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

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

1950 En torno al Museo Louisiana 1970

La tesis “1950 En torno al Museo Louisiana 1970” analiza varias obras relacionadas con el espacio doméstico, que se realizaron entre 1950 y 1970 en Dinamarca, un periodo de esplendor de la Arquitectura Moderna. Tras el aislamiento y restricciones del conflicto bélico que asoló Europa, los jóvenes arquitectos daneses, estaban deseosos por experimentar nuevas ideas de procedencia internacional, favorecidos por diferentes circunstancias, encuentran el mejor campo de ensayo en el espacio doméstico. La mejor arquitectura doméstica en Dinamarca, de aquel periodo, debe entenderse como un sistema compuesto por diferentes autores, que tienen en común muchas más similitudes que diferencias, se complementan unos a otros. Para la comprensión y el entendimiento de ello se hace necesario el estudio de varias figuras y edificios, que completen este sistema cuya investigación está escasamente desarrollada. La tesis propone un viaje para conocer los nombres de algunos de sus protagonistas, que mostraron con su trabajo, que tradición y vanguardia no estarán reñidas. El objetivo es desvelar las claves de la Modernidad Danesa, reconocer, descubrir y recuperar el legado de algunos de sus protagonistas en el ámbito doméstico, cuya lección se considera de total actualidad. Una arquitectura que asume las aportaciones extranjeras con moderación y crítica, cuya íntima relación con la tradición arquitectónica y la artesanía propias, será una de sus notas especiales. Del estudio contrastado de varios proyectos y versiones, se obtienen valores comunes entre sus autores, al igual que se descubren sus afinidades o diferencias respecto a los mismos asuntos; que permitirán comprender sus actuaciones según las referencias e influencias, y definir las variables que configuran sus espacios arquitectónicos. La línea de conexión entre los edificios elegidos será su particular relación con la naturaleza y el lugar en que se integran. La fachada, lugar donde se negociará la relación entre el interior y el paisaje, será un elemento entendido de un modo diferente en cada uno de ellos, una relación que se extenderá en todas ellas, más allá de su perímetro. La investigación se ha estructurado en seis capítulos, que van precedidos de una Introducción. En el capítulo primero, se estudian y se señalan los antecedentes, las figuras y edificios más relevantes de la Tradición Danesa, para la comprensión y el esclarecimiento de algunas de las claves de su Modernidad en el campo de la Arquitectura, que se produce con una clara intención de encontrar su propia identidad y expresión. Esta Modernidad floreciente se caracteriza por la asimilación de otras culturas extranjeras desde la moderación, con un punto de vista crítico, y encuentra sus raíces ancladas a la tradición arquitectónica y la artesanía propia, que fragua en la aparición de un ideal común con enorme personalidad y que hoy se valora como una auténtica aportación de una cultura considerada entonces periférica. Se mostrará el debate y el camino seguido por las generaciones anteriores, a las obras análizadas. Las sensibilidades por lo vernáculo y lo clásico, que aparentemente son contradictorias, dominaran el debate con la misma veracidad y respetabilidad. La llamada tercera generación por Sigfried Giedion reanudará la práctica entre lo clásico y lo vernáculo, apoyados en el espíritu del trabajo artesanal y de la tradición, con el objetivo de conocer del acto arquitectónico su “la verdad” y “la esencia original”. El capítulo segundo, analiza la casa Varming, de 1953, situada en un área residencial de Gentofte, por Eva y Nils Koppel, que reinterpreta la visión de Asplund de un paisaje interior continuación del exterior, donde rompen la caja de ladrillo macizo convencional propia de los años 30. Es el ejemplo más poderoso de la unión de tradición e innovación en su obra residencial. Sus formas sobrias entre el Funcionalismo Danés y la Modernidad se singularizarán por su abstracción y volúmenes limpios que acentúan el efecto de su geometría, prismática y brutalista. El desplazamiento de los cuerpos que lo componen, unos sobre otros, generan un ritmo, que se producirá a otras escalas, ello unido a las variaciones de sus formas y a la elección de sus materiales, ladrillo y madera, le confieren a la casa un carácter orgánico. El edificio se ancla a la tierra resolviéndose en diferentes niveles tras el estudio del lugar y su topografía. El resultado es una versión construida del paisaje, en la cual el edificio da forma al lugar y ensalza la experiencia del escenario natural. La unidad de las estructuras primitivas, parece estar presente. Constituye un ejemplo de la “La idea de Promenade de Asplund”, el proyecto ofrece diferentes recorridos, permitiendo su propia vivencia de la casa, que ofrece la posibilidad vital de decidir. El capítulo tercero trata sobre el pabellón de invitados de Niels Bohr de 1957, situado un área boscosa, en Tisvilde Hegn, fue el primer edificio del arquitecto danés Vilhelm Wohlert. Arraigado a la Tradición Danesa, representa una renovación basada en la absorción de influencias extranjeras: la Arquitectura Americana y la Tradición Japonesa. La caja de madera, posada sobre un terreno horizontal, tiene el carácter sensible de un organismo vivo, siempre cambiante según las variaciones de luz del día o temperatura. Cuando se abre, crea una prolongación del espacio interior, que se extiende a la naturaleza circundante, y se expande hacia el espacio exterior, permitiendo su movilización. Se establece una arquitectura de flujos. Hay un interés por la materia, su textura y el efecto emocional que emana. Las proporciones y dimensiones del edificio están reguladas por un módulo, que se ajusta a la medida del hombre, destacando la gran unidad del edificio. La llave se su efecto estético está en su armonía y equilibrio, que transmiten serenidad y belleza. El encuentro con la naturaleza es la lección más básica del proyecto, donde un mundo de relaciones es amable al ser humano. El capítulo cuarto, analiza el proyecto del Museo Louisiana de 1958, en Humlebæk, primer proyecto de la pareja de arquitectos daneses Jørgen Bo y Vilhelm Wohlert. La experiencia en California de Wohlert donde será visitado por Bo, será trascendental para el desarrollo de Louisiana, donde la identidad Danesa se fusiona con la asimilación de otras culturas, la arquitectura de Frank Lloyd Wright, la del área de la Bahía y la Tradición Japonesa principalmente. La idea del proyecto es la de una obra de arte integral: arquitectura, arte y paisaje, coexistirían en un mismo lugar. Diferentes recursos realzarán su carácter residencial, como el uso de los materiales propios de un entorno doméstico, la realización a la escala del hombre, el modo de usar la iluminación. Cubiertas planas que muestran su artificialidad, parecen flotar sobre galerías acristaladas, acentuarán la fuerza del plano horizontal y establecerán un recorrido en zig-zag de marcado ritmo acompasado. Ritmo que tiene que ver con la encarnación del pulso de la naturaleza, que se acompaña de juegos de luz, y de otras vibraciones materiales a diferentes escalas, imagen, que encuentra una analogía semejante en la cultura japonesa. Todo