaluated by monitoring temperatures and relative humidity in the canyon in a typical summer day. The day selection was done taking into account meteorological predictions so the weather conditions on the measurement day were as close as possible as the optimal conditions identified in terms of green roof effects on the urban canyon. July 9th 2014 was selected for the measurement campaign because the predictions showed 1 m/s wind speed and sunny sky, which were very similar to the weather conditions where the effect of the green roof was most noticeable in the theory model. Measurements were registered hourly from 9:00am to 19:00 on July 9th 2014. Temperature, relative humidity and wind speed were recorded at 5 different levels, at 1.5, 4.5, 7.5, 11.5 and 16 m above ground and at 0.5 m distance from the building fa��ade. Measurements were taken in three different scenarios, sunny exposure, shaded exposure, and shaded exposure influenced by nearby trees and moist soil. Temperature, relative humidity and wind speed were registered using a TESTO 410-2 anemometer, with 0.1��C resolution for temperature, 0.1 m/s resolution for wind speed and 0.1 % for relative humidity. Surface temperatures were registered using an infrared camera FLIR E4, with temperature resolution 0.15��C. Minimal distance to surface of 0.5 m and T�� measurements range from -20��C and 250��C. The temperature profiles measured on the site showed the influence of solar exposure on the temperature variations along the day, as well as the influence of the heat irradiated by the building surfaces which had been exposed to the sun radiation and those influenced by the moist soft areas around the building. After the measurements were taken, the following simulations were conducted to evaluate the impact of the green roof on the microclimate: a. Standard roof: T4 building assuming a concrete tile roof with albedo 0.3. b. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with low LAD value (0.5)-Simple Sedum roof. c. Green roof: T4 building assuming an extensive green roof with high LAD value 1.5- Lucerne and grasses d. Green roof plus street level vegetation: T4 Building, LAD 1.5 (Lucerne), including the existing trees at street level. This scenario represents the current conditions of the building. The urban canopy wind was set as 1 m/s, the wind speed register at that level during the measurement campaign. This wind speed remained constant over the whole campaign. Under the above conditions, the results of the models show a moderate effect of green roofs on the surrounding microclimate ranging from 1��C to 2��C, but a larger contribution when combining it with vegetation at pedestrian level, where 4��C temperature reductions are reached. Relative humidity remained constant. Measured temperatures and relative humidity were compared to model results, showing a close match in the profiles defined in both cases and the good capacity of ENVI met to capture the impact of the green roof in this analysis. The largest differences were registered in the areas close to the top areas of the facades which were more exposed to sun radiation and also near to the soil level. These differences might be caused by differences between the materials properties included in the model (which were limited by the data available in the software database) and those in the real building. An important observation derived from this study is the contribution of moist soil to the green roof effect on air temperatures. In the green roof scenario with surrounding trees, the effect of the moist soil contributes to raise the temperature reductions at 4.5��C. A final analysis was conducted after extracting the hourly temperature profile in the street canyon influenced by the effect of green roofs and trees. An energy model was run on the building assuming it was a conventional enclosed building. Energy demand reductions were registered in the building reaching up to 14% reductions at the peak hour. The main conclusion of this study is the potential of the green roofs as a strategy for reducing air temperatures and energy consumption in the buildings, although this effect can be limited by the influence of high speed winds. This effect can be enhanced its combination with urban forests and even more if soft moist pavements are included in the urban canyon morphology, becoming a potential strategy for adapting urban ecosystems to the increasing temperature effect derived from climate change.

El modelo constructivo: la influencia de la t��cnica en la teor��a de la arquitectura (1840-1899)

