Numerical analysis of mixe-mode fracture of brickwork masonry with embedded discontinuity elements

One of the common pathologies of brickwork masonry structural elements and walls is the cracking associated with the differential settlements and/or excessive deflections of the slabs along the life of the structure. The scarce capacity of the masonry in order to accompany the structural elements that surround it, such as floors, beams or foundations, in their movements makes the brickwork masonry to be an element that frequently presents this kind of problem. This problem is a fracture problem, where the wall is cracked under mixed mode fracture: tensile and shear stresses combination, under static loading. Consequently, it is necessary to advance in the simulation and prediction of brickwork masonry mechanical behaviour under tensile and shear loading. The quasi-brittle behaviour of the brickwork masonry can be studied using the cohesive crack model whose application to other quasibrittle materials like concrete has traditionally provided very satisfactory results.

Comparison on the durability of different portland cements after five years exposure to sulfate and to sea water attack

Experimental research has been performed to relate specific cement characteristics to deterioration due to sulfate and sea water attack after five year exposure, and to study different test method suitability for sulfate and marine resistance. Sulfate resistance testing have been performed on mortar specimens made with fifteen cement types of statistically diverse chemical composition according to European standard EN 197-1, most of them with sulfate resistant properties according to Spanish regulations. Chemical and mechanical characteristics were studied to determine the variation in properties of selected cements. SO3 content, type and amount of additions, C3A, and C4AF content were used to examine relationships between these characteristics and the results of sulfate resistance. Mortar specimens testing using Na2SO4 as the aggressive medium according to ASTM 1012 (with w/c ratio adapted to prENV 196-X:1995) was performed using each type of cement; identical specimens were also stored in sea water, and in lime saturated water (blank condition), up to five year age. Additionally these cements were tested conforming ASTM 452 and Koch and Steinegger test. Recommended acceptance limits for sulfate resistance of cements concerning to each used test method were evaluated in order to explore their suitability. Relationships between cement characteristics, degradation, expansive products obtained by X-ray diffraction techniques and maximum expansion after applied storage treatments, were correlated at final age, to redefine cement characteristics for sulfate resistant and marine resistant Portland cement

Characterization cement pastes degraded in lanoratory solutions and physiochemical parameters employed for modeling the process

Previously degradation studies carried out, over a number of different mortars by the research team, have shown that observed degradation does not exclusively depend on the solution equilibrium pH, nor the aggressive anions relative solubility. In our tests no reason was found that could allow us to explain, why same solubility anions with a lower pH are less aggressive than others. The aim of this paper is to study cement pastes behavior in aggressive environments. As observed in previous research, this cement pastes behaviors are not easily explained only taking into account only usual parameters, pH, solubility etc. Consequently the paper is about studying if solution physicochemical characteristics are more important in certain environments than specific pH values. The paper tries to obtain a degradation model, which starting from solution physicochemical parameters allows us to interpret the different behaviors shown by different composition cements. To that end, the rates of degradation of the solid phases were computed for each considered environment. Three cement have been studied: CEM I 42.5R/SR, CEM II/A-V 42.5R and CEM IV/B-(P-V) 32.5 N. The pastes have been exposed to five environments: sodium acetate/acetic acid 0.35 M, sodium sulfate solution 0.17 M, a solution representing natural water, saturated calcium hydroxide solution and laboratory environment. The attack mechanism was meant to be unidirectional, in order to achieve so; all sides of cylinders were sealed except from the attacked surface. The cylinders were taking out of the exposition environments after 2, 4, 7, 14, 30, 58 and 90 days. Both aggressive solution variations in solid phases and in different depths have been characterized. To each age and depth the calcium, magnesium and iron contents have been analyzed. Hydrated phases evolution studied, using thermal analysis, and crystalline compound changes, using X ray diffraction have been also analyzed. Sodium sulphate and water solutions stabilize an outer pH near to 8 in short time, however the stability of the most pH dependent phases is not the same. Although having similar pH and existing the possibility of forming a plaster layer near to the calcium leaching surface, this stability is greater than other sulphate solutions. Stability variations of solids formed by inverse diffusion, determine the rate of degradation.