se coordina con la trama estructural, que conlleva a una construcción y proporción disciplinada. Louisiana atiende al principio de crecimiento de la naturaleza, con la que su conexión es profunda. Hay un dinamismo expresado por el despliegue del edificio, que evoca a algunos proyectos de la Tradición Japonesa. Los blancos muros tienen su propia identidad como formas en sí mismas, avanzan prolongándose fuera de la línea del vidrio, se mueven libremente siguiendo el orden estructural, acompañando al espacio que fluye, en contacto directo con la naturaleza que está en un continuo estado de flujos. Se da todo un mundo de relaciones, donde existe un dialogo entre el paisaje, arte y arquitectura. El capítulo quinto, se dedica a analizar la segunda casa del arquitecto danés Halldor Gunnløgsson, de 1959. Evoca a la Arquitectura Japonesa y Americana, pero es principalmente resultado de una fuerte voluntad y disciplina artística personal. La cubierta, plana, suspendida sobre una gran plataforma pavimentada, que continúa la sección del terreno construyendo de lugar, tiene una gran presencia y arroja una profunda sombra bajo ella. En el interior un espacio único, que se puede dividir eventualmente, discurre en torno a un cuerpo central. El espacio libre fluye, extendiéndose a través de la transparencia de sus ventanales a dos espacios contrapuestos: un patio ajardinado íntimo, que inspira calma y sosiego; y la naturaleza salvaje del mar que proyecta el color del cielo, ambos en constante estado de cambio. El proyecto se elabora de un modo rigurosamente formal, existiendo al mismo tiempo un perfecto equilibrio entre la abstracción de su estructura y su programa. La estructura de madera cuyo orden se extiende más allá de los límites de su perímetro, está formada por pórticos completos como elementos libres, queda expuesta, guardando una estrecha relación con el concepto de modernidad de Mies, equivalente a la arquitectura clásica. La preocupación por el efecto estético es máxima, nada es improvisado. Pero además la combinación de materiales y el juego de las texturas hay una cualidad táctil, cierto erotismo, que flota alrededor de ella. La precisión constructiva y su refinamiento se acercan a Mies. La experiencia del espacio arquitectónico es una vivencia global. La influencia de la arquitectura japonesa, es más conceptual que formal, revelada en un respeto por la naturaleza, la búsqueda del refinamiento a través de la moderación, la eliminación de los objetos innecesarios que distraen de la experiencia del lugar y la preocupación por la luz y la sombra, donde se establece cierto paralelismo con el oscuro mundo del invierno nórdico. Hay un entendimiento de que el espacio, en lugar de ser un objeto inmaterial definido por superficies materiales se entiende como interacciones dinámicas. El capítulo sexto. Propone un viaje para conocer algunas de las viviendas unifamiliares más interesantes que se construyeron en el periodo, que forman parte del sistema investigado. Del estudio comparado y orientado en varios temas, se obtienen diversa conclusiones propias del sistema estudiado. La maestría de la sustancia y la forma será una característica distintiva en Dinamarca, se demuestra que hay un acercamiento a la cultura de Oriente, conceptual y formal, y unos intereses comunes con cierta arquitectura Americana. Su lección nos sensibiliza hacia un sentido fortalecido de proporción, escala, materialidad, textura y peso, densidad del espacio, se valora lo táctil y lo visual, hay una sensibilidad hacia la naturaleza, hacia lo humano, hacia el paisaje, la integridad de la obra. ABSTRACT The thesis “1950 around the Louisiana Museum 1970” analyses several works related to domestic space, which were carried out between 1950 and 1970 in Denmark, a golden age of modern architecture. After the isolation and limitations brought about by the war that blighted Europe, young Danish architects were keen to experiment with ideas of an international origin, encouraged by different circumstances. They find the best field of rehearsal to be the domestic space. The best architecture of that period in Denmark should be understood as a system composed of different authors, who have in common with each other many more similarities than differences, thus complimenting each other. In the interests of understanding, the study of a range of figures and buildings is necessary so that this system, the research of which is still in its infancy, can be completed. The thesis proposes a journey of discovery through the names of some of those protagonists who were showcased through their work so that tradition and avant- garde could go hand in hand. The objective is to unveil the keys to Danish Modernity; to recognise, discover and revive the legacy of some of its protagonists in the domestic field whose lessons are seen as entirely of the present. For an architect, the taking on of modern contributions with both moderation and caution, with its intimate relationship with architectural tradition and its own craft, will be one of his hallmarks. With the study set against several projects and versions, one can derive common values among their authors. In the same way their affinities and differences in respect of the same issue emerge. This will allow an understanding of their measures in line with references and influences and enable the defining of the variables of their architectural spaces. The common line between the buildings selected will be their particular relationship with nature and the space with which they integrate. The façade, the place where the relationship between the interior and the landscape would be negotiated, wouldl be the discriminating element in a distinct way for each one of them. It is through each of these facades that this relationship would extend, and far beyond their physical perimeter. The investigation has been structured into six chapters, preceded by an introduction. The first chapter outlines and analyses the backgrounds, figures and buildings most relevant to the Danish Tradition. This is to facilitate the understanding and elucidation of some of the keys to its modernity in the field of architecture, which came about with the clear intention to discover its own identity and expression. This thriving modernity is characterized by its moderate assimilation with foreign cultures with a critical eye, and finds its roots anchored in architectural tradition and its own handcraft. It is forged in the emergence of a common ideal of enormous personality which today has come to be valued as an authentic contribution to the sphere from a culture that was formerly seen as on the peripheries. What will be demonstrated is the path taken by previous generations to these works and the debate that surrounds them. The sensibilities for both the vernacular and the classic, which at first glance may seem contradictory, will dominate the debate with the same veracity and respectability. The so-called third generation of Sigfried Giedion will revive the process between the classic and the vernacular, supported in spirit by the handcraft work and by tradition, with the objective of discovering the “truth” and the “original essence” of the architectural act. The second chapter analyzes the Varming house, built by Eva and Nils Koppel 1953, which is situated