La hip��tesis de partida de esta tesis es que existe una influencia directa entre la t��cnica que se desarrolla durante el segundo per��odo del s. XIX y el cambio sustancial de los conceptos y de la teor��a arquitect��nica que se da en esos mismos a��os. Dicha influencia genera nuevos modelos constructivos que ser��n la base de la arquitectura moderna. Para llegar a la confirmaci��n de la hip��tesis, se han planteado tres objetivos principales que responden a los tres cap��tulos principales de la misma. En primera instancia, se establecen las condiciones te��ricas del debate arquitect��nico entre las fechas estudiadas. Se analiza el concepto de modelo y ��estilo�� para evaluar si, efectivamente, hubo cambio o no. Tambi��n se analizar�� si los arquitectos eran conscientes de la necesidad de una nueva arquitectura que respondiese a la funcionalidad que el progreso requer��a. Para comprobar que dicho cambio se ha producido a todos los niveles hasta el punto de redefinir el modelo constructivo se escoge un ejemplo pr��ctico que cumpla las condiciones necesarias para sustentar o no la tesis y se investiga sobre si sucede o no el cambio. A continuaci��n, se analizar�� la situaci��n de la t��cnica y de los avances tecnol��gicos en el per��odo estudiado. Es importante contrastar que realmente hay un conocimiento y una conciencia verdadera de cambio entre los te��ricos y los arquitectos que est��n construyendo en ese momento. Confirmar que dicha conexi��n existe es vital para la investigaci��n; para eso, se analizar�� y se profundizar�� en las conexiones entre la arquitectura y la ingenier��a (o los avances tecnol��gicos) para entender la implicaci��n de uno con el otro. Con este fin, se han estudiado las distintas publicaciones peri��dicas de la ��poca; sobre todo la m��s relevante y la que primero se edit��, que fue La revue g��n��rale de l���architecture; me he apoyado en ella. Es un documento que mensualmente recoge cambios, avances y debates. Tuvo una grand��sima divulgaci��n; todo docente, arquitecto e ingeniero de la ��poca ten��a un acceso f��cil y directo a dicha publicaci��n. Por ��ltimo, a ra��z de una construcci��n ideal proyectada por uno de los grandes arquitectos te��ricos de la ��poca, se reflexiona sobre si esa arquitectura supone realmente una comprensi��n y una conciencia de los nuevos modelos arquitect��nicos, definidos por una t��cnica en progreso, o si responde exclusivamente a una utop��a arquitect��nica como tantas otras se hab��an esbozado con anterioridad por grandes te��ricos. Para poder definir la geometr��a de este elemento estructural, se ha realizado un modelado tridimensional que permite calcular la estructura a trav��s de un proceso de elementos finitos. El prop��sito de este c��lculo no es exclusivamente saber si la estructura era viable o no en aquella ��poca, sino tambi��n comprender si la definici��n de estos originales elementos estructurales implicaba una concepci��n nueva de las estructuras tridimensionales y eso significa que empezaba a germinar un cambio sustancial en la teor��a de la arquitectura, con la b��squeda de un nuevo modelo constructivo derivado de los avances t��cnicos. De este modo queda demostrado que el modelo constructivo ha cambiado definitivamente por un modelo mucho m��s vers��til y sobre todo con una gran capacidad de adaptaci��n, esto combinado a su vez con una proliferaci��n de patentes que intentan y buscan una estandarizaci��n del modelo constructivo y que no son, en ning��n caso, un modelo en s��. Como ��ltima conclusi��n, queda argumentado que en aquella ��poca ya se ten��a una gran intuici��n estructural; a pesar de que el c��lculo matem��tico era todav��a algo relativamente nuevo, se manejaban de forma instintiva l��neas de cargas, combinaci��n de materiales y nuevas formas, que ayudar��n a crear los modelos de los pr��ximos a��os y que ser��n la base del c��lculo num��rico posterior. ABSTRACT The hypothesis of this thesis is that there is a direct influence between the technique developed during the second period of the XIX century and the substantial change in the concepts and in the architectural theory that occurs in those years. This influence develops new building models that will be the basis of modern architecture. To confirm this hypothesis, we present three principal objectives that corresponds to the three principals chapsters of the text. First, we establish the theoretical conditions of the architectural debate between the dates studied. We analyze the concepts of model and ���style��� to assess whether there was a change or not. We consider as well if architects were aware of the need for a new architecture to respond to the functionality needs that progress demanded. To verify that the change occurred at all levels to the extent of redefining the building model we choose a practical example that fulfills the necessary conditions to support or not the thesis and we investigate whether or not the change happens. Next, we analyze the status of technical and technological advances in the study period of study. It is important to contrast that there is a real knowledge and awareness of change between the theorists and architects who are building at the time. Confirming that that connection exists is vital for the research; for that, we will analyze and deepen into the connections between architecture and engineering (or technological progress) to understand the implication of one into the other. To this end, we have studied various publications of the time; especially the most relevant and the first published, La Revue g��n��rale de l���architecture; I have relied on it. This is a monthly document that includes changes, developments and debates. It had a very great disclosure; every teacher, architect and engineer of the time had a direct and easy access to this publication. Finally, following theoretical ideal construction projected by one of the great architects of the time, we reflect on whether that architecture really represents an understanding and awareness of the new architectural models defined by a technique in progress, or if it only responds to an architectural utopia as the ones outlined earlier by the great theorists. To be able to define the geometry of this structural item, we have carried out a three-dimensional modeling that enables us to calculate the structure through a process of finite elements. The purpose of this calculation is not exclusively understanding whether the structure was viable or not at the time, but also understanding if the definition of these original structural elements involved a new concept of three-dimensional structures and if that involved the beginning of a substantial change in theory of architecture, with the search for a new construction model derived from technical advances. In this way it is demonstrated that the building model has definitely changed for a much more versatile one and above all with a high adaptation capacity, this combined in turn with a proliferation of patents that try and seek a standardization of the building model and are not, in any case, a model in itself. As a final conclusion, it is argued that at the time a major structural intuition was present; even though the math calculation was still relatively new, in an instinctively way load lines, combination of materials and new forms were taken into account, that will help to create models in the coming years and which will form the basis of subsequent numerical calculation.