Hydration of C3S, C2S and their Blends. Micro- and Nanoscale Characterization

This study forms part of wider research conducted under a EU 7 th Framework Programme (COmputationally Driven design of Innovative CEment-based materials or CODICE). The ultimate aim is the multi-scale modelling of the variations in mechanical performance in degraded and non-degraded cementitious matrices. The model is being experimentally validated by hydrating the main tri-calcium silicate (T1-C3S) and bi-calcium silicate (β-C2S), phases present in Portland cement and their blends. The present paper discusses micro- and nanoscale studies of the cementitious skeletons forming during the hydration of C3S, C2S and 70 % / 30 % blends of both C3S/C2S and C2S/C3S with a water/cement ratio of 0.4. The hydrated pastes were characterized at different curing ages with 29 Si NMR, SEM/TEM/EDS, BET, and nanoindentation. The findings served as a basis for the micro- and nanoscale characterization of the hydration products formed, especially C-S-H gels. Differences were identified in composition, structure and mechanical behaviour (nanoindentation), depending on whether the gels formed in C3S or C2S pastes. The C3S gels had more compact morphologies, smaller BET-N2 specific surface area and lesser porosity than the gels from C2S-rich pastes. The results of nanoindentation tests appear to indicate that the various C-S-H phases formed in hydrated C3S and C2S have the same mechanical properties as those formed in Portland cement paste. Compared to the C3S sample, the hydrated C2S specimen was dominated by the loose-packed (LP) and the low-density (LD) C-S-H phases, and had a much lower content of the high density (HD) C-S-H phase

Mapping of mechanical properties of cement paste microstructures

The presented study is related to the EU 7 th Framework Programme CODICE (COmputationally Driven design of Innovative CEment-based materials). The main aim of the project is the development of a multi-scale model for the computer based simulation of mechanical and durability performance of cementitious materials. This paper reports results of micro/nano scale characterisation and mechanical property mapping of cementitious skeletons formed by the cement hydration at different ages. Using the statistical nanoindentation and micro-mechanical property mapping technique, intrinsic properties of different hydrate phases, and also the possible interaction (or overlapping) of different phases (e.g. calcium-silcate-hydrates) has been studied. Results of the mapping and statistical indentation testing appear to suggest the possible existence of more hydrate phases than the commonly reported LD and HD C-S-H and CH phases

Un buen café: una simbiosis de color y sabor

El tostado es el paso más importante en el procesamiento del café, responsable de los cambios químicos, físicos, estructurales y organolépticos en el grano. Durante este proceso los granos verdes y secos son sometidos a un tratamiento caracterizado por varias temperaturas aplicadas en varias fases a lo largo del tiempo consignado, que determinará las características finales del producto. El color es el parámetro más empleado para establecer el nivel de tostado del café, aspecto relevante en el momento de evaluar la calidad del producto final. Para la medición del color en el café, existe instrumentación específica, colorímetros comerciales desarrollados exclusivamente para esta aplicación. El presente trabajo presenta y compara la instrumentación comercialmente disponible para asistencia en el control de calidad del la industria tostadora de café, y propone otros equipos cuya aplicación podría potencialmente aumentar el nivel de control sobre la operación de tostado aportando información adicional y complementaria a la de la colorimetría, como espectrofotómetros o técnicas de análisis de imagen

Aproximación cuantitativa a la evaluación de la sostenibilidad de las estructuras

El proceso de construcción incide sobre el medio ambiente desde la obtención de los recursos que utiliza, hasta la optimización del uso de la energía y el desecho de materiales y sustancias de diversa índole. Es ingente que el sector de la construcción considere su responsabilidad al respecto y cuente con herramientas de fácil aplicación, como la que pretende ofrecer esta investigación, que le permita determinar el impacto que tendrá sobre el ambiente una determinada solución estructural. A lo largo del presente trabajo se realiza una revisión de los principales instrumentos de evaluación y de las diferentes metodologías creadas para la evaluación del impacto ambiental, en base a estas se realiza la propuesta de un índice para la evaluación de las estructuras, la cual sirve para realizar una comparación entre dos soluciones estructurales. Los objetivos de este trabajo son: hacer una aproximación cuantitativa a la evaluación del impacto ambiental ocasionado por una estructura ; motivar a los proyectistas a tomar en cuenta los factores ambientales al momento de proyectar, por medio del uso de instrumentos de fácil aplicación ; realizar una revisión bibliográfica de los diferentes sistemas que existen a nivel mundial para cuantificar el impacto ambiental, específicamente buscando los sistemas que cuantifiquen el impacto de la estructura, entendiendo como estructura el conjunto de elementos (vigas, losa o forjado, columnas o pilares y cimentación) que soportan la estructura ; desarrollar un instrumento mediante el cual se pueda evaluar de manera cuantitativa y sencilla el impacto ambiental de una estructura. Que a su vez sirva a los proyectistas de una base o instrumento para poder evaluar la eficiencia de una estructura propuesta en base al impacto ambiental de la misma.

