In the function of the current society, the energy is an variable of total importance. It does not have much that to think about growth and development, without this matrix is inserted. That the taken routes only need to be reviewed, and certain incorporated concepts already to the effective system, and, that, until then, seen as untouchable, they urgently need a to formulate how much its technician-scientific action. This process of appropriation of materials of the nature for the production of goods and services in order to take care of the necessities of the society, some concepts of civilities seem to have been forgotten, and the search for the full comfort leads to the man to interact of incoherent form, in view of the exhaustion of the reserves of natural resources, establishing, thus, the degradation in such a way of the ecological environment as the social environment. This way operands, is that it is studied as form to quantify and to characterize the actions human beings in main its input the energy, comparing the direct relation enters of energy and the economic and social development; to analyze the energy in the World, Brazil and the State of Alagoas, to see the producing relation versus energy consumer, the energy matrices, to also compare the economic development with the production of energy and with regard to its consumption. To take to the field of the academic quarrel the questioning of the production and the consumption of electric energy, alternatives you renewed and of low ecological impact. To quantify how much it is produced, how much it is consumed. To characterize who produces and who consumes, and, the one that level. Measurer, and form economically and accounting, the ambient and social impacts of the production and the consumption, here it is the question. / Na função da sociedade atual, a energia é uma variável de total importância. Não há muito que pensar em crescimento e desenvolvimento, sem que esta matriz esteja inserida. Só que os rumos tomados precisam ser revistos, e certos conceitos já incorporados ao sistema vigente, e, que, até então, vistos como intocáveis, necessitam urgentemente de uma reformulação quanto a sua ação técnico-científica. É durante o presente processo de apropriação de materiais da natureza para a produção de bens e serviços a fim de atender as necessidades da sociedade, que alguns conceitos de civilidades parecem ter sidos esquecidos, e a busca pelo conforto pleno leva ao homem interagir de forma incoerente na natureza, tendo em vista a exaustão das reservas de recursos naturais, estabelecendo, assim, o atual quadro de degradação tanto do meio ambiente ecológico como o meio ambiente social. Busca-se em forma de estudo uma formatação mais próxima da realidade do mundo atual, como forma de quantificar e qualificar as ações humanas no seu insumo principal a energia, comparando a relação direta entre a energia e o desenvolvimento econômico e social; analisar a energia no Mundo, no Brasil e no Estado de Alagoas, ver a relação produtor versus consumidor de energia, as matrizes energéticas, comparar o desenvolvimento econômico com a produção de energia e também com relação ao seu consumo. Levar ao campo da discussão acadêmica o questionamento da produção e do consumo de energia elétrica, alternativas renováveis e de baixo impacto ecológico. Quantificar o quanto se produz, o quanto se consome. Qualificar quem produz e quem consome. Medir de forma econômica e contabil, os impactos ambientais e sociais da produção e do consumo, eis a questão.

As dificuldades epistemológicas e metodológicas do ensino de Cálculo Diferencial e Integral em cursos do ensino superior presenciais, a rápida evolução tecnológica (tanto em hardwares como em softwares) e o avanço aparentemente irreversível do ensino a distância, constituíram uma grande motivação para este trabalho. Analisando as dificuldades na construção de significados no estudo do Cálculo como em Barufi (1999), sua natureza epistemológica em Rezende (2003), e metodologias usadas na Educação à Distância, apresentam-se as idéias da natureza artificial de Simon (1981), as tecnologias da inteligência de Lévy (1993), as mediações sobre a técnica de Ortega y Gasset (1963), culminando no conceito do coletivo humans-with-media, como em Borba e Villarreal (2005). Pretende-se alargar os passos, verificando-se os limites e possibilidades do uso de novas Tecnologias da Informação (TI´s) no ensino do Cálculo Diferencial e Integral, aplicáveis tanto no ensino Presencial como na Educação à Distância, no coletivo humans-with-media. A expectativa é a de que uma nova fase da técnica tem início, uma fase em que a separação homem/técnica é impossível. Não se trata mais da técnica e o humano, ou o humano e a técnica, mas do humano midiático. Tanto um (o