Modelizaci��n de la respuesta de elementos estructurales lineales de vidrio plano : vigas y pilares pretensados

El vidrio se trata de un material muy apreciado en la arquitectura debido a la transparencia, caracter��stica que pocos materiales tienen. Pero, tambi��n es un material fr��gil, con una rotura inmediata cuando alcanza su l��mite el��stico, sin disponer de un per��odo pl��stico, que advierta de su futura rotura y permita un margen de seguridad. Por ambas razones, el vidrio se ha utilizado en arquitectura como elemento de plementer��a o relleno, desde tiempos antiguos, pero no como elemento estructural o portante, pese a que es un material interesante para los arquitectos para ese uso, por su caracter��stica de transparencia, ya que conseguir��a la desmaterializaci��n visual de la estructura, logrando espacios m��s ligeros y livianos. En cambio, si se tienen en cuenta las propiedades mec��nicas del material se puede comprobar que dispone de unas caracter��sticas apropiadas para su uso estructural, ya que su M��dulo el��stico es similar al del aluminio, elemento muy utilizado en la arquitectura principalmente en las fachadas desde los ��ltimos a��os, y su resistencia a compresi��n es muy superior incluso al hormig��n armado; aunque su principal problema es su resistencia a tracci��n que es muy inferior a su resistencia a compresi��n, lo que penaliza su resistencia a flexi��n. En la actualidad se empieza a utilizar el vidrio como elemento portante o estructural, pero debido a su peor resistencia a flexi��n, se utilizan con grandes dimensiones que, a pesar de su transparencia, tienen una gran presencia. Por ello, la presente investigaci��n pretende conseguir una reducci��n de las secciones de estos elementos estructurales de vidrio. Entonces, para el desarrollo de la investigaci��n es necesario responder a una serie de preguntas fundamentales, cuyas respuestas ser��n el cuerpo de la investigaci��n: 1. ��Cu��l es la finalidad de la investigaci��n? El objetivo de esta investigaci��n es la optimizaci��n de elementos estructurales de vidrio para su utilizaci��n en arquitectura. 2. ��C��mo se va a realizar esa optimizaci��n? ��Qu�� sistemas se van a utilizar? El sistema para realizar la optimizaci��n ser�� la pretensi��n de los elementos estructurales de vidrio 3. ��Por qu�� se va a utilizar la precompresi��n? Porque el vidrio tiene un buen comportamiento a compresi��n y un mal comportamiento a tracci��n lo que penaliza su utilizaci��n a flexi��n. Por medio de la precompresi��n se puede incrementar esta resistencia a tracci��n, ya que los primeros esfuerzos reducir��n la compresi��n inicial hasta comenzar a funcionar a tracci��n, y por tanto aumentar�� su capacidad de carga. 4. ��Con qu�� medios se va a comprobar y justificar ese comportamiento? Mediante simulaciones inform��ticas con programas de elementos finitos. 5. ��Por qu�� se utilizar�� este m��todo? Porque es una herramienta que arroja ventajas sobre otros m��todos como los experimentales, debido a su fiabilidad, econom��a, rapidez y facilidad para establecer distintos casos. 6. ��C��mo se garantiza su fiabilidad? Mediante el contraste de resultados obtenidos con ensayos f��sicos realizados, garantizando de ��sta manera el buen comportamiento de los programas utilizados. El presente estudio tratar�� de responder a todas estas preguntas, para concluir y conseguir elementos estructurales de vidrio con secciones m��s reducidas gracias a la introducci��n de la precompresi��n, todo ello a trav��s de las simulaciones inform��ticas por medio de elementos finitos. Dentro de estas simulaciones, tambi��n se realizar��n comprobaciones y comparaciones entre distintas tipolog��as de programas para comprobar y contrastar los resultados obtenidos, intentando analizar cu��l de ellos es el m��s id��neo para la simulaci��n de elementos estructurales de vidrio. ABSTRACT Glass is a material very appreciated in architecture due to its transparency, feature that just a few materials share. But it is also a brittle material with an immediate breakage when it reaches its elastic limit, without having a plastic period that provides warning of future breakage allowing a safety period. For both reasons, glass has been used in architecture as infill panels, from old times. However, it has never been used as a structural or load���bearing element, although it is an interesting material for architects for that use: because of its transparency, structural glass makes possible the visual dematerialization of the structure, achieving lighter spaces. However, taking into account the mechanical properties of the material, it is possible to check that it has appropriate conditions for structural use: its elastic modulus is similar to that of aluminium, element widely used in architecture, especially in facades from recent years; and its compressive strength is much higher than even the one of concrete. However, its main problem consists in its tensile strength that is much lower than its compressive strength, penalizing its resistance to bending. Nowadays glass is starting to be used as a bearing or structural element, but due to its worse bending strength, elements with large dimensions must be used, with a large presence despite its transparency. Therefore this research aims to get smaller sections of these structural glass elements. For the development of this thesis, it is necessary to answer a number of fundamental questions. The answers will be the core of this work: 1. What is the purpose of the investigation? The objective of this research is the optimization of structural glass elements for its use in architecture. 2. How are you going to perform this optimization? What systems will be implemented? The system for optimization is the pre���stress of the structural elements of glass 3. Why are you going to use the pre���compression? Because glass has a good resistance to compression and a poor tensile behaviour, which penalizes its use in bending elements. Through the pre���compression it is possible to increase this tensile strength, due to the initial tensile efforts reducing the pre���stress and increasing its load capacity. 4. What are the means that you will use in order to verify and justify this behaviour? The means are based on computer simulations with finite element programs (FEM) 5. Why do you use this method? Because it is a tool which gives advantages over other methods such as experimental: its reliability, economy, quick and easy to set different cases. 6. How the reliability is guaranteed? It���s guaranteed comparing the results of the simulation with the performed physical tests, ensuring the good performance of the software. This thesis will attempt to answer all these questions, to obtain glass structural elements with smaller sections thanks to the introduction of the pre���compression, all through computer simulations using finite elements methods. In these simulations, tests and comparisons between different types of programs will also be implemented, in order to test and compare the obtained results, trying to analyse which one is the most suitable for the simulation of structural glass elements.