in a residential area of Gentofte. This reinterprets Asplund’s vision of an interior landscape extending to the exterior, where we see a break with the conventional sturdy brick shell of the 1930s. It is the most powerful example of the union of tradition and innovation in his their residential work. Their sober forms caught between Danish Functionalism and modernity are characterized by their abstraction and clean shapes which accentuate their prismatic and brutal geometry, The displacement of the parts of which they are composed, one over the other, generate a rhythm. This is produced to varying scales and is closely linked to its forms and the selection of materials – brick and wood – that confer an organic character to the house. The building is anchored to the earth, finding solution at different levels through the study of place and topography. The result is an adaption constructed out of the landscape, in which the building gives form to the place and celebrates the experience of the natural setting. The unity of primitive structures appears to be present. It constitutes an example of “Asplund’s Promenade Idea”. Different routes of exploration within are available to the visitor, allowing for one’s own personal experience of the house, allowing in turn for the vital chance to decide. The third chapter deals with Niels Bohr’s guest pavilion. Built in 1957, it is situated in a wooded area of Tisvilde Hegn and was the architect Vilhelm Wohlert’s first building. Rooted in the Danish Tradition, it represents a renewal based on the absorption of foreign influences: American architecture and the Japanese tradition. The wooden box, perched atop a horizontal terrain, possesses the sensitive character of the living organism, ever-changing in accordance with the variations in daylight and temperature. When opened up, it creates an elongation of the interior space which extends into the surrounding nature and it expands towards the exterior space, allowing for its mobilisation. It establishes an architecture of flux. There is interest in the material, its texture and the emotional effect it inspires. The building’s proportions and dimensions are regulated by a module, which is adjusted by hand, bringing out the great unity of the building. The key to its aesthetic effect is its harmony and equilibrium, which convey serenity and beauty. The meeting with nature is the most fundamental lesson of the project, where a world of relationships softens the personality of the human being. The fourth chapter analyzes the Louisiana Museum project of 1958 in 1958. It was the first project of the Danish architects Jørgen Bo and Vilhelm Wohlert. Wohlert’s experience in California where he was visited by Bo would be essential to the development of Louisiana, where the Danish identity is fused in assimilation with other cultures, the architecture of Frank Lloyd Wright, that of the Bahía area and principally the Japanese tradition. The idea of the project was for an integrated work of art: architecture, art and landscape, which would coexist in the same space. A range of different resources would realize the residential character, such as the use of materials taken from a domestic environment, the attainment of human scale and the manner in which light was used. Flat roof plans that show their artificiality and appear to float over glassed galleries. They accentuate the strength of the horizontal plan and establish a zigzag route of marked and measured rhythm. It is a rhythm that has to do with the incarnation of nature’s pulse, which is accompanied with plays of light, as well as material vibrations of different scales, imagery which uncovers a parallel analogy with Japanese culture. Everything is coordinated along a structural frame, which involves a disciplined construction and proportion. Louisiana cherishes nature’s principle of growth, to which its connection is profound. Here is a dynamism expressed through the disposition of the building, which evokes in some projects the Japanese tradition. The white walls possess their own identity as forms in their own right. They advance, extending beyond the line of glass, moving freely along the structural line, accompanying a space that flows and in direct contact with nature that is itself in a constant state of flux. It creates a world of relationships, where dialogue exists between the landscape, art and architecture. The fifth chapter is dedicated to analyzing the Danish architect Halldor Gunnløgsson’s second house, built in 1959. It evokes both Japanese and American architecture but is principally the result of a strong will and personal artistic discipline. The flat roof suspended above a large paved platform – itself continuing the constructed terrain of the place – has great presence and casts a heavy shadow beneath. In the interior, a single space, which can at length be divided and which flows around a central space. The space flows freely, extending through the transparency of its windows which give out onto two contrasting locations: an intimate garden patio, inspiring calm and tranquillity, and the wild nature of the sea which projects the colour of sky, both in a constant state of change. The project is realized in a rigorously formal manner. A perfect balance exists between the abstraction of his structure and his project. The wooden structure, whose order extends beyond the limits of its perimeter, is formed of complete porticos of free elements. It remains exposed, maintaining a close relationship with Mies’ concept of modernity, analogous to classical architecture. The preoccupation with the aesthetic effect is paramount and nothing is improvised. But in addition to this - the combination of materials and the play of textures - there is a tactile quality, a certain eroticism, which lingers all about. The constructive precision and its refinement are close to Mies. The experience of the architectural space is universal. The influence of Japanese architecture, more conceptual than formal, is revealed in a respect for nature. It can be seen in the search for refinement through moderation, the elimination of the superfluous object that distract from the experience of place and the preoccupation with light and shade, where a certain parallel with the dark world of the Nordic winter is established. There is an understanding that space, rather than being an immaterial object defined by material surfaces, extends instead as dynamic interactions. The sixth chapter. This proposes a journey to discover some of the unfamiliar residences of most interest which were constructed in the period, and which form part of the system being investigated. Through the study of comparison and one which is geared towards various themes, diverse conclusions are drawn regarding the system being researched. The expertise in substance and form will be a distinctive characteristic in Denmark, demonstrating an approach to the culture of the Orient, both conceptual and formal, and some common interests in certain American architecture. Its teachings sensitize us to a strengthened sense of proportion, scale, materiality, texture and weight and density of space. It values both the tactile and the visual. There is a sensitivity to nature, to the human, to the landscape and to the integrity of the work.