humano) quanto o outro (a técnica) são atores no processo de construção do conhecimento. Sendo assim, não é mais possível abrir mão do uso das tecnologias informáticas no estudo do Cálculo Diferencial e Integral. Faz-se necessária a compreensão de sua importância na construção dos significados 9 num curso de Cálculo para o coletivo humans-with-media, e também trabalhálas, as tecnologias, como recurso potencial na mediação das dificuldades de natureza epistemológica existentes nos eixos sistematização/construção, variabilidade/permanência, global/local, discreto/contínuo, finito/infinito e construção/significação. / The epistemological and methodological difficulties in teaching Differential and Integral Calculus in graduate classrooms, the rapid technological advancements in both hardware and software and the apparently irreversible growth of distance learning constituted a major inspiration for this work. Analyzing the difficulties in giving meaning to the study of calculus as in Barufi (1999), its epistemological nature in Rezende (2003) and the methodologies used in Distance Education, this paper explores the ideas of artificial nature in Simon (1981), the intelligence technologies of Lévy (1993) and the debate over the technique of Ortega y Gasset (1963) to culminate with the concept of the collective humans-with-media as in Borba and Villarreal (2005). The present study intends to expand the boundaries by verifying the limits and possibilities of using new Information Technologies (IT\'s) to teach Differential and Integral Calculus courses to real and virtual students within the collective of humans-with-media. It suggests a new phase is beginning, where it is impossible to separate the technique from the human being, where there is no longer a technique and a human being, but only a media oriented individual who merges with the technique to become combined actors in the process of building knowledge. In this sense, it is impossible to relinquish the use of information technologies in the study of Differential and Integral Calculus. It is imperative to understand the importance of these technologies in giving meaning to the study of Calculus by 13 the collective humans-with-media and explore these technologies as a potential resource to overcome the epistemological difficulties found in the axes systematization/construction, variability/permanence, global/local, discrete/continuous, finite/infinite and construction/meaning.

A mecânica celular jaz nas propriedades materiais da membrana plasmática, fundamentalmente uma bicamada fosfolipídica com espessura de dimensões moleculares. Além de forças elásticas, tal material bidimensional também experimenta tensões viscosas devido ao seu comportamento fluido (presumivelmente newtoniano) na direção tangencial. A despeito da notável concordância entre teoria e experimentos biofísicos sobre a geometria de membranas celulares, ainda não se faz presente um método computacional para simulação de sua (real) dinâmica viscosa governada pela lei de Boussinesq-Scriven. Assim sendo, introduzimos uma formulação variacional mista de três campos para escoamentos viscosos de superfícies fechadas curvas. Nela, o fluido circundante é levado em conta considerando-se uma restrição de volume interior, ao passo que uma restrição de área corresponde à inextensibilidade. As incógnitas são a velocidade, o vetor curvatura e a pressão superficial, todas estas interpoladas com elementos finitos lineares contínuos via estabilização baseada na projeção do gradiente de pressão. O método é semi-implícito e requer a solução de apenas um único sistema linear por passo de tempo. Outro ingrediente numérico proposto é uma força que mimetiza a ação de uma pinça óptica, permitindo interação virtual com a membrana, onde a qualidade e o refinamento de malha são mantidos por remalhagem adaptativa automática. Extensivos experimentos numéricos de dinâmica de relaxação são apresentados e comparados com soluções quasi-analíticas. É observada estabilidade temporal condicional com uma restrição de passo de tempo que escala como o quadrado do tamanho de malha. Reportamos a convergência e os limites de estabilidade de nosso método e sua habilidade em predizer corretamente o equilíbrio dinâmico de compridas e finas elongações cilíndricas (tethers) que surgem a partir de pinçamentos membranais. A dependência de forma membranal com respeito a uma velocidade imposta de pinçamento também é discutida, sendo que há um valor limiar de velocidade abaixo do qual um tether não se forma de início. Testes adicionais ilustram a robustez do método e a relevância dos efeitos viscosos membranais quando sob a ação de forças externas. Sem dúvida, ainda há um longo caminho a ser trilhado para o entendimento completo da mecânica celular (há de serem