Mecánica de medios continuos y teoría de estructuras

En este capítulo se reflexiona sobre la evolución en el siglo XIX de lo que en Italia solían llamar scienza delle construzioni. En dos palabras: se trata de la aplicación de modelos de cálculo basados en la mecánica racional para determinar la seguridad de las construcciones. En este sentido, el XIX ofrece un cambio radical respecto al panorama de siglos anteriores, en los que lo fundamental era la experiencia constructiva y el proceso lento; lento tanto en la formación de técnicos como en la materialización de obras, donde la falta de herramientas de cálculo para prever comportamientos condujo en ocasiones al uso de modelos físicos a escala reducida para demostrar la seguridad de las construcciones o la factibilidad de su proceso edilicio. El capítulo se refiere exclusivamente a modelos abstractos (ni siquiera a los ensayos de laboratorio que pusieron de manifiesto nuevos fenómenos), a pesar de lo cual conviene arrancar con cuatro ejemplos reales, uno por cada cuarto de siglo que pongan de manifiesto los cambios de enfoques producidos en la construcción El primero es una celebrada estructura de madera cuya seguridad fue comprobada mediante ensayos sobre elementos a escala real. Insuperable en la elegancia de su diseño, el segundo, el viaducto de las Cabrillas (1851), fue proyectado y construido en piedra por Lucio del Valle en la cuesta de Contreras. El tercer ejemplo podría ser un puente colgante o «colgado», como se denominaban en la época, de los numerosos que se construyeron en España en la segunda mitad de siglo, pero, por su envergadura y tipología, se ha decidido escoger un caso más tardío: el viaducto del Salado, en la línea de ferrocarril Linares-Almería, proyecto de José Olano (1897) llevado a cabo por la compañía Fives-Lille. El proceso de lanzamiento por empuje hasta entroncar con el túnel del estribo izquierdo fue presenciado en enero de 1899 por un grupo de alumnos de la Escuela de Caminos encabezados por su director, Rogelio Inchaurrandieta, y diferentes profesores, entre los que se encontraban Serafín Freart, encargado de Mecánica Aplicada, y Luis Gaztelu, profesor de Puentes. Con sus pilas de alrededor de 110 m de altura y sus vanos de otro tanto, es un buen ejemplo de lo que] avier Mantero la llama «la gran invención de todo el siglo XIX: la viga en celosía, invención de tanta o mayor trascendencia que la bóveda de piedra para el arco" (Manterola, 2006. Aunque las cerchas de bronce del Panteón de Roma, debidas a Apolodoro de Damasco, o los esquemas de Palladio y las cubiertas de inglesias góticas son precursores de esta tipología (Mainstone, 1975), está laro que sólo en el siglo XIX el cálculo permitió racionalizar los diseños y alcanzar la simplicidad y efectividad que Manterola reconoce como invención. Finalmente, se hace referencia al puente de Golbardo en Santander, uno de los primeros de hormigón armado en España (1900). Este material llegará a su pleno desarrollo en el siglo XX, no sin vencer la desconfianza de sucesivas generaciones. En resumen, a los materiales clásicos, madera y piedra, se añaden en el siglo XIX los hierros y aceros, así como finalmente, el hormigón. Ello motiva una reconsideración de la tipología, de las ideas sobre seguridad estructural, sobre los métodos constructivos y sobre el cálculo que produce la gran eclosión en la representación abstracta del comportamiento de las construcciones, lo cual sólo es posible gracias al progreso de las ciencias. En este capítulo se intentará, en un primer apartado, resumir la experiencia teórica hasta que Coulomb escribe su magistral ensayo. A continuación se tratarán someramente las diferentes líneas de trabajo generadas en países extranjeros y, finalmente, se dará una visión personal de los esfuerzos llevados a cabo en España, que, aún disponiendo de centros docentes perfectamente conectados con lo que sucedía en el extranjero, no fue capaz de generar ninguna aportación original al debate internacional.

Coordinación vertical de las asignaturas de estructuras en el Grado de Ingeniería Civil, el Máster de Caminos, y el Máster de Materiales, Agua y Terreno

La implantación de las nuevas metodologías de enseñanza a partir de las directrices establecidas en el Espacio Europeo de Educación Superior, ha supuesto una renovación necesaria en los materiales docentes utilizados. En este sentido, el presente trabajo muestra los avances en el uso de programas informáticos para la resolución de estructuras desarrollado a lo largo de las diferentes asignaturas que conforman las titulaciones de Ingeniería Civil, el Máster de Caminos, Canales, y Puertos, así como el Máster de Ingeniería de los Materiales, Agua y Terreno de la Universidad de Alicante. De esta forma el alumno se aproxima a la realidad laboral, modelizando estructuras civiles partiendo previamente de información real de las mimas a través de visitas de campo. El uso de dichas herramientas se ha introducido de forma progresiva en las diferentes asignaturas del tal forma que el alumno se ha ido familiarizando con la resolución de estructuras a través de elementos barra, para continuar desarrollando elementos placa, modelos reológicos y análisis dinámicos de estructuras. Por ello, y con el fin de completar la educación de los alumnos, en el presente trabajo se ha tratado de aproximar al alumno a las estructuras reales y a su posterior modelización numérica.