Nuevo concepto de elementos estructurales horizontales de vidrio : placa autoportante y pretensada en forma de pi

En los ��ltimos a��os, podemos darnos cuenta de la importancia que tienen las nuevas aplicaciones de vidrio especialmente en edificios tur��sticos donde el v��rtigo juega un papel importante en la visita. Sin embargo los sistemas constructivos no tienen un especial inter��s porque el vidrio laminado est�� siempre soportado por otro elemento de acero o incluso vidrio en forma de ret��cula. En la presente tesis voy a desarrollar una nueva soluci��n de elemento autoportante de vidrio de gran tama��o haciendo seguro el uso del elemento para andar en el aire. El sue��o de muchos arquitectos ha sido dise��ar un edificio completamente transparente y a m�� me gustar��a contribuir a este sue��o empezando a estudiar un forjado de vidrio como elemento estructural horizontal y para ello debemos cumplir requerimientos de seguridad. Uno de los objetivos es lograr un elemento lo m��s transparente y esbelto posible para el uso de pasarelas en vest��bulos de edificios. Las referencias construidas son bien conocidas, pero por otro lado Universidades europeas estudian continua estudiando el comportamiento del vidrio con diferentes l��minas, adhesivos, apilados, insertos, sistemas de laminado, pretensado, pandeo lateral, seguridad post-rotura y muchos m��s aspectos necesarios. La metodolog��a llevada a cabo en esta tesis ha sido primeramente dise��ar un elemento industrial prefabricado horizontal de vidrio teniendo en cuenta todos los conceptos aprendidos en el estado del arte y la investigaci��n para poder predimensionar el elemento. El siguiente paso ser�� verificar el modelo por medio de c��lculo anal��tico, simulaci��n de elementos finitos y ensayos f��sicos. Para realizar los ensayos hay un paso intermedio teniendo que cambiar la hip��tesis de carga uniforme a carga puntal para realizar el ensayo de flexi��n a 4 puntos normalizado y adem��s cambiar a escala 1:2 para adaptarse al espacio de ensayo y ser viable econ��micamente. Finalmente comparar�� los resultados de tensi��n y deformaci��n obtenidos por los tres m��todos para extraer conclusiones. Sin embargo el problema de la seguridad no ha concluido, tendr�� que demostrar que el sistema es seguro despu��s de que se produzca la rotura y para ello s��lo dispongo de los ensayos como medio de demostraci��n. El dise��o es el resultado de la evoluci��n de una viga tipo ���I���; cuando es pretensada para obtener m��s resistencia, aparece el problema de pandeo lateral y ��ste es solucionado con una viga con secci��n en ���T��� cuya uni��n es resuelta con un cajeado longitudinal en la parte inferior del elemento horizontal. Las alas de ��ste crecen para recoger las cargas superficiales creando a su vez un punto d��bil en la uni��n que a su vez se soluciona duplicando la secci��n ���TT��� y haciendo trabajar dicho tablero de forma tan ��ptima como una viga continua. Dicha secci��n en vidrio como un ��nico elemento pretensado es algo in��dito. Adem��s he dise��ado unas escuadras met��licas en los extremos de los nervios como apoyo y placa de pretensi��n, as�� como una hendidura curva en el centro de los nervios para alojar los tirantes de acero de modo que al pretensar el tirante la placa corrija al menos la deformaci��n por peso propio. Realizados los cambios geom��tricos de escala y las simplificaciones en el laminado y el adhesivo se programan la extracci��n de resultados desde 3 estadios diferentes: Sin pretensi��n y con pretensi��n de 750 Kg y de 1000Kg en cada nervio. Por cada estadio y por cada uno de los m��todos, c��lculo, simulaci��n y ensayos, se extraen los datos de deformaci��n y tensi��n en el punto medio de un nervio con el objetivo de hacer una comparaci��n de resultados para obtener unas conclusiones, siempre en el campo de la elasticidad. Posteriormente incrementar�� la carga hasta el momento de la rotura de la placa y despu��s hasta el colapso teniendo en cuenta el tiempo y demostrando una rotura segura. El vidrio no tendr�� un comportamiento pl��stico pero habr�� sido controlado su comportamiento fr��gil manteniendo una carga y una deformaci��n aceptable. ABSTRACT Over the past few years we have realized the importance of the new technologies regarding the application of glass in new buildings, especially those touristic places were the views and the heights are the reason of the visit. However, the construction systems of these glass platforms are not usually as interesting, because the laminated glass is always held by another steel substructure or even a grid-formed glass element. Throughout this thesis I am going to develop a new solution of a self-bearing element with big dimensions made out of glass, ensuring a safe solution to use as an element to walk on the air. The dream of many architects has been to create a building completely transparent, and I would like to contribute to this idea by making a glass slab as a horizontal structural element, for which we have to meet the security requirements. One of the goals is to achieve an element as transparent and slim as possible for the use in walkways of building lobbies. The glass buildings references are well known, but on the other hand the European Universities study the behaviour of the glass with different interlayers, adhesives, laminating systems, stacking, prestressed, buckling, safety, breakage and post-breakage capacity; and many other necessary aspects. The methodology followed in this thesis has been to first create a horizontal industrial prefabricated horizontal element of glass, taking into account all the concepts learned in the state of art and the investigation to be able to predimension this element. The next step will be to verify this model with an analytic calculus, a finite element modelling simulation and physical tests. To fulfil these tests there is an intermediate step, having to change the load hypothesis from a punctual one to make the test with a four points normalized deflexion, and also the scale of the sample was changed to 1:2 to adapt to the space of the test and make it economically possible. Finally, the results of tension and deformation obtained from the three methods have been compared to make the conclusions. However, the problem with safety has not concluded yet, for I will have to demonstrate that this system is safe even after its breakage, for which I can only use physical tests as a way of demonstration. The design is the result of the evolution of a typical ���I��� beam, which when it is prestressed to achieve more resistance, the effect of buckling overcomes, and this is solved with a ���T��� shaped beam, where the union is solved with a longitudinal groove on the inferior part of the horizontal element. The boards of this beam grow to cover the superficial loads, creating at the same time a weak point, which is solved by duplicating the section ���TT��� and therefore making this board work as optimal as a continuous beam. This glass section as a single prestressed element is unique. After the final design of the �������� glass plate was obtained and the composition of the laminated glass and interlayers has been predimensioned, the last connection elements must be contemplated. I have also designed a square steel shoe at the end of the beams, which will be the base and the prestressed board, as well as a curved slot in the centre of the nerves to accommodate the steel braces so that when this brace prestresses the board, at least the deformation due to its self-weight will be amended. Once I made the geometric changes of the scale and the simplifications on the laminating and the adhesive, the extraction on results overcomes from three different stages: without any pretension, with a pretension of 750 kg and with a pretension of 1000 kg on each rib. For each stage and for each one of the methods, calculus, simulation and tests, the deformation datum were extracted to obtain the conclusions, always in the field of the elasticity. Afterwards, I will increase the load until the moment of breakage of this board, and then until the collapse of the element, taking into account the time spent and demonstrating a safe breakage. The glass will not have a plastic behaviour, but its brittle behaviour has been controlled, keeping an acceptable load and deflection.