consideradas outras estruturas tais como citoesqueleto, canais iônicos, proteínas transmembranares, etc). O primeiro passo, porém, foi dado: a construção de um esquema numérico variacional capaz de simular a intrigante dinâmica das membranas celulares. / Cell mechanics lies on the material properties of the plasmatic membrane, fundamentally a two-molecule-thick phospholipid bilayer. Other than bending elastic forces, such a two-dimensional interfacial material also experiences viscous stresses due to its (presumably Newtonian) surface fluid tangential behaviour. Despite the remarkable agreement on membrane shapes between theory and biophysical experiments, there is no computational method for simulating its (actual) viscous dynamics governed by the Boussinesq- Scriven law. Accordingly, we introduce a mixed three-field variational formulation for viscous flows of closed curved surfaces. In it, the bulk fluid is taken into account by means of an enclosed-volume constraint, whereas an area constraint stands for the membranes inextensible character. The unknowns are the velocity, vector curvature and surface pressure fields, all of which are interpolated with linear continuous finite elements by means of a pressure-gradient-projection scheme. The method is semi-implicit and it requires the solution of a single linear system per time step. Another proposed ingredient is a numerical force that emulates the action of an optical tweezer, allowing for virtual interaction with the membrane, where mesh quality and refinement are maintained by adaptively remeshing. Extensive relaxation experiments are reported and compared with quasi-analytical solutions. Conditional time stability is observed, with a time step restriction that scales as the square of the mesh size. We discuss both convergence and the stability limits of our method, its ability to correctly predict the dynamical equilibrium of the tether due to tweezing. The dependence of the membrane shape on imposed tweezing velocities is also addressed. Basically, there is a threshold velocity value below which the tethers shape does not arise at first. Further tests illustrate the robustness of the method and show the significance of viscous effects on membranes deformation under external forces. Undoubtedly, there is still a long way to track toward the understanding of celullar mechanics (one still has to account other structures such as cytoskeleton, ion channels, transmembrane proteins, etc). The first step has given, though: the design of a numerically robust variational scheme capable of simulating the engrossing dynamics of fluid cell membranes.

[ES] El hormigón es un material excelente para usar en proyectos estructurales por varias razones, siendo una de ellas su buen comportamiento en caso de incendio, debido a su incombustibilidad y baja difusividad térmica. Pero, aunque el hormigón tenga un muy buen desempeño frente a un incendio, no lo hace inmune al calor, ya que sus propiedades se ven reducidas como cualquier otro material incombustible frente al fuego, solo que, a un ritmo mucho menor en comparación, por ejemplo, con el acero estructural. Por lo tanto, los elementos estructurales de hormigón armado (HA) también deben diseñarse para cumplir determinados criterios de seguridad en una situación de incendio, siendo estos fijados generalmente por las normativas de cada país o región en particular. Esta tesis doctoral se enfoca en la evaluación de la resistencia al fuego de elementos estructurales de HA aislados. Específicamente se estudian las columnas de HA sometidas a cargas axiales con doble excentricidad y expuestas a una curva normalizada tiempo - temperatura (modelo de incendio nominal). Para ello, se han confeccionado dos modelos de cálculo: un modelo de cálculo avanzado en base a un modelo numérico de fibras (MF) y un modelo de cálculo simplificado (MS). El MF consta de un acoplamiento de dos modelos, un modelo de diferencias finitas para el análisis térmico seccional y un modelo numérico de fibras para el cálculo mecánico seccional. El MF desarrollado se ha basado en las propiedades de los materiales a altas temperaturas estipuladas en las normativas española y europea, y se ha validado con resultados de ensayos experimentales y numéricos disponibles en la bibliografía. En cuanto al MS, este se ha elaborado en base a un estudio paramétrico realizado con el MF, con el cual se construyó una batería de 835200 casos en los que se han considerado variables tales como las dimensiones de la sección transversal, la resistencia a compresión del hormigón, el recubrimiento de hormigón de las armaduras, la disposición de la armadura, el tiempo de exposición al fuego, los niveles de carga axial y los ángulos de rotación del eje neutro. Esta propuesta de MS se basó en la definición