Estudio de la influencia de la temperatura en las propiedades físicas y mecánicas de la calcarenita de San Julián

En este trabajo se muestran los resultados de una serie de ensayos de laboratorio realizados para estudiar el efecto de las altas temperaturas en las propiedades físicas y mecánicas de una calcarenita muy usada como material de construcción en edificios y monumentos históricos de la ciudad de Alicante. El objetivo es evaluar el daño térmico producido en el material al exponerlo a diferentes temperaturas y la influencia de los diferentes procesos de enfriamiento (al aire y por inmersión en agua), así como la viabilidad del diagnóstico del daño mediante métodos no destructivos (ultrasonidos). Se han utilizado probetas cilíndricas extraídas de bloques de roca sobre las que se han realizado ensayos de caracterización del material intacto obteniendo la porosidad, velocidades de propagación de las ondas P y S, módulos dinámicos y estáticos y resistencia a compresión uniaxial. El calentamiento se ha efectuado en horno eléctrico a temperaturas de entre 105 y 600ºC, en intervalos de 100ºC. Para cada temperatura (excepto 105 ºC) se han calentado diez probetas, enfriándolas posteriormente mediante dos procesos diferentes, obteniendo datos de un total de 55 probetas sometidas a diferentes condiciones de temperatura y método de enfriamiento. Finalmente, se han determinado de nuevo las propiedades de las probetas tras su calentamiento, comparando y correlacionando las diferentes variables. Las conclusiones principales destacan un acusado descenso de los valores de las propiedades medidas con la temperatura (excepto la porosidad que aumenta). Este descenso se acelera notablemente con enfriamiento por agua. Los ensayos no destructivos detectan el deterioro producido en el proceso de igual forma que los destructivos.

Propiedades físicas y mecánicas de una calcarenita: la Piedra de San Julián

En este trabajo se estudian las características físico-mecánicas de la Piedra de San Julián y su comportamiento frente a procesos de calentamiento a temperaturas similares a las alcanzadas en un incendio, así como la puesta a punto y validación de métodos dinámicos no destructivos para el dictamen del estado de desgaste del material. El enfoque está orientado a los parámetros que más interesan en la utilización de la Piedra como material de construcción. Dado que esta Tesis se realiza por compendio de artículos, por razones prácticas y necesidades de publicación, el contenido de la misma está dividido en tres grandes bloques, como son: fluencia, exposición a altas temperaturas y relación entre módulos estáticos y dinámicos. Para el estudio de la fluencia o deformabilidad a largo plazo bajo carga constante se han realizado ensayos de carga estáticos de larga duración. Por otra parte, se ha efectuado un análisis del comportamiento reológico del hormigón en las distintas normativas, especialmente en el Código Modelo FIB (2010), y se ha buscado un paralelismo entre las previsiones del Código y los resultados obtenidos en los ensayos. Al mismo tiempo se han probado varios modelos reológicos que reproduzcan de forma precisa el comportamiento de la fluencia según el Código y los ensayos. Esto ha permitido ajustar una función, adaptando las especificaciones del Código modelo, que describe la deformación en el tiempo de la Piedra de San Julián. La validez teórica de esta ecuación alcanza períodos temporales similares a los existentes para los ensayos realizados con hormigón. El modelo reológico que se ha obtenido por ajuste de todo el período anterior, consta de cuatro celdas de Kelvin y predice igualmente la deformación por fluencia de la roca. La correcta evaluación de las deformaciones a largo plazo es necesaria siempre que se estudie la intervención en edificaciones históricas, bien sea variando la distribución de cargas, o simplemente realizando obras de mantenimiento de cierto calado. La influencia de la temperatura alcanzada y del proceso de enfriamiento utilizado, se ha analizado sobre 55 muestras de roca calentando a temperaturas de hasta 600 ºC y enfriando por dos métodos: al aire y mediante inmersión en agua, ambas a temperatura ambiente. Los parámetros controlados antes y después del proceso térmico han sido: porosidades abierta y total velocidad de propagación de ondas ultrasónicas, módulo de elasticidad, coeficiente de Poisson, resistencia a compresión uniaxial (UCS) y durabilidad según el ensayo de sequedad, humedad y desmoronamiento, Slake Durability Test (SDT). Como conclusiones más notables cabe destacar: la UCS disminuye en un 35% y en un 5O% según el enfriamiento se haya realizado al aire o por inmersión, mientras que el módulo de elasticidad se reduce entre un 75% y un 80%. Las conclusiones obtenidas son importantes para la determinación del daño estructural producido en un incendio, así como para evaluar la influencia del método de extinción. Por otra parte, pueden servir para estimar indirectamente la temperatura máxima alcanzada en un incendio, de cara a la determinación de los posibles efectos sobre otros elementos constructivos. Para la relación entre módulos estáticos y dinámicos se han estudiado 24 muestras con diferentes grados de deterioro. Con los datos obtenidos en los ensayos se han analizado estadísticamente quince modelos de relación con diferentes combinaciones de variables, y se ha construido la correspondiente matriz de correlación. El coeficiente de determinación más alto corresponde a una relación lineal entre ambos módulos. La determinación del módulo de elasticidad por medios no destructivos y de fácil implementación es muy útil cuando se trata de dictaminar sobre el envejecimiento de un material estructural de este tipo. El valor del módulo con respecto al de la roca intacta es un indicador de las características resistentes y grado de debilitamiento del material. Sin embargo, el módulo bajo cargas gravitatorias -estáticas- difiere en general del obtenido dinámicamente, de una manera diferente según el material que se analice. Aquí se ha obtenido una expresión, que correlaciona con un alto valor del coeficiente de determinación ambos módulos, para la roca estudiada. Los parámetros, relaciones y modelos estudiados y propuestos en esta tesis, suponen un importante avance científico de gran utilidad para la conservación y restauración del patrimonio de edificios y otras obras de carácter histórico-cultural construidas con la Piedra de San Julián. Asimismo, las conclusiones obtenidas y los medios y métodos empleados podrán ser extrapolados a otros materiales similares con las adaptaciones oportunas.