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

En los últimos años, podemos darnos cuenta de la importancia que tienen las nuevas aplicaciones de vidrio especialmente en edificios turísticos donde el vértigo juega un papel importante en la visita. Sin embargo los sistemas constructivos no tienen un especial interés porque el vidrio laminado está siempre soportado por otro elemento de acero o incluso vidrio en forma de retícula. En la presente tesis voy a desarrollar una nueva solución de elemento autoportante de vidrio de gran tamaño haciendo seguro el uso del elemento para andar en el aire. El sueño de muchos arquitectos ha sido diseñar un edificio completamente transparente y a mí me gustaría contribuir a este sueño 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 más transparente y esbelto posible para el uso de pasarelas en vestíbulos de edificios. Las referencias construidas son bien conocidas, pero por otro lado Universidades europeas estudian continua estudiando el comportamiento del vidrio con diferentes láminas, adhesivos, apilados, insertos, sistemas de laminado, pretensado, pandeo lateral, seguridad post-rotura y muchos más aspectos necesarios. La metodología llevada a cabo en esta tesis ha sido primeramente diseñar un elemento industrial prefabricado horizontal de vidrio teniendo en cuenta todos los conceptos aprendidos en el estado del arte y la investigación para poder predimensionar el elemento. El siguiente paso será verificar el modelo por medio de cálculo analítico, simulación de elementos finitos y ensayos físicos. Para realizar los ensayos hay un paso intermedio teniendo que cambiar la hipótesis de carga uniforme a carga puntal para realizar el ensayo de flexión a 4 puntos normalizado y además cambiar a escala 1:2 para adaptarse al espacio de ensayo y ser viable económicamente. Finalmente compararé los resultados de tensión y deformación obtenidos por los tres métodos para extraer conclusiones. Sin embargo el problema de la seguridad no ha concluido, tendré que demostrar que el sistema es seguro después de que se produzca la rotura y para ello sólo dispongo de los ensayos como medio de demostración. El diseño es el resultado de la evolución de una viga tipo “I”; cuando es pretensada para obtener más resistencia, aparece el problema de pandeo lateral y éste es solucionado con una viga con sección en “T” cuya unión es resuelta con un cajeado longitudinal en la parte inferior del elemento horizontal. Las alas de éste crecen para recoger las cargas superficiales creando a su vez un punto débil en la unión que a su vez se soluciona duplicando la sección “TT” y haciendo trabajar dicho tablero de forma tan óptima como una viga continua. Dicha sección en vidrio como un único elemento pretensado es algo inédito. Además he diseñado unas escuadras metálicas en los extremos de los nervios como apoyo y placa de pretensión, así 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 deformación por peso propio. Realizados los cambios geométricos de escala y las simplificaciones en el laminado y el adhesivo se programan la extracción de resultados desde 3 estadios diferentes: Sin pretensión y con pretensión de 750 Kg y de 1000Kg en cada nervio. Por cada estadio y por cada uno de los métodos, cálculo, simulación y ensayos, se extraen los datos de deformación y tensión en el punto medio de un nervio con el objetivo de hacer una comparación de resultados para obtener unas conclusiones, siempre en el campo de la elasticidad. Posteriormente incrementaré la carga hasta el momento de la rotura de la placa y después hasta el colapso teniendo en cuenta el tiempo y demostrando una rotura segura. El vidrio no tendrá un comportamiento plástico pero habrá sido controlado su comportamiento frágil manteniendo una carga y una deformación 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 “π” 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.

New methods for the synthesis of radiation patterns of coupled antenna arrays = Nuevos métodos de síntesis de diagramas de radiación de agrupaciones de antenas acopladas