analítica de la superficie de falla, tomando como referencia las curvas de generatriz y directriz, método aplicado inicialmente a temperatura ambiente por Bonet et al. (2004). Así también, aplicando el MF se realizó un segundo estudio paramétrico con el fin de evaluar la influencia del spalling de esquina (324 secciones de HA) y del spalling de superficie (162 secciones de HA) sobre la capacidad resistente de secciones de HA. Este estudio paramétrico ha permitido correlacionar la pérdida de resistencia mecánica de secciones de HA debida al spalling, con la pérdida de resistencia mecánica derivada de exponer la sección un tiempo adicional al fuego. Además, se han propuesto expresiones analíticas que permiten determinar el tiempo adicional de exposición al fuego, necesarias para diseñar secciones de HA con mayor sencillez y seguridad. / [CA] El formigó és un material excel·lent per a usar en projectes estructurals per diverses raons, sent una d'elles el seu bon comportament en cas d'incendi, a causa de la seua incombustibilitat i baixa difusivitat tèrmica. Però, encara que el formigó tinga un molt bon acompliment enfront d'un incendi, no el fa immune a la calor, ja que les seues propietats es veuen reduïdes com qualsevol altre material incombustible enfront del foc, només que, a un ritme molt de menor en comparació, per exemple, amb l'acer estructural. Per tant, els elements estructurals de formigó armat (FA) també han de dissenyar-se per a complir determinats criteris de seguretat en una situació d'incendi, sent aquests fixats generalment per les normatives de cada país o regió en particular. Aquesta tesi doctoral s'enfoca en l'avaluació de la resistència al foc d'elements estructurals de FA aïllats. Específicament s'estudien les columnes de FA sotmeses a càrregues axials amb doble excentricitat i exposades a una corba normalitzada temps - temperatura (model d'incendi nominal). Per a això, s'han confeccionat dos models de càlcul: un model de càlcul avançat sobre la base d'un model numèric de fibres (MF) i un model de càlcul simplificat (MS). El MF consta d'un acoblament de dos models, un model de diferències finites per a l'anàlisi tèrmica de la secció i un model numèric de fibres per al càlcul mecànic de la secció. El MF desenvolupat s'ha basat en les propietats dels materials a altes temperatures estipulades en les normatives espanyola i europea, i s'ha validat amb resultats d'assajos experimentals i numèrics disponibles en la bibliografia. Quant al MS, aquest s'ha elaborat sobre la base d'un estudi paramètric realitzat amb el MF, amb el qual es va construir una bateria de 835200 casos en els quals s'han considerat variables com ara les dimensions de la secció transversal, la resistència a compressió del formigó, el recobriment de formigó de les armadures, la disposició de l'armadura, el temps d'exposició al foc, els nivells de càrrega axial i els angles de rotació de l'eix neutre. Aquesta proposta de MS es va basar en la definició analítica de la superfície de falla, prenent com a referència les corbes de generatriu i directriu, mètode aplicat inicialment a temperatura ambient per Bonet et al. (2004). Així també, aplicant el MF es va realitzar un segon estudi paramètric amb la finalitat d'avaluar la influència del spalling de cantonada (324 seccions de FA) i del spalling de superfície (162 seccions de FA) sobre la capacitat resistent de seccions de FA. Aquest estudi paramètric ha permés correlacionar la pèrdua de resistència mecànica de seccions de FA deguda al spalling, amb la pèrdua de resistència mecànica derivada d'exposar la secció un temps addicional al foc. A més, s'han proposat expressions analítiques que permeten determinar el temps addicional d'exposició al foc, necessàries per a dissenyar seccions de FA amb major senzillesa i seguretat. / [EN] Concrete is an excellent material to use in structural projects for several reasons, one of them being its exceptional fire behavior, due to its incombustibility and low thermal diffusivity. But, although concrete has particularly superior performance against fire, it does not make it immune to heat, as its properties are reduced like any other non-combustible material in a fire, but a slower rate when compared to, for example, structural steel. Therefore, structural elements composed of reinforced concrete (RC) must also be designed to meet certain safety criteria in a fire, criteria that are generally set by the codes of each country or region. This PhD thesis focuses on the evaluation of the fire resistance of reinforced concrete isolated structural elements. Specifically, RC columns subjected to axial loads with double eccentricity and exposed to a standard fire curve (nominal fire model) are studied. For this purpose, two calculation models have been developed: an