Estudio dinámico de puentes de ferrocarril sometidos a nuevos modelos de carga en el marco europeo

Más allá de la alta velocidad, y debido en parte a su éxito, en los últimos años han aparecido trenes de pasajeros capaces de circular a velocidades más elevadas y ser más eficientes (como, por ejemplo, los de tipo automotor). Además, algunos de los antiguos modelos recogidos en las normativas parecen no cubrir determinados casos, lo que ha llevado a la reciente modificación de éstas. A todo esto se le añade la necesidad de crear una normativa común europea que establezca las bases para lograr la interoperabilidad. Con este proyecto se pretende estudiar los efectos dinámicos en puentes de estas nuevas tipologías de trenes, haciendo especial hincapié en los trenes automotores. El trabajo se centra principalmente en puentes isostáticos de luces cortas, por ser éstos especialmente sensibles a este tipo de acciones. El parámetro crítico, en estos casos, son las aceleraciones en centro de vano. Se realizara el cálculo dinámico por diferentes métodos: elementos finitos, análisis modal, así como programas de integración numérica en Matlab de los modos de vibración, analizando y comparando la efectividad de estos. Las diferencias entre la consideración o no de la distribución de las cargas transmitidas al tablero de la estructura de la vía a serán discutidas en el proyecto, así como la interacción dinámica entre estructura y vehículo. Finalmente se aplicarán los conocimientos obtenidos a varios casos reales de puentes incluidos en la red ferroviaria española, como por ejemplo, el viaducto de alta velocidad del Jalón. Los resultados de estos estudios tienen una repercusión en diversas normativas europeas actualmente en revisión y en las cuales está involucrado el Grupo de Mecánica Computacional: EN15528 European Committee for Standarization (2008), EN1991-2 European Committee for Standarization (2003) y las Especificaciones Técnicas de Interoperabilidad Ferroviaria (TSI).

Ajuste y fiabilidad en la evaluación de modelos en ingeniería estructural

En el campo de la ingeniería estructural como en otras ramas, es necesaria la calibración de modelos mediante soporte experimental debido a la complejidad que encierra el fenómeno que se intenta predecir. Las campañas experimentales llevadas a cabo por la comunidad científica a través de los años proporcionan información valiosa que puede ser empleada para la calibración y selección de modelos así como para la consolidación de modelos existentes. En el último caso, las técnicas empleadas para tal finalidad son fundamentalmente distintas a las de la selección de modelos (modelos ajustados con información experimental en común). Los códigos estructurales incluyen modelos de muy variado tipo que han ido consolidándose con la práctica. Con gran frecuencia sucede que tales modelos son diferentes en los referidos códigos aun cuando aborden el mismo objetivo. Tales diferencias son lógicas pues esos modelos no deben entenderse sino como elementos de un sistema más amplio de fiabilidad estructural que incluye todos los modelos utilizados así como el formato de seguridad establecido en cada uno de ellos. En el presente trabajo se realiza una comparación exhaustiva de modelos, empleando diferentes técnicas que permiten identificar patrones de comportamiento de los mismos. La metodología permite no sólo obtener una medida del ajuste y del poder predictivo de los modelos sino también del grado de conservadurismo. Los modelos analizados están relacionados con el fallo de vigas de hormigón reforzadas a flexión con materiales compuestos. La capacidad portante de estos elementos estructurales está frecuentemente condicionada por el despegue del refuerzo, el cual puede tener origen bien el extremo o en la zona de fisura de flexión o flexión-cortante.

Análisis de los parámetros que definen un modelo de daño aplicado al deterioro de la capacidad resistente de paredes arteriales

El comportamiento mecánico de las paredes arteriales constituye un ingrediente fundamental para entender enfermedades cardiovasculares como las disecciones aórticas o la fisuración de placas de ateroma. El fenómeno mecánico que subyace en estas enfermedades es el fallo constitutivo del material, que puede deberse a la degradación de las propiedades mecánicas del tejido, a la aplicación de una carga excesiva o la concentración de tensiones que tiene lugar en traumatizaciones de la íntima. Un modelo que busque reproducir este comportamiento biomecánico debe incorporar además la información histológica de las paredes arteriales, formadas en una primera aproximación por una matriz acuosa incompresible y dos familias de fibras dispuestas helicoidalmente. De entre los modelos mecánicos existentes cabe destacar los modelos de daño, que con un conjunto pequeño de parámetros son capaces de reproducir la degradación de la capacidad resistente tanto en la matriz como en las fibras. Esta simplicidad convierte a esta clase de modelos en una herramienta muy útil para estudiar este fenómeno. En este trabajo se presenta un estudio para un modelo de daño de los parámetros que lo definen, asociados a la imposición de la incompresibilidad de la matriz acuosa y a las evoluciones del daño en dicha matriz y en las dos familias de fibras. Se incluye una revisión de las técnicas existentes para imponer la incompresibilidad, un resumen bibliográfico de la caracterización experimental de los parámetros materiales y un análisis de su influencia en el comportamiento estructural de la aorta, analizada mediante ensayos de tracción