Simula����o e modelagem computacional de dados de espalhamento �� baixos ��ngulos - enfoque em estruturas de alta simetria

Esta tese apresenta uma abordagem para a cria����o r��pida de modelos em diferentes geometrias (complexas ou de alta simetria) com objetivo de calcular a correspondente intensidade espalhada, podendo esta ser utilizada na descri����o de experimentos de es- palhamento �� baixos ��ngulos. A modelagem pode ser realizada com mais de 100 geome- trias catalogadas em um Banco de Dados, al��m da possibilidade de construir estruturas a partir de posi����es aleat��rias distribu��das na superf��cie de uma esfera. Em todos os casos os modelos s��o gerados por meio do m��todo de elementos finitos compondo uma ��nica geometria, ou ainda, compondo diferentes geometrias, combinadas entre si a partir de um n��mero baixo de par��metros. Para realizar essa tarefa foi desenvolvido um programa em Fortran, chamado de Polygen, que permite modelar geometrias convexas em diferentes formas, como s��lidos, cascas, ou ainda com esferas ou estruturas do tipo DNA nas arestas, al��m de usar esses modelos para simular a curva de intensidade espalhada para sistemas orientados e aleatoriamente orientados. A curva de intensidade de espalhamento �� calculada por meio da equa����o de Debye e os par��metros que comp��e cada um dos modelos, podem ser otimizados pelo ajuste contra dados experimentais, por meio de m��todos de minimiza����o baseados em simulated annealing, Levenberg-Marquardt e algor��tmicos gen��ticos. A minimiza����o permite ajustar os par��metros do modelo (ou composi����o de modelos) como tamanho, densidade eletr��nica, raio das subunidades, entre outros, contribuindo para fornecer uma nova ferramenta para modelagem e an��lise de dados de espalhamento. Em outra etapa desta tese, �� apresentado o design de modelos atom��sticos e a sua respectiva simula����o por Din��mica Molecular. A geometria de dois sistemas auto-organizado de DNA na forma de octaedro truncado, um com linkers de 7 Adeninas e outro com linkers de ATATATA, foram escolhidas para realizar a modelagem atom��stica e a simula����o por Din��mica Molecular. Para este sistema s��o apresentados os resultados de Root Mean Square Deviations (RMSD), Root Mean Square Fluctuations (RMSF), raio de giro, tor����o das h��lices duplas de DNA al��m da avalia����o das liga����es de Hidrog��nio, todos obtidos por meio da an��lise de uma trajet��ria de 50 ns.