advanced calculation model based on a numerical fiber model (FM) and a simplified calculation model (SM). The FM consists of coupling two models, a finite difference model for sectional thermal analysis, and a numerical fiber model for the sectional mechanical calculation. The FM developed has been based on the properties of materials at elevated temperatures stipulated in the Spanish and European codes and has been validated with the results of experimental and numerical tests available in the literature. The SM here presented has been developed based on a parametric study carried out with the FM, in total 835200 cases, in which variables such as cross - sectional dimensions, concrete compressive strength, concrete cover, reinforcement ratio, reinforcement arrangement ratio, fire exposure time, axial load levels and rotation angles of the neutral axis have been considered. This SM proposal is based on the analytical definition of the failure surface taking as reference the generatrix and directrix curves, a method initially applied at room temperature by Bonet et al. (2004). Similarly, applying the FM, a second parametric study was carried out to evaluate the influence of corner spalling (324 RC sections) and surface spalling (162 RC sections) on the resistant capacity of RC sections. This parametric study has allowed correlating the loss of mechanical strength of RC sections due to the occurrence of spalling with the loss of mechanical strength derived from exposing the section to fire for an additional time. In addition, analytical expressions have been proposed to determine the additional time of exposure to fire, necessary to design RC sections with greater simplicity and safety. / Agradecer los fondos recibidos por el Chilean Doctoral Fellowship Programme: CONICYT PFCHA/DOCTORADO BECAS CHILE/2018– 72190104, los cuales han financiado mis estudios doctorales. / Peña Mansilla, DL. (2023). Desarrollo de un modelo semiempírico para el dimensionado de pilares rectangulares de hormigón armado en situación accidental de incendio [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192064

[ES] Los pilares tubulares de acero rellenos de hormigón (CFST) son un tipo de elementos estructurales mixtos que han ganado popularidad recientemente debido a su excelente comportamiento estructural y al uso racional de los materiales en su fabricación. Con la introducción de un perfil de acero dentro de una sección CFST, surge un nuevo tipo de sección mixta: los pilares tubulares de acero rellenos de hormigón con perfil de acero interior (SR-CFST), en los cuáles se centra esta tesis. Esta tipología incrementa la capacidad portante a temperatura ambiente de los pilares CFST y mejora su comportamiento a fuego, ya que el perfil interior está protegido térmicamente por el hormigón que lo rodea. Las investigaciones disponibles en la bibliografía sobre pilares SR-CFST aún son escasas, pese a sus significativas capacidades mecánicas tanto a temperatura ambiente como a elevada. En esta tesis se revisa el estado del arte sobre pilares SR-CFST, llegando a la conclusión de que son necesarias más investigaciones para comprender el comportamiento de estas secciones a temperatura elevada. La presente tesis analizará el comportamiento frente al fuego de pilares SR-CFST mediante ensayos experimentales y simulaciones numéricas. Inicialmente, se lleva a cabo una campaña experimental para analizar el comportamiento de los pilares bajo dos escenarios: una primera fase que estudia el comportamiento de los pilares tras su exposición al fuego, y una segunda en la que se analizará el comportamiento termo-mecánico de pilares cortos SR-CFST bajo carga constante e incremento progresivo de la temperatura. Tras ello, se desarrolla un modelo de elementos finitos para extender los resultados obtenidos experimentalmente y estudiar en profundidad el comportamiento de los pilares SR-CFST en fuego. El modelo numérico se valida con los ensayos termo-mecánicos realizados anteriormente, así como comparando sus predicciones con los resultados experimentales extraídos de la bibliografía. Con el modelo desarrollado se realizan una serie de estudios paramétricos para examinar la influencia de los parámetros geométricos más relevantes, así como para analizar el efecto del uso de materiales de alta resistencia en el comportamiento a fuego de los pilares. En base a los resultados obtenidos de los estudios paramétricos, se lleva a cabo una propuesta para determinar de forma sencilla la distribución de temperaturas seccional en un tiempo de exposición al fuego dado. Empleando las temperaturas equivalentes obtenidas y en línea con las directrices del Eurocódigo 4 Parte 1.2, se propone una nueva expresión para evaluar la resistencia plástica seccional de los pilares SR-CFST bajo la acción del