Desarrollo en la definición geométrica y en el modelado de la degradación mecánica de las paredes arteriales en el cayado aórtico

Desarrollo de técnicas para la reconstrucción de imágenes médicas y mallas de elementos finitos. Desarrollo de modelos de comportamiento mecánico para reproducir la degradación de la capacidad portante en la pared arterial.

A robust numerical framework for the analysis of material failure of fibre reinforced soft tissue

In this work, robustness and stability of continuum damage models applied to material failure in soft tissues are addressed. In the implicit damage models equipped with softening, the presence of negative eigenvalues in the tangent elemental matrix degrades the condition number of the global matrix, leading to a reduction of the computational performance of the numerical model. Two strategies have been adapted from literature to improve the aforementioned computational performance degradation: the IMPL-EX integration scheme [Oliver,2006], which renders the elemental matrix contribution definite positive, and arclength-type continuation methods [Carrera,1994], which allow to capture the unstable softening branch in brittle ruptures. The IMPL-EX integration scheme has as a major drawback the need to use small time steps to keep numerical error below an acceptable value. A convergence study, limiting the maximum allowed increment of internal variables in the damage model, is presented. Finally, numerical simulation of failure problems with fibre reinforced materials illustrates the performance of the adopted methodology.

Experiencias en España sobre el comportamiento de sistemas de pisos prefabricados a lo largo de más de 40 años

No es fácil transmitir en unas pocas páginas la importancia que los prefabricados de hormigón han alcanzado en España. La presencia de estos elementos es constante en cualquier campo, desde la edificación, en la que nos centraremos en adelante, hasta la obra civil (puentes, muros de contención de tierras -fotografía n° 1-), las obras hidráulicas (tuberías, arquetas, ...), marítimas, etc. También abarca desde los sectores tradicionales, como los propios puentes o las naves industriales, a los más novedosos como los aerogeneradores que muestra la fotografía n° 2 y desde los elementos de mayor importancia estructura! a los puramente arquitectónicos, sin ninguna participación resistente (paneles de fachada, mobiliario urbano, etc.) Con todo, quizás el éxito más notable de los prefabricados no haya sido tanto la difusión alcanzada como la permanencia conseguida a lo largo de los años. Hablamos, como se describirá mas adelante, de un siglo de presencia en un mundo en continua evolución, años en las que el sector ha atravesado crisis muy graves (la actual no es la menos importante) a las cuales ha sabido adaptarse

Influencia de la relación tensión-deslizamiento en el comportamiento de la interfase FRP-Hormigón

En el presente trabajo se han analizado los modelos tensión-deslizamiento más divulgados para estudiar las tensiones en la interfase FRP-Hormigón y la carga máxima mediante su irapíementación en una de las principales técnicas de cálculo numérico fácilmente programable y aplicable para el caso en el que se tiene tracción en ambos extremos de la banda FRP. Los resultados se comparan con las soluciones analíticas encontradas en la literatura, las cuales están limitadas a los casos de una función tensión-deslizamiento lineal y bilineal. Finalmente, se contrasta la teoría con los resultados experimentales obtenidos de ensayos de tipología análoga al método beamtest empleado comúnmente para medir la adherencia de barras de acero.

Análisis de los criterios de construcción y diseño para minimizar el riesgo de figuración de particiones interiores por excesiva deformabilidad de la estructura horizontal

La Cátedra de Edificación de la Universidad Politécnica de Madrid, en colaboración con el instituto Técnico de Materiales y Construcciones (iNTEMAC), está llevando a cabo una investigación sobre las distintas variables que pueden influir en ia aparición de fisuras en tabiques y cerramientos de edificios con estructura de hormigón armado debido a la flecha vertical de la estructura horizontal, problema que aún no ha sido resuelto de forma totalmente satisfactoria con los criterios de las normativas, en particular las vigentes en España. De un primer análisis de de los casos analizados se deduce la importante influencia de otras variables no contempladas por la normativa en la aparición de daños y en la intensidad de estos. En la presente comunicación se exponen los principales resultados obtenidos en dichos análisis