An��lise elastopl��stica bidimensional de meios refor��ados com fibras

De modo a satisfazer aspectos de resist��ncia, custo ou conforto, o aperfei��oamento do desempenho das estruturas �� uma meta sempre almejada na Engenharia. Melhorias t��m sido alcan��adas dado ao crescente uso de materiais comp��sitos, pois estes apresentam propriedades f��sicas diferenciadas capazes de atender as necessidades de projeto. Associado ao emprego de comp��sitos, o estudo da plasticidade demonstra uma interessante alternativa para aumentar o desempenho estrutural ao conferir uma capacidade resistente adicional ao conjunto. Entretanto, alguns problemas podem ser encontrados na an��lise elastopl��stica de comp��sitos, al��m das pr��prias dificuldades inerentes �� incorpora����o de fibras na matriz, no caso de comp��sitos refor��ados. A forma na qual um comp��sito refor��ado por fibras e suas fases t��m sua representa����o e simula����o �� de extrema import��ncia para garantir que os resultados obtidos sejam compat��veis com a realidade. �� medida que se desenvolvem modelos mais refinados, surgem problemas referentes ao custo computacional, al��m da necessidade de compatibiliza����o dos graus de liberdade entre os n��s das malhas de elementos finitos da matriz e do refor��o, muitas vezes exigindo a coincid��ncia das referidas malhas. O presente trabalho utiliza formula����es que permitem a representa����o de comp��sitos refor��ados com fibras sem que haja a necessidade de coincid��ncia entre malhas. Al��m disso, este permite a simula����o do meio e do refor��o em regime elastopl��stico com o objetivo de melhor estudar o real comportamento. O modelo constitutivo adotado para a plasticidade �� o de von Mises 2D associativo com encruamento linear positivo e a solu����o deste modelo foi obtida atrav��s de um processo iterativo. A formula����o de elementos finitos posicional �� adotada com descri����o Lagrangeana Total e apresenta as posi����es do corpo no espa��o como par��metros nodais. Com o intuito de averiguar a correta implementa����o das formula����es consideradas, exemplos para valida����o e apresenta����o das funcionalidades do c��digo computacional desenvolvido foram analisados.

Avalia����o de m��todos num��ricos de an��lise linear de estabilidade para perfis de a��o formados a frio.

Para o projeto de estruturas com perfis de a��o formados a frio, �� fundamental a compreens��o dos fen��menos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez �� tor����o. A determina����o do carregamento cr��tico e a identifica����o do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia tr��s metodologias para a an��lise linear de estabilidade de perfis de a��o formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos cr��ticos el��sticos de bifurca����o e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de se����o U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condi����es de vincula����o e carregamento. Determinam-se os carregamentos cr��ticos el��sticos de bifurca����o e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) an��lise com o M��todo das Faixas Finitas (MFF), atrav��s do uso do programa computacional CUFSM; (ii) an��lise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) an��lise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restri����es e ressalvas com rela����o ao uso do MFF s��o apresentadas, assim como limita����es da Teoria Generalizada de Viga e precau����es a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se tamb��m a influ��ncia do grau de discretiza����o da se����o transversal. No entanto, n��o �� feita avalia����o em rela����o aos procedimentos normativos e tampouco an��lises n��o lineares, considerando as imperfei����es geom��tricas iniciais, tens��es residuais e o comportamento elastopl��stico do material.

Um modelo multiescala concorrente para representar o processo de fissura����o do concreto.