Seguimiento de las nuevas metodologías docentes en Cálculo de Estructuras del Grado en Ingeniería Civil

Dentro de los cambios introducidos en el EEES, se incluyeron desde el curso 2011/2012 nuevas metodologías docentes en las asignaturas de Cálculo de Estructuras I y II en el Grado en Ingeniería Civil. En el caso de Cálculo de Estructuras I, se procedió a la incorporación de prácticas de laboratorio con diferentes tipologías de perfiles y materiales, de tal forma que el alumno se familiarizara con la realidad de las estructuras estudiadas en las clases de teoría. En el caso de Cálculo de Estructuras II, se procedió a la incorporación de prácticas con ordenador analizando diferentes software informáticos, de tal forma que el alumno fuera capaz de estudiar estructuras complejas. De esta manera, el objetivo principal de la RED en la que se enmarca el presente trabajo, es el seguimiento continuo y mejora de los materiales y prácticas docentes elaborados en dichas asignaturas. Por tanto, se han recogido los resultados tras los dos primeros años de docencia para analizar el efecto de los cambios metodológicos en la evaluación continua de los alumnos.

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

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

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

Las nuevas tecnologías aplicadas a la enseñanza permiten la visualización de fenómenos físicos y su relación con la base matemática utilizada en la modelización de los mismos. En este trabajo se ha utilizado el programa Mathematica para realizar aplicaciones ilustrativas de distintos conceptos básicos para el cálculo de estructuras de ingeniería civil y edificación. Se han tratado temas como la reología, la plastificación de los materiales, la relación entre tensiones y deformaciones de los sólidos elásticos o la dinámica estructural, siempre desde un punto de vista teórico-práctico y tratando de mantener en todo momento un carácter interactivo que permita la participación activa de los estudiantes. Cada aplicación compagina los fundamentos teóricos y la influencia de los parámetros implicados, con la visualización en forma de gráfico animado de la función resultante.

Medida y mapeado de vibraciones con cámaras fotográficas de bolsillo

Contribución oral al Simposio de Ciencias de la Imagen de la XI Reunión Nacional de Óptica

Implementación del contenido de las asignaturas del Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos

El desarrollo del contenido de las asignaturas a impartir en el Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, supone, teniendo como base la información remitida a la Agencia Nacional de Acreditación (ANECA) para su aprobación, implementar todos aquellos parámetros que definirán los criterios a aplicar para que el alumnado pueda adquirir los conocimientos y competencias asociadas a cada una de las asignaturas en las que vaya recibir docencia en este primer curso de implantación del Máster de Ingeniería de Caminos en la Universidad de Alicante. Para ello, a partir de las reuniones previas tanto de la Comisión del Área de Titulación como de las correspondientes a esta Red, se han podido poner en común los criterios generales a aplicar en una mayoría de las asignaturas, ya sea en los formatos o en los criterios de evaluación, de forma que el alumno pueda percibir estrategias similares (que no iguales o idénticas por imposible) que le permitan avanzar de forma coherente a lo largo de la titulación. En este aspecto, se ha partido de las recomendaciones ofrecidas en las distintas reuniones y comisiones de los representantes de las Escuelas de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de España, entre los cuales se encontraba representada la Universidad de Alicante, así como de las directrices marcadas por el Ministerio de Educación. Debe tenerse en cuenta que la puesta en funcionamiento de un Máster de carácter profesionalizante (según Orden CIN 309/2009) [1] como el de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en la Universidad de Alicante, ha obligado a los departamentos y docentes implicados en su desarrollo, a establecer criterios específicos relacionados con los sistemas de evaluación, enseñanza y planificación de la materia a impartir.