El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo de métodos de síntesis de diagramas de radiación de agrupaciones de antenas, en donde se realiza una caracterización electromagnética rigurosa de los elementos radiantes y de los acoplos mutuos existentes. Esta caracterización no se realiza habitualmente en la gran mayoría de métodos de síntesis encontrados en la literatura, debido fundamentalmente a dos razones. Por un lado, se considera que el diagrama de radiación de un array de antenas se puede aproximar con el factor de array que únicamente tiene en cuenta la posición de los elementos y las excitaciones aplicadas a los mismos. Sin embargo, como se mostrará en esta tesis, en múltiples ocasiones un riguroso análisis de los elementos radiantes y del acoplo mutuo entre ellos es importante ya que los resultados obtenidos pueden ser notablemente diferentes. Por otro lado, no es sencillo combinar un método de análisis electromagnético con un proceso de síntesis de diagramas de radiación. Los métodos de análisis de agrupaciones de antenas suelen ser costosos computacionalmente, ya que son estructuras grandes en términos de longitudes de onda. Generalmente, un diseño de un problema electromagnético suele comprender varios análisis de la estructura, dependiendo de las variaciones de las características, lo que hace este proceso muy costoso. Dos métodos se utilizan en esta tesis para el análisis de los arrays acoplados. Ambos están basados en el método de los elementos finitos, la descomposición de dominio y el análisis modal para analizar la estructura radiante y han sido desarrollados en el grupo de investigación donde se engloba esta tesis. El primero de ellos es una técnica de análisis de arrays finitos basado en la aproximación de array infinito. Su uso es indicado para arrays planos de grandes dimensiones con elementos equiespaciados. El segundo caracteriza el array y el acoplo mutuo entre elementos a partir de una expansión en modos esféricos del campo radiado por cada uno de los elementos. Este método calcula los acoplos entre los diferentes elementos del array usando las propiedades de traslación y rotación de los modos esféricos. Es capaz de analizar agrupaciones de elementos distribuidos de forma arbitraria. Ambas técnicas utilizan una formulación matricial que caracteriza de forma rigurosa el campo radiado por el array. Esto las hace muy apropiadas para su posterior uso en una herramienta de diseño, como los métodos de síntesis desarrollados en esta tesis. Los resultados obtenidos por estas técnicas de síntesis, que incluyen métodos rigurosos de análisis, son consecuentemente más precisos. La síntesis de arrays consiste en modificar uno o varios parámetros de las agrupaciones de antenas buscando unas determinadas especificaciones de las características de radiación. Los parámetros utilizados como variables de optimización pueden ser varios. Los más utilizados son las excitaciones aplicadas a los elementos, pero también es posible modificar otros parámetros de diseño como son las posiciones de los elementos o las rotaciones de estos. Los objetivos de las síntesis pueden ser dirigir el haz o haces en una determinada dirección o conformar el haz con formas arbitrarias. Además, es posible minimizar el nivel de los lóbulos secundarios o del rizado en las regiones deseadas, imponer nulos que evitan posibles interferencias o reducir el nivel de la componente contrapolar. El método para el análisis de arrays finitos basado en la aproximación de array infinito considera un array finito como un array infinito con un número finito de elementos excitados. Los elementos no excitados están físicamente presentes y pueden presentar tres diferentes terminaciones, corto-circuito, circuito abierto y adaptados. Cada una de estas terminaciones simulará mejor el entorno real en el que el array se encuentre. Este método de análisis se integra en la tesis con dos métodos diferentes de síntesis de diagramas de radiación. En el primero de ellos se presenta un método basado en programación lineal en donde es posible dirigir el haz o haces, en la dirección deseada, además de ejercer un control sobre los lóbulos secundarios o imponer nulos. Este método es muy eficiente y obtiene soluciones óptimas. El mismo método de análisis es también aplicado a un método de conformación de haz, en donde un problema originalmente no convexo (y de difícil solución) es transformado en un problema convexo imponiendo restricciones de simetría, resolviendo de este modo eficientemente un problema complejo. Con este método es posible diseñar diagramas de radiación con haces de forma arbitraria, ejerciendo un control en el rizado del lóbulo principal, así como en el nivel de los lóbulos secundarios. El método de análisis de arrays basado en la expansión en modos esféricos se integra en la tesis con tres técnicas de síntesis de diagramas de radiación. Se propone inicialmente una síntesis de conformación del haz basado en el método de la recuperación de fase resuelta de forma iterativa mediante métodos convexos, en donde relajando las restricciones del problema original se consiguen unas soluciones cercanas a las óptimas de manera eficiente. Dos métodos de síntesis se han propuesto, donde las variables de optimización son las posiciones y las rotaciones de los elementos respectivamente. Se define una función de coste basada en la intensidad de radiación, la cual es minimizada de forma iterativa con el método del gradiente. Ambos métodos reducen el nivel de los lóbulos secundarios minimizando una función de coste. El gradiente de la función de coste es obtenido en términos de la variable de optimización en cada método. Esta función de coste está formada por la expresión rigurosa de la intensidad de radiación y por una función de peso definida por el usuario para imponer prioridades sobre las diferentes regiones de radiación, si así se desea. Por último, se presenta un método en el cual, mediante técnicas de programación entera, se buscan las fases discretas que generan un diagrama de radiación lo más cercano posible al deseado. Con este método se obtienen diseños que minimizan el coste de fabricación. En cada uno de las diferentes técnicas propuestas en la tesis, se presentan resultados con elementos reales que muestran las capacidades y posibilidades que los métodos ofrecen. Se comparan los resultados con otros métodos disponibles en la literatura. Se muestra la importancia de tener en cuenta los diagramas de los elementos reales y los acoplos mutuos en el proceso de síntesis y se comparan los resultados obtenidos con herramientas de software comerciales. ABSTRACT The main objective of this thesis is the development of optimization methods for the radiation pattern synthesis of array antennas in which a rigorous electromagnetic characterization of the radiators and the mutual coupling between them is performed. The electromagnetic characterization is usually overlooked in most of the available synthesis methods in the literature, this is mainly due to two reasons. On the one hand, it is argued that the radiation pattern of an array is mainly influenced by the array factor and that the mutual coupling plays a minor role. As it is shown in this thesis, the mutual coupling and the rigorous characterization of the array antenna influences significantly in the array performance and its computation leads to differences in the results obtained. On the other hand, it is difficult to introduce an analysis procedure into a synthesis technique. The analysis of array antennas is generally expensive computationally as the structure to analyze is large in terms of wavelengths. A synthesis method requires to carry out a large number of analysis, this makes the synthesis problem very expensive computationally or intractable in some cases. Two methods have been used in this thesis for the analysis of coupled antenna arrays, both of them have been developed in the research group in which this thesis is involved. They are based on the finite element method (FEM), the domain decomposition and the modal analysis. The first one obtains a finite array characterization with the results obtained from the infinite array approach. It is specially indicated for the analysis of large arrays with equispaced elements. The second one characterizes the array elements and the mutual coupling between them with a spherical wave expansion of the radiated field by each element. The mutual coupling is computed using the properties of translation and rotation of spherical waves. This method is able to analyze arrays with elements placed on an arbitrary distribution. Both techniques provide a matrix formulation that makes them very suitable for being integrated in synthesis techniques, the results obtained from these synthesis methods will be very accurate. The array synthesis stands for the modification of one or several array parameters looking for some desired specifications of the radiation pattern. The array parameters used as optimization variables are usually the excitation weights applied to the array elements, but some other array characteristics can be used as well, such as the array elements positions or rotations. The desired specifications may be to steer the beam towards any specific direction or to generate shaped beams with arbitrary geometry. Further characteristics can be handled as well, such as minimize the side lobe level in some other radiating regions, to minimize the ripple of the shaped beam, to take control over the cross-polar component or to impose nulls on the radiation pattern to avoid possible interferences from specific directions. The analysis method based on the infinite array approach considers an infinite array with a finite number of excited elements. The infinite non-excited elements are physically present and may have three different terminations, short-circuit, open circuit and match terminated. Each of this terminations is a better simulation for the real environment of the array. This method is used in this thesis for the development of two synthesis methods. In the first one, a multi-objective radiation pattern synthesis is presented, in which it is possible to steer the beam or beams in desired directions, minimizing the side lobe level and with the possibility of imposing nulls in the radiation pattern. This method is very efficient and obtains optimal solutions as it is based on convex programming. The same analysis method is used in a shaped beam technique in which an originally non-convex problem is transformed into a convex one applying symmetry restrictions, thus solving a complex problem in an efficient way. This method allows the synthesis of shaped beam radiation patterns controlling the ripple in the mainlobe and the side lobe level. The analysis method based on the spherical wave expansion is applied for different synthesis techniques of the radiation pattern of coupled arrays. A shaped beam synthesis is presented, in which a convex formulation is proposed based on the phase retrieval method. In this technique, an originally non-convex problem is solved using a relaxation and solving a convex problems iteratively. Two methods are proposed based on the gradient method. A cost function is defined involving the radiation intensity of the coupled array and a weighting function that provides more degrees of freedom to the designer. The gradient of the cost function is computed with respect to the positions in one of them and the rotations of the elements in the second one. The elements are moved or rotated iteratively following the results of the gradient. A highly non-convex problem is solved very efficiently, obtaining very good results that are dependent on the starting point. Finally, an optimization method is presented where discrete digital phases are synthesized providing a radiation pattern as close as possible to the desired one. The problem is solved using linear integer programming procedures obtaining array designs that greatly reduce the fabrication costs. Results are provided for every method showing the capabilities that the above mentioned methods offer. The results obtained are compared with available methods in the literature. The importance of introducing a rigorous analysis into the synthesis method is emphasized and the results obtained are compared with a commercial software, showing good agreement.