fuego. Esta propuesta cubre un campo de aplicación que actualmente no está contemplado en la normativa europea. / [CA] Els pilars tubulars d'acer plens de formigó (CFST) són un tipus de membres estructurals mixtes que han guanyat popularitat recentment degut al seu excel·lent comportament estructural y a l'ús moderat de materials en la seua construcció. Amb la introducció d'un perfil d'acer dins d'una secció CFST, s'obté un nou tipus de secció mixta: els pilars tubulars d'acer plens de formigó amb perfil d'acer interior (SR-CFST), al voltant dels quals se centra esta tesi. Esta tipologia incrementa la capacitat a temperatura ambient dels pilars CFST i millora el seu comportament a foc, ja que el perfil interior està protegit tèrmicament pel formigó que l'envolta. Les investigacions disponibles a la bibliografia sobre pilars SR-CFST encara són escasses, malgrat les seues significatives capacitats mecàniques tant a temperatura ambient com a elevada. En esta tesi es revisa l'estat de l'art sobre pilars SR-CFST, concloent que són necessàries més investigacions per tal de comprendre el comportament d'estes seccions a alta temperatura. En la present tesi s'analitzarà el comportament a foc dels pilars SR-CFST per mitjà d'assajos experimentals i simulacions numèriques. Inicialment es desenvolupa una campanya experimental per tal d'analitzar el comportament dels pilars en dos situacions: una primesa fase estudia el comportament dels pilars després de la seua exposició al foc i una segona en què s'analitza el comportament termo-mecànic de pilars curts SR-CFST subjectes a una càrrega constant i a un increment progressiu de la temperatura. Seguidament es desenvolupa un model d'elements finits realista per tal d'estendre els resultats obtinguts experimentalment i estudiar en profunditat el comportament dels pilars SR-CFST en foc. El model numèric es valida amb els assajos termo-mecànics realitzats anteriorment, així com comparant les seues prediccions amb els resultats disponibles a la bibliografia. Amb ajuda del model desenvolupat es realitzen una sèrie d'estudis paramètrics per tal d'examinar la influència dels paràmetres geomètrics més rellevants així com l'efecte de l'ús de materials d'alta resistència en el comportament a foc dels pilars. Basat en els resultats obtinguts dels estudis paramètrics, es desenvolupa una proposta per determinar, de forma senzilla, la distribució de temperatures seccional en un temps d'exposició al foc concret. Amb les temperatures equivalents obtingudes i en línia en les indicacions de l'Eurocódi 4 Part 1.2, es proposa un nou mètode per avaluar la resistència plàstica seccional de pilars SR-CFST baix l'acció del foc. Esta proposta cobreix un camp d'aplicació que actualment no està contemplat en la normativa europea. / [EN] Concrete-filled steel tubular (CFST) columns are a type of composite structural members that have gained popularity in recent years owing to their excellent structural performance and rational use of the materials. By embedding a steel profile inside a CFST section, a new and innovative type of composite section is generated: the so-called steel-reinforced concrete-filled steel tubular (SR-CFST) column, which is the focus of this thesis. This typology improves the room temperature capacity of CFST columns, while enhancing their fire performance, as the inner steel profile is thermally protected by the surrounding concrete. Despite their remarkable load-bearing capacity at both room and elevated temperature, investigations on SR-CFST columns under fire are still scarce. The state of the art on the fire behaviour of SR-CFST columns is reviewed in this thesis, proving that further research is needed to completely understand the performance of this type of columns under elevated temperature. The fire performance of SR-CFST columns is analysed in this thesis by means of experimental tests and numerical simulations. First, an experimental investigation is conducted to study the behaviour of these composite columns under two scenarios: the first phase of the experimental campaign is focused on the post-fire performance, while the second phase is conducted to determine the thermo-mechanical performance of SR-CFST stub columns under constant load and increasing temperature. Subsequently, a realistic finite element model is developed to extend the experimental results and analyse in depth the behaviour of SR-CFST columns in fire. The numerical model is validated against the previously performed thermo-mechanical tests, as well as by comparing its predictions with the available experimental results from the literature. A series of parametric studies are conducted to analyse the influence of the relevant geometrical parameters and to study the effect of the use of high-strength materials on the fire