Análisis de resultados de las asignaturas de primer curso en la implantación del máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en la EPS de la UA

La puesta en funcionamiento del Primer Curso del Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en la Universidad de Alicante ha supuesto un reto de adaptación y modificación de los criterios que se venían empleando desde la entrada en vigor del Plan de Estudios de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en el año 2005. Para ello, se ha partido de la información que se remitió en su momento para su aprobación a la Agencia Nacional de Acreditación (ANECA), implementando y aplicando todos aquellos parámetros que se definieron ex profeso en su momento, de forma que el alumnado pudiera adquirir los conocimientos y competencias asociadas a cada una de las asignaturas en las que ha recibido docencia en este primer curso de implantación del Máster de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (MICCP) en la Universidad de Alicante. En ningún caso debe olvidarse que la entrada en vigor de este máster mantiene reservas profesionales (según Orden CIN 309/2009) [1] para los egresados de la titulación, obligando a que la totalidad de departamentos y docentes implicados en su desarrollo, implementaran criterios específicos relacionados con los sistemas de evaluación, enseñanza y planificación de la materia a impartir, si bien debe indicarse que, a tenor de los resultados obtenidos en las distintas asignaturas de este primer curso, no han sido todo los eficaces que en un primer momento pudieran esperarse.

Image processing for safety assessment in Civil Engineering

Behaviour analysis of construction safety systems is of fundamental importance to avoid accidental injuries. Traditionally, measurements of dynamic actions in Civil Engineering have been done through accelerometers, but high-speed cameras and image processing techniques can play an important role in this area. Here, we propose using morphological image filtering and Hough transform on high-speed video sequence as tools for dynamic measurements on that field. The presented method is applied to obtain the trajectory and acceleration of a cylindrical ballast falling from a building and trapped by a thread net. Results show that safety recommendations given in construction codes can be potentially dangerous for workers.

Vibration frequency measurement using a local multithreshold technique

In this paper, we demonstrate the use of a video camera for measuring the frequency of small-amplitude vibration movements. The method is based on image acquisition and multilevel thresholding and it only requires a video camera with high enough acquisition rate, not being necessary the use of targets or auxiliary laser beams. Our proposal is accurate and robust. We demonstrate the technique with a pocket camera recording low-resolution videos with AVI-JPEG compression and measuring different objects that vibrate in parallel or perpendicular direction to the optical sensor. Despite the low resolution and the noise, we are able to measure the main vibration modes of a tuning fork, a loudspeaker and a bridge. Results are successfully compared with design parameters and measurements with alternative devices.

Analysis of a metallic pedestrian bridge under dynamic human loads in pre and post reinforcement phases

The purpose of this work is to study the dynamic behavior of a pedestrian bridge in Alicante, Spain. It is a very slender footbridge with vertical and horizontal vibration problems during the passage of pedestrians. Accelerations have been recorded by accelerometers installed at various locations of the bridge. Two scenarios, in free vibration (after the passage of a certain number of pedestrians on the bridge) and forced vibration produced by a fixed number of pedestrians walking on the bridge at a certain speed and frequency. In each test, the effect on the comfort of the pedestrians, the natural frequencies of vibration, the mode shapes and damping factors have been estimated. It has been found that the acceleration levels are much higher than the allowable by the Spanish standards and this should be considered in the restoration of the footbridge.

Self-sensing properties of alkali activated blast furnace slag (BFS) composites reinforced with carbon fibers

In recent years, several researchers have shown the good performance of alkali activated slag cement and concretes. Besides their good mechanical properties and durability, this type of cement is a good alternative to Portland cements if sustainability is considered. Moreover, multifunctional cement composites have been developed in the last decades for their functional applications (self-sensing, EMI shielding, self-heating, etc.). In this study, the strain and damage sensing possible application of carbon fiber reinforced alkali activated slag pastes has been evaluated. Cement pastes with 0, 0.29 and 0.58 vol % carbon fiber addition were prepared. Both carbon fiber dosages showed sensing properties. For strain sensing, function gage factors of up to 661 were calculated for compressive cycles. Furthermore, all composites with carbon fibers suffered a sudden increase in their resistivity when internal damages began, prior to any external signal of damage. Hence, this material may be suitable as strain or damage sensor.