Validación de sistemas constructivos de los cerramientos de la edificación mediante la aplicación de los métodos de decisión multicriterio : aplicación al catálogo de elementos constructivos del Código Técnico de la Edificación

Como punto de partida para el desarrollo de la Tesis, se mantiene la hipótesis de que es posible establecer métodos de evaluación global sobre el grado de utilidad de los sistemas constructivos correspondientes a los cerramientos de la edificación. Tales métodos habrían de posibilitar, de entre una serie finita de sistemas alternativos, cuáles de ellos son los objetivamente más adecuados para su selección en un entorno de decisión concreto, y habrían de permitir fundamentar la justificación objetiva de tal decisión. Paralelamente a esta hipótesis de carácter general, se planteó desde el inicio la necesidad de comprobación de una hipótesis de partida particular según la cual los sistemas constructivos basados en la utilización de componentes prefabricados, o procesos de puesta en obra con un alto grado de industrialización arrojarían valores de utilidad mayores que los sistemas tradicionales basados en la albañilería. Para la verificación de estas dos hipótesis de partida se ha procedido inicialmente a la selección de un conjunto coherente de doce sistemas de cerramientos de la edificación que pudiese servir como testigo de su diversidad potencial, para proceder a su valoración comparativa. El método de valoración propuesto ha entrado a considerar una serie de factores de diversa índole que no son reducibles a un único parámetro o magnitud que permitiese una valoración de tipo lineal sobre su idoneidad relativa, ni que permitiese establecer un grado de prelación entre los distintos sistemas constructivos alternativos de manera absoluta. Para resolver este tour de force o desafío metodológico se ha acudido a la aplicación de metodologías de valoración que nos permitiesen establecer de forma racional dicha comparativa. Nos referimos a una serie de metodologías provenientes en primera instancia de las ciencias exactas, que reciben la denominación de métodos de ayuda a la decisión multicriterio, y en concreto el denominado método ELECTRE. Inicialmente, se ha planteado la aplicación del método de análisis sobre doce sistemas constructivos seleccionados de tal forma que representasen de forma adecuada las tres categorías establecidas para caracterizar la totalidad de sistemas constructivos posibles; por peso, grado de prefabricación y grado de ventilación. Si bien la combinación de las tres categorías básicas anteriormente señaladas produce un total de 18 subcategorías conceptuales, tomamos finalmente doce subcategorías dado que consideramos que es un número operativo suficiente por extenso para el análisis propuesto y elimina tipos no relevantes. Aplicado el método propuesto, a estos doce sistemas constructivos “testigo”, se constata el mayor grado de utilidad de los sistemas prefabricados, pesados y no ventilados. Al hilo del análisis realizado en la Parte II de la Tesis sobre los doce sistemas constructivos “testigo”, se ha realizado un volcado de los sistemas constructivos incluidos en el Catalogo de Elementos Constructivos del CTE (versión 2010) sobre las dieciocho subcategorías definidas en dicha Parte II para caracterizar los sistemas constructivos “testigo”. Posteriormente, se ha procedido a una parametrización de la totalidad de sistemas constructivos para cerramientos de fachadas incluidos en este Catálogo. La parametrización sistemática realizada ha permitido establecer, mediante el cálculo del valor medio que adoptan los parámetros de los sistemas pertenecientes a una misma familia de las establecidas por el Catálogo, una caracterización comparativa del grado de utilidad de dichas familias, tanto en lo relativo a cada uno de los parámetros como en una valoración global de sus valores, de carácter indicativo. Una vez realizada una parametrización completa de la totalidad de sistemas constructivos incluidos en el Catálogo, se ha realizado una simulación de aplicación de la metodología de validación desarrollada en la Parte II de la presente Tesis, con el objeto de comprobar su adecuación al caso. En conclusión, el desarrollo de una herramienta de apoyo a la decisión multicriterio aplicada al Catálogo de Elementos constructivos del CTE se ha demostrado técnicamente viable y arroja resultados significativos. Se han diseñado dos sistemas constructivos mediante la aplicación de la herramienta desarrollada, uno de fachada no ventilada y otro de fachada ventilada. Comparados estos dos sistemas constructivos mejorados con otros sistemas constructivos analizados Se comprueba el alto grado de utilidad objetiva de los dos sistemas diseñados en relación con el resto. La realización de este ejercicio de diseño de un sistema constructivo específico, que responde a los requerimientos de un decisor concreto viene a demostrar, así pues, la utilidad del algoritmo propuesto en su aplicación a los procesos de diseño de los sistemas constructivos. La tesis incorpora dos innovaciones metodológicas y tres innovaciones instrumentales. ABSTRACT The starting point for the thesis is the hypothesis that it is possible to devise suitability degree evaluation methods of building enclosure systems. Such methods should allow optimizing appraisal, given a specific domain of decision, among a finite number of alternative systems, and provide objective justification of such decision. Along with the above mentioned general assumption, a second hypothesis whereby constructive systems based on the use of prefabricated components, or high industrialization degree work processes, would throw efficiency values higher than traditional masonry systems needed to be tested. In order to validate these two hypothesis a coherent set of twelve enclosure systems that could serve as a reference sample of their potential diversity was selected and a comparative evaluation was carried out. The valuation method proposed has considered several different factors that are neither reducible to a single parameter or magnitude that would allow a linear evaluation of their relative suitability nor allow to establishing an absolute priority ranking between different alternative constructive systems. In order to resolve this tour de force or methodological challenge, valuation methodologies that enable use establishing rational assessments were used. We are referring to a number of methodologies taken from the exact sciences field, usually known as aid methods for multi-criteria decision, in particular the so-called ELECTRE method. Even though the combination of the mentioned three basic categories result in eighteen conceptual sub categories, we are finally considering just twelve since we deem it adequately extended for the our intended purpose and eliminates non relevant instances. The method of analysis was initially applied to the set of twelve selected constructive systems is a way that they could represent adequately the three previously established categories set out to characterize all possible enclosure systems, namely weight, prefabrication degree and ventilation degree. Once the proposed method is applied to the sample systems, the higher efficiency of the prefabricated, heavy and not ventilated systems was confirmed. In line with the analysis in Part II of the thesis on the twelve chosen enclosure systems, it has done an uploading data of construction systems listed in the Catalogue of constructive elements of the CTE (version 2010) according the eighteen subcategories used in this part II to characterize the construction systems taken as sample. Subsequently, a parameterization of all enclosure facade systems included in this catalog has been undertaken. The systematic parameterization has allowed to set, by means of calculating the average values of the parameters of the systems belonging to the same family of those established by the Catalog, a comparative characterization of the efficiency degree of these families, both in relation to each parameter as to an overall evaluation of its values, in a indicative way. After the parameterization of all enclosure systems included in the Catalog, a simulation of validation methodology application developed in Part II of this Thesis has been made, in order to assess its consistency to the referred case. In conclusion, the development of a multi-criteria decision aid tool, applied to the CTE Catalog of constructive elements, has proved to be technically feasible and yields significant results. Two building systems through the application of the developed tool, a non-ventilated façade and a ventilated façade have been designed. Comparing these two improved construction systems with other building systems analyzed, we were able to assess the high degree of objective efficiency of the two systems designed in relation to the rest. The exercise of designing a specific enclosure system that meets the requirements of a particular decision-maker hence shows the suitability of the proposed algorithm applied to the process of enclosure systems design. This Thesis includes two methodological innovations and three instrumental innovations.