Este trabalho prop��e uma t��cnica de modelagem multiescala concorrente do concreto considerando duas escalas distintas: a mesoescala, onde o concreto �� modelado como um material heterog��neo, e a macroescala, na qual o concreto �� tratado como um material homog��neo. A heterogeneidade da estrutura mesosc��pica do concreto �� idealizada considerando tr��s fases distintas, compostas pelos agregados gra��dos e argamassa (matriz), estes considerados materiais homog��neos, e zona de transi����o interfacial (ZTI), tratada como a parte mais fraca entre as tr��s fases. O agregado gra��do �� gerado a partir de uma curva granulom��trica e posicionado na matriz de forma aleat��ria. Seu comportamento mec��nico �� descrito por um modelo constitutivo el��stico-linear, devido a sua maior resist��ncia quando comparado com as outras duas fases do concreto. Elementos finitos cont��nuos com alta rela����o de aspecto em conjunto com um modelo constitutivo de dano s��o usados para representar o comportamento n��o linear do concreto, decorrente da inicia����o de fissuras na ZTI e posterior propaga����o para a matriz, dando lugar �� forma����o de macrofissuras. Os elementos finitos de interface com alta rela����o de aspecto s��o inseridos entre todos os elementos regulares da matriz e entre os da matriz e agregados, representando a ZTI, tornando-se potenciais caminhos de propaga����o de fissuras. No estado limite, quando a espessura do elemento de interface tende a zero (h ?0) e, consequentemente, a rela����o de aspecto tende a infinito, estes elementos apresentam a mesma cinem��tica da aproxima����o cont��nua de descontinuidades fortes (ACDF), sendo apropriados para representar a forma����o de descontinuidades associados a fissuras, similar aos modelos coesivos. Um modelo de dano �� tra����o �� proposto para representar o comportamento mec��nico n��o linear das interfaces, associado �� forma����o de fissuras, ou at�� mesmo ao eventual fechamento destas. A fim de contornar os problemas causados pela malha de elementos finitos de transi����o entre as malhas da macro e da mesoescala, que, em geral, apresentam diferen��as expressivas 5 de refinamento, utiliza-se uma t��cnica recente de acoplamento de malhas n��o conformes. Esta t��cnica �� baseada na defini����o de elementos finitos de acoplamento (EFAs), os quais s��o capazes de estabelecer a continuidade de deslocamento entre malhas geradas de forma completamente independentes, sem aumentar a quantidade total de graus de liberdade do problema, podendo ser utilizados tanto para acoplar malhas n��o sobrepostas quanto sobrepostas. Para tornar poss��vel a an��lise em multiescala em casos nos quais a regi��o de localiza����o de deforma����es n��o pode ser definida a priori, prop��e-se uma t��cnica multiescala adaptativa. Nesta abordagem, usa-se a distribui����o de tens��es da escala macrosc��pica como um indicador para alterar a modelagem das regi��es cr��ticas, substituindo-se a macroescala pela mesoescala durante a an��lise. Consequentemente, a malha macrosc��pica �� automaticamente substitu��da por uma malha mesosc��pica, onde o comportamento n��o linear est�� na imin��ncia de ocorrer. Testes num��ricos s��o desenvolvidos para mostrar a capacidade do modelo proposto de representar o processo de inicia����o e propaga����o de fissuras na regi��o tracionada do concreto. Os resultados num��ricos s��o comparados com os resultados experimentais ou com aqueles obtidos atrav��s da simula����o direta em mesoescala (SDM).

An��lise num��rica e experimental de juntas aeron��uticas rebitadas sob solicita����o est��tica.

Uni��es por prendedores s��o elementos amplamente utilizados na ind��stria aeron��utica para a uni��o de partes constituintes da aeronave. Contudo, devido �� sua geometria e aos carregamentos sofridos, estes elementos est��o frequentemente sujeitos a falhas por fadiga. Assim, para um projeto e dimensionamento bem executado dessas juntas, �� necess��rio conhecer seu comportamento mec��nico e o campo de tens��es ao qual est��o sujeitas. O m��todo dos elementos finitos certamente atende a estas necessidades; por��m, o uso de elementos s��lidos tridimensionais para a representa����o destas uni��es pode levar a an��lises demasiadamente demoradas e custosas, sendo desej��vel o uso de modelos mais simplificados. Nesse trabalho, juntas de topo assim��tricas s��o modeladas pelo m��todo dos elementos finitos, utilizando tanto elementos s��lidos tridimensionais quanto elementos de casca, com o objetivo de encontrar um modelo relativamente simples que apresente resultados satisfat��rios e requeira um menor tempo de solu����o. Os resultados num��ricos obtidos s��o comparados com resultados experimentais, que utilizam extens��metros e fotoelasticidade.

Elastografia em imagens de ultrassom utilizando elementos de contorno.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para elastografia virtual em imagens simuladas de ultrassom utilizando m��todos num��ricos e m��todos de vis��o computacional. O objetivo �� estimar o m��dulo de elasticidade de diferentes tecidos tendo como entrada duas imagens da mesma se����o transversal obtidas em instantes de tempo e press��es aplicadas diferentes. Esta metodologia consiste em calcular um campo de deslocamento das imagens com um m��todo de fluxo ��ptico e aplicar um m��todo iterativo para estimar os m��dulos de elasticidade (an��lise inversa) utilizando m��todos num��ricos. Para o c��lculo dos deslocamentos, duas formula����es s��o utilizadas para fluxo ��ptico: Lucas-Kanade e Brox. A an��lise inversa �� realizada utilizando duas t��cnicas num��ricas distintas: o M��todo dos Elementos Finitos (MEF) e o M��todo dos Elementos de Contorno (MEC), sendo ambos implementados em Unidades de Processamento Gr��fico de uso geral, GpGPUs ( \"General Purpose Graphics Units\" ). Considerando uma quantidade qualquer de materiais a serem determinados, para a implementa����o do M��todo dos Elementos de Contorno �� empregada a t��cnica de sub-regi��es para acoplar as matrizes de diferentes estruturas identificadas na imagem. O processo de otimiza����o utilizado para determinar as constantes el��sticas �� realizado de forma semi-anal��tica utilizando c��lculo por vari��veis complexas. A metodologia �� testada em tr��s etapas distintas, com simula����es sem ru��do, simula����es com adi����o de ru��do branco gaussiano e phantoms matem��ticos utilizando rastreamento de ru��do speckle. Os resultados das simula����es apontam o uso do MEF como mais preciso, por��m computacionalmente mais caro, enquanto o MEC apresenta erros toler��veis e maior velocidade no tempo de processamento.

An��lise da abrang��ncia de modelo modificado para mancais curtos com deforma����o.