performance of the columns. Based on the results of the parametric studies, a simplified proposal is developed to easily determine the cross-sectional temperature distribution at a given fire exposure time. Using the obtained equivalent temperatures and in line with the current provisions in Eurocode 4 Part 1.2, a new design equation is proposed to evaluate the cross-sectional plastic resistance of SR-CFST columns under fire conditions, filling an existing gap in the European design code. / The authors would like to express their sincere gratitude for the help provided through the Grant PID2019-105908RB-I00 and for the first author’s pre-doctoral contract through the Grant PRE2020-093106 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and by ‘‘ESF Investing in your future’’. Finally, the authors would like to acknowledge the funding for open access charge from CRUE-Universitat Politècnica de València. / Medall Martos, D. (2024). Numerical and experimental research on the fire resistance of composite columns with steel sections embedded in concrete and high strength materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207130

[ES] Paradigma: Entre el post-positivismo, cuyos hallazgos son probabilidades cuantitativas extraídos de las opiniones del alumnado, y el constructivismo, la realidad cualitativa se construye por interacción social, según las entrevistas en profundidad con el profesorado. Investigación mixta: Según los análisis de datos CUAL y CUAN, sus resultados y conclusiones. Posicionamiento: Ontológico, el investigador conoce la realidad de lo que pretende investigar, sobre una muestra de 17 IES públicos (provincia València), cuya reflexión sobre la E-A de la Tecnología, y los constructos que conforman la identidad STEM. Epistemológico, el investigador participa con conocimiento del hecho a investigar. Metodológico, el contraste de hipótesis y el refinamiento hermenéutico de los análisis CUAL y CUAN. La Teoría Fundamentada es la base del planteamiento CUAL, a través de entrevistas en profundidad y codificación abierta, axial y selectiva, de los temas a investigar: 1. Organización escolar y curricular; 2. Metodología PBL y sinergias STEM; 3. Multidisciplinariedad e interdisciplinariedad STEM; 4. Taxonomía de proyectos. Los datos cualitativos y sus resultados son tratados con Atlas.ti. La Teoría de Aprendizaje Cognitivo Social (SCT), y Teoría Cognitivo Social de Desarrollo de la Carrera (SCCT), son el planteamiento CUAN. El registro de datos CUAN, es a través del diseño de un cuestionario. El grupo "Juicio de expertos" validó estructura y contenido. Los datos y resultados CUAN, son tratados por estadística descriptiva e inferencial. La modelización de los aprendizajes, son tratados por ecuaciones estructurales (SEM). Objetivos: 1. Valorar la metodología por proyectos en un contexto de constantes cambios del currículo y de aprendizaje virtual. 2. Contrastar si el aprendizaje por competencias mejora la adquisición de conocimientos, habilidades y actitudes en un contexto de aprendizaje interdisciplinar. 3. Modelizar los aprendizajes SCT, SCCT, Multidisciplinar, Interdisciplinar y por Proyectos, mediante SEM. Obtención de datos: CUAL (grupos focales profesorado oct. 2019 - feb. 2020; expertos oct. 2019 - abril 2022). Participación 133 docentes (74H, 59M). Todas las sesiones fueron grabadas (audio 70 h). La transcripción audio-texto con AmberScript. CUAN (cuestionarios feb. 2020 - dic. 2020). Participación 1417 alumnos (537 chicas, 831 chicos, 49 errores). El diseño del cuestionario online con Question-Pro. La COVID'19 paralizó el proceso de obtención de datos desde marzo a nov. 2020. Capítulos: I: Introducción. II: Revisión del estado del arte. III: Marco teórico. IV: Metodología de la investigación. V: Análisis cualitativo. VI: Análisis cuantitativo. VII: Conclusiones generales. VIII: Referencias y Anexos. Conclusiones: 1. Currículo denso, rígido y fragmentado no favorece la adquisición de competencias. 2. Formación docente ágil, continua y arraigada a las necesidades. 3. Transición entre niveles educativos, predice la adquisición de competencias del alumnado y la satisfacción docente. 4. Continuidad de estudios no depende del género. No existen diferencias entre chicas y chicos por lo que aprenden, sino por la preferencia de estudios, metodologías aplicadas, expectativas de resultado, y distancia del IES a la metrópoli. 5. Sinergias son posibles, pero la organización de la jornada escolar dificulta compartir experiencias, innovar y divulgar conocimiento. 6. Aprendizaje por proyectos es eficiente y motivador, se aprende haciendo, experimentando soluciones a problemas reales. 7. Aprender buenas prácticas educativas, facilita la multidisciplinar. 8. Uso extensivo del aprendizaje virtual, entretiene más que crear contenido, y se pierde el saber hacer manual. 