Two-dimensional isostatic meshes in the finite element method

In a Finite Element (FE) analysis of elastic solids several items are usually considered, namely, type and shape of the elements, number of nodes per element, node positions, FE mesh, total number of degrees of freedom (dot) among others. In this paper a method to improve a given FE mesh used for a particular analysis is described. For the improvement criterion different objective functions have been chosen (Total potential energy and Average quadratic error) and the number of nodes and dof's of the new mesh remain constant and equal to the initial FE mesh. In order to find the mesh producing the minimum of the selected objective function the steepest descent gradient technique has been applied as optimization algorithm. However this efficient technique has the drawback that demands a large computation power. Extensive application of this methodology to different 2-D elasticity problems leads to the conclusion that isometric isostatic meshes (ii-meshes) produce better results than the standard reasonably initial regular meshes used in practice. This conclusion seems to be independent on the objective function used for comparison. These ii-meshes are obtained by placing FE nodes along the isostatic lines, i.e. curves tangent at each point to the principal direction lines of the elastic problem to be solved and they should be regularly spaced in order to build regular elements. That means ii-meshes are usually obtained by iteration, i.e. with the initial FE mesh the elastic analysis is carried out. By using the obtained results of this analysis the net of isostatic lines can be drawn and in a first trial an ii-mesh can be built. This first ii-mesh can be improved, if it necessary, by analyzing again the problem and generate after the FE analysis the new and improved ii-mesh. Typically, after two first tentative ii-meshes it is sufficient to produce good FE results from the elastic analysis. Several example of this procedure are presented.

Kinetic equilibrium of forces and molecular events in muscle contraction

In biomolecular systems, the mechanical transfer of free energy occurs with both high efficiency and high speed. It is shown here that such a transfer can be achieved only if the participating free-energy-storing elements exhibit opposing relationships between their content of free energy and the force they exert in the transfer direction. A kinetic equilibrium of forces (KEF) results, in which the transfer of free energy is mediated essentially by thermal molecular motion. On the basis of present evidence, KEF is used as a guiding principle in developing a mechanical model of the crossbridge cycle in muscle contraction. The model allows the basic features of molecular events to be visualized in terms of plausible structures. Real understanding of the process will require identification of the elements that perform the functions described here. Besides chemomechanical energy transduction, KEF may have a role in other biomolecular processes in which free energy is transferred mechanically over large distances.

Methylation is not the main force repressing the retrotransposon MAGGY in Magnaporthe grisea

We have introduced the LTR-retrotransposon MAGGY into a naive genome of Magnaporthe grisea and estimated the copy number of MAGGY in a cell by serial isolation of fungal protoplasts at certain time intervals. The number of MAGGY elements rapidly increased for a short period following introduction. However, it did not increase geometrically and reached equilibrium at 20–30 copies per genome, indicating that MAGGY was repressed or silenced during proliferation. De novo methylation of MAGGY occurred immediately following invasion into the genome but the degree of methylation was constant and did not correlate with the repression of MAGGY. 5-Azacytidine treatment demethylated and transcriptionally activated the MAGGY element in regenerants but did not affect transpositional frequency, suggesting that post-transcriptional suppression, not methylation, is the main force that represses MAGGY proliferation in M.grisea. Support for this conclusion was also obtained by examining the methylation status of MAGGY sequences in field isolates of M.grisea with active or inactive MAGGY elements. Methylation of the MAGGY sequences was detected in some isolates but not in others. However, the methylation status did not correlate with the copy numbers and activity of the elements.

Electric-field-induced Schiff-base deprotonation in D85N mutant bacteriorhodopsin.

The application of an external electric field to dry films of Asp-85-->Asn mutant bacteriorhodopsin causes deprotonation of the Schiff base, resulting in a shift of the optical absorption maximum from 600 nm to 400 nm. This is in marked contrast to the case of wild-type bacteriorhodopsin films, in which electric fields produce a red-shifted product whose optical properties are similar to those of the acid-blue form of the protein. This difference is due to the much weaker binding of the Schiff-base proton in the mutant protein, as indicated by its low pK of approximately 9, as compared with the value pK approximately 13 in the wild type. Other bacteriorhodopsins with lowered Schiff-base pK values should also exhibit a field-induced shift in the protonation equilibrium of the Schiff base. We propose mechanisms to account for these observations.

Sample-to-sample fluctuations of the overlap distributions in the three-dimensional Edwards-Anderson spin glass

We study the sample-to-sample fluctuations of the overlap probability densities from large-scale equilibrium simulations of the three-dimensional Edwards-Anderson spin glass below the critical temperature. Ultrametricity, stochastic stability, and overlap equivalence impose constraints on the moments of the overlap probability densities that can be tested against numerical data. We found small deviations from the Ghirlanda Guerra predictions, which get smaller as system size increases. We also focus on the shape of the overlap distribution, comparing the numerical data to a mean-field-like prediction in which finite-size effects are taken into account by substituting delta functions with broad peaks.