Este trabalho apresenta uma discuss��o sobre o estudo dos efeitos t��rmicos e el��sticos decorrentes da press��o de sustenta����o presentes nos mancais. Para tanto, prop��e-se um modelo matem��tico baseado nas equa����es para mancais curtos considerando a regi��o de cavita����o e utilizando o princ��pio da continuidade de massa. Com isto, deduzem-se as equa����es para o mancal a partir das equa����es de Reynolds e da energia, aplicando uma solu����o modificada para a solu����o de Ocvirk, sendo as equa����es resolvidas numericamente pelo M��todo das Diferen��as Finitas. Somado o tratamento de mec��nica dos fluidos, o trabalho discute dois modelos t��rmicos de previs��o de temperatura m��dia do fluido e sua influ��ncia no campo de press��o, apresentando gr��ficos representativos do campo de press��o e de temperatura, assim como as diferen��as e implica����es das diferen��as. Para o c��lculo de deforma����o da estrutura, utiliza-se um Modelo de Elementos Finitos para uma dada geometria, fazendo-se uma avalia����o da varia����o do campo de press��o e o quanto essa diferen��a afeta as demais propriedades do fluido. Por fim, com o modelo completo, calcula-se o quanto esse modelamento para mancais curtos se aproxima de solu����es para mancais finitos, com base em resultados da literatura, chegando a desvios quase oito vezes menores que os previstos pela literatura. Al��m disso, pode-se estabelecer a abrang��ncia do modelo, ou seja, prever as condi����es em que suas propriedades s��o v��lidas e podem ser utilizadas para estudos iniciais.

Barandillas de protecci��n personal con solicitaci��n din��mica

Las barandillas de seguridad con solicitaci��n din��mica, tipos B y C seg��n UNE-EN 13374, son el conjunto de componentes destinados a la protecci��n colectiva de las personas contra las ca��das a un nivel inferior y a retener materiales. Frecuentemente incorporan una red de seguridad. En este art��culo se analizan aspectos fundamentales como su dise��o, sus requisitos mec��nicos y la soluci��n a la problem��tica que suponen los soportes o puntos duros capaces de producir lesiones al accidentado. Para este fin, se ha estudiado el fen��meno de la ca��da de un lastre sobre tales redes con distintos modelos num��ricos de elementos finitos en r��gimen din��mico y mediante consideraciones anal��ticas cinem��ticas, obteniendo conclusiones ��tiles como la forma geom��trica necesaria, la escuadr��a de los perfiles que constituyen el bastidor de la red, y los factores de impacto que sufren los accidentados. Ello permite sugerir mejoras al texto normativo.

Redes de seguridad para cierre vertical de fachadas

Entre otros medios de protecci��n colectiva, en los ��ltimos a��os se vienen utilizando en Espa��a redes verticales de cierre de fachadas, a pa��o completo entre forjados en fase de estructura, y tambi��n para huecos menores como ventanas o puertas, en fases posteriores. Este tipo de protecci��n no cuenta hasta el momento con ning��n tipo de regulaci��n oficial, si bien en el grupo de trabajo AEN/CTN81/SC2/GT7 se desarrolla actualmente el borrador de la norma Pr UNE 81651 a tal fin. Desde el Dt��. de Ing. de la Construcci��n de la Universidad de Alicante, varios miembros del grupo de trabajo han desarrollado, contando con la experiencia en otros sistemas de protecci��n, algunos modelos num��ricos con elementos finitos para valorar y cuantificar variables mec��nicas asociadas al episodio de una eventual ca��da de una persona sobre este tipo de redes, caracterizado por una menor energ��a cin��tica que para otros tipos de ellas. En el art��culo se exponen los resultados obtenidos para ambos tipos de pa��os, grandes y peque��os, donde se han valorado la separaci��n de anclajes de la red, las aberturas generadas en su per��metro durante la retenci��n, los esfuerzos en anclajes y elementos textiles, el factor de impacto que sufrir��a el accidentado y la repercusi��n de la disposici��n geom��trica de la red, al cuadro o al rombo.

Sistemas de protecci��n individual antica��das sometidos a impacto. Simulaciones num��ricas

Los sistemas antica��da se establecen en UNE-EN-363 para evitar o retener ca��das de personas sin que las fuerzas de retenci��n causen da��os relevantes. Constituyen el ��ltimo recurso para prevenci��n de ca��das tras considerar otras medidas. Este art��culo analiza las variables que afectan al comportamiento del sistema: altura de ca��da, longitud de cuerda de retenci��n, rigidez y amortiguamiento del material de retenci��n, y peso del operario. A tal fin, el fen��meno ha sido simulado con modelos din��micos de elementos finitos mediante una cuerda el��stica y un lastre r��gido. Ello permite obtener valores veros��miles de las m��ximas fuerzas sobre el accidentado y el sistema durante el impacto. Los resultados demuestran el papel fundamental de la proporci��n entre altura de ca��da y longitud de cuerda (factor de ca��da), m��s determinante que la propia altura de ca��da. Las elevadas fuerzas m��ximas obtenidas indican la necesidad de incluir en el modelo absorbedores de energ��a elastopl��sticos, en futuras investigaciones, con el fin de disminuir el impacto a valores razonables.