Elastografia em imagens de ultrassom utilizando elementos de contorno.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para elastografia virtual em imagens simuladas de ultrassom utilizando métodos numéricos e métodos de visão computacional. O objetivo é estimar o módulo de elasticidade de diferentes tecidos tendo como entrada duas imagens da mesma seção transversal obtidas em instantes de tempo e pressões aplicadas diferentes. Esta metodologia consiste em calcular um campo de deslocamento das imagens com um método de fluxo óptico e aplicar um método iterativo para estimar os módulos de elasticidade (análise inversa) utilizando métodos numéricos. Para o cálculo dos deslocamentos, duas formulações são utilizadas para fluxo óptico: Lucas-Kanade e Brox. A análise inversa é realizada utilizando duas técnicas numéricas distintas: o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método dos Elementos de Contorno (MEC), sendo ambos implementados em Unidades de Processamento Gráfico de uso geral, GpGPUs ( \"General Purpose Graphics Units\" ). Considerando uma quantidade qualquer de materiais a serem determinados, para a implementação do Método dos Elementos de Contorno é empregada a técnica de sub-regiões para acoplar as matrizes de diferentes estruturas identificadas na imagem. O processo de otimização utilizado para determinar as constantes elásticas é realizado de forma semi-analítica utilizando cálculo por variáveis complexas. A metodologia é testada em três etapas distintas, com simulações sem ruído, simulações com adição de ruído branco gaussiano e phantoms matemáticos utilizando rastreamento de ruído speckle. Os resultados das simulações apontam o uso do MEF como mais preciso, porém computacionalmente mais caro, enquanto o MEC apresenta erros toleráveis e maior velocidade no tempo de processamento.

A systematic study on the influence of carbon on the behavior of hard-to-ionize elements in inductively coupled plasma–mass spectrometry

A systematic study on the influence of carbon on the signal of a large number of hard-to-ionize elements (i.e. B, Be, P, S, Zn, As, Se, Pd, Cd, Sb, I, Te, Os, Ir, Pt, Au, and Hg) in inductively coupled plasma–mass spectrometry has been carried out. To this end, carbon matrix effects have been evaluated considering different plasma parameters (i.e. nebulizer gas flow rate, r.f. power and sample uptake rate), sample introduction systems, concentration and type of carbon matrix (i.e. glycerol, citric acid, potassium citrate and ammonium carbonate) and type of mass spectrometer (i.e. quadrupole filter vs. double-focusing sector field mass spectrometer). Experimental results show that P, As, Se, Sb, Te, I, Au and Hg sensitivities are always higher for carbon-containing solutions than those obtained without carbon. The other hard-to-ionize elements (Be, B, S, Zn, Pd, Cd, Os, Ir and Pt) show no matrix effect, signal enhancement or signal suppression depending on the experimental conditions selected. The matrix effects caused by the presence of carbon are explained by changes in the plasma characteristics and the corresponding changes in ion distribution in the plasma (as reflected in the signal behavior plot, i.e. the signal intensity as a function of the nebulizer gas flow rate). However, the matrix effects for P, As, Se, Sb, Te, I, Au and Hg are also related to an increase in analyte ion population caused as a result of charge transfer reactions involving carbon-containing charged species in the plasma. The predominant specie is C+, but other species such as CO+, CO2+, C2+ and ArC+ could also play a role. Theoretical data suggest that B, Be, S, Pd, Cd, Os, Ir and Pt could also be involved in carbon based charge transfer reactions, but no experimental evidence substantiating this view has been found.

A finite element model of perforated panel absorbers including viscothermal effects

Most of the analytical models devoted to determine the acoustic properties of a rigid perforated panel consider the acoustic impedance of a single hole and then use the porosity to determine the impedance for the whole panel. However, in the case of not homogeneous hole distribution or more complex configurations this approach is no longer valid. This work explores some of these limitations and proposes a finite element methodology that implements the linearized Navier Stokes equations in the frequency domain to analyse the acoustic performance under normal incidence of perforated panel absorbers. Some preliminary results for a homogenous perforated panel show that the sound absorption coefficient derived from the Maa analytical model does not match those from the simulations. These differences are mainly attributed to the finite geometry effect and to the spatial distribution of the perforations for the numerical case. In order to confirm these statements, the acoustic field in the vicinities of the perforations is analysed for a more complex configuration of perforated panel. Additionally, experimental studies are carried out in an impedance tube for the same configuration and then compared to previous methods. The proposed methodology is shown to be in better agreement with the laboratorial measurements than the analytical approach.

New methodology for describing the equilibrium beach profile applied to the Valencia's beaches

Mathematical models used for the understanding of coastal seabed morphology play a key role in beach nourishment projects. These projects have become the fundamental strategy for coastal maintenance during the last few years. Accordingly, the accuracy of these models is vital to optimize the costs of coastal regeneration projects. Planning of such interventions requires methodologies that do not generate uncertainties in their interpretation. A study and comparison of mathematical simulation models of the coastline is carried out in this paper, as well as elements that are part of the model that are a source of uncertainty. The equilibrium profile (EP) and the offshore limit corresponding to the depth of closure (DoC) have been analyzed taking into account different timescale ranges. The results have thus been compared using data sets from three different periods which are identified as present, past and future. Accuracy in data collection for the beach profiles and the definition of the median grain size calculation using collected samples are the two main factors that have been taken into account in this paper. These data can generate high uncertainties and can produce a lack of accuracy in nourishment projects. Together they can generate excessive costs due to possible excess or shortage of sand used for the nourishment. The main goal of this paper is the development of a new methodology to increase the accuracy of the existing equilibrium beach profile models, providing an improvement to the inputs used in such models and in the fitting of the formulae used to obtain seabed shape. This new methodology has been applied and tested on Valencia's beaches.

Quantum theory of spin waves in finite chiral spin chains

We calculate the effect of spin waves on the properties of finite-size spin chains with a chiral spin ground state observed on biatomic Fe chains deposited on iridium(001). The system is described with a Heisenberg model supplemented with a Dzyaloshinskii-Moriya coupling and a uniaxial single ion anisotropy that presents a chiral spin ground state. Spin waves are studied using the Holstein-Primakoff boson representation of spin operators. Both the renormalized ground state and the elementary excitations are found by means of Bogoliubov transformation, as a function of the two variables that can be controlled experimentally, the applied magnetic field and the chain length. Three main results are found. First, because of the noncollinear nature of the classical ground state, there is a significant zero-point reduction of the ground-state magnetization of the spin spiral. Second, there is a critical external field from which the ground state changes from chiral spin ground state to collinear ferromagnetic order. The character of the two lowest-energy spin waves changes from edge modes to confined bulk modes over this critical field. Third, in the spin-spiral state, the spin-wave spectrum exhibits oscillatory behavior as function of the chain length with the same period of the spin helix.