9. Satisfacción de los aprendizajes disminuye si no se sabe aplicarlos. 10. Dificultades de la interdisciplinariedad STEM, se superan después de un proceso multidisciplinariedad y no al revés. / [CA] Paradigma: Entre el postpositivisme, les troballes del qual són probabilitats quantitatives extrets de les opinions de l'alumnat, i el constructivisme, la realitat qualitativa es construeix per interacció social, segons les entrevistes en profunditat amb el professorat. Investigació mixta: Segons les anàlisis de dades QUAL i CUAN, els resultats i les conclusions. Posicionament: Ontològic, l'investigador coneix la realitat del que pretén investigar, sobre una mostra de 17 IES públics (província València), la reflexió dels quals sobre l'E-A de la Tecnologia, i els constructes que conformen la identitat STEM. Epistemològic, l'investigador participa amb coneixement del fet a investigar. Metodològic, el contrast d'hipòtesis i el refinament hermenèutic de les anàlisis QUAL i QUAN. La Teoria Fonamentada és la base del plantejament QUAL, mitjançant entrevistes en profunditat i codificació oberta, axial i selectiva, dels temes a investigar: 1. Organització escolar i curricular; 2. Metodologia PBL i sinergies STEM; 3. Multidisciplinarietat i interdisciplinarietat STEM; 4. Taxonomia de projectes. Les dades qualitatives i els seus resultats són tractats amb Atlas.ti. La Teoria d'Aprenentatge Cognitiu Social (SCT) i Teoria Cognitiu Social de Desenvolupament de la Carrera (SCCT) són el plantejament CUAN. El registre de dades CUAN és a través del disseny d'un qüestionari. El grup Judici d'experts va validar estructura i contingut. Les dades i resultats CUAN són tractats per estadística descriptiva i inferencial. La modelització dels aprenentatges són tractats per equacions estructurals (SEM). Objectius: 1. Valorar la metodologia per projectes en un context de canvis constants del currículum i d'aprenentatge virtual. 2. Contrastar si laprenentatge per competències millora ladquisició de coneixements, habilitats i actituds en un context daprenentatge interdisciplinari. 3. Modelitzar els aprenentatges SCT, SCCT, Multidisciplinar, Interdisciplinar i per Projectes, mitjançant SEM. Obtenció de dades: QUAL (grups focals professorat oct. 2019 - feb. 2020; experts oct. 2019 - abril 2022). Participació 133 docents (74H, 59M). Totes les sessions van ser gravades (àudio 70 h). La transcripció àudio-text amb AmberScript. QUAN (qüestionaris feb. 2020 - des. 2020). Participació 1417 alumnes (537 xiques, 831 xics, 49 errors). El disseny del qüestionari en línia amb Question-Pro. La COVID'19 va paralitzar el procés d'obtenció de dades des del març al nov. 2020. Capítols: I: Introducció. II: revisió de l'estat de l'art. III: Marc teòric. IV: Metodologia de la investigació. V: Anàlisi qualitativa. VI: Anàlisi quantitativa. VII: Conclusions generals. VIII: Referències i Annexos. Conclusions: 1. Currículum dens, rígid i fragmentat no afavoreix l'adquisició de competències. 2. Formació docent àgil, contínua i arrelada a les necessitats. 3. Transició entre nivells educatius, prediu l'adquisició de competències de l'alumnat i la satisfacció docent. 4. Continuïtat dels estudis no depèn del gènere. No hi ha diferències entre noies i nois pel que aprenen, sinó per la preferència d'estudis, metodologies aplicades, expectatives de resultat i distància de l'IES a la metròpoli. 5. Les sinèrgies són possibles, però l'organització de la jornada escolar dificulta compartir experiències, innovar i divulgar coneixement. 6. Aprenentatge per projectes és eficient i motivador, s'aprèn fent experimentant solucions a problemes reals. 7. Aprendre bones pràctiques educatives facilita la multidisciplinar. 8. Ús extensiu de l'aprenentatge virtual, entreté més que crear contingut, i es perd saber fer manual. 9. Satisfacció dels aprenentatges disminueix si no se sap aplicar-los. 10. Dificultats de la interdisciplinarietat STEM, se superen després d"un procés multidisciplinarietat i no al revés. / [EN] Paradigm: Between post-positivism, whose findings are quantitative probabilities extracted from the opinions of the students, and constructivism, qualitative reality is built by social interaction, according to in-depth interviews with teachers. Mixed research: According to the QUAL and QUAN data analyses, their results and conclusions. Positioning: Ontological, the researcher knows the reality of what he intends to investigate, on a sample of 17 public IES (Valencia province), whose reflection on the E-A of Technology, and the constructs that make up the STEM identity. Epistemological, the researcher participates with knowledge of the fact to be investigated. Methodology, the contrast of hypotheses and the hermeneutic refinement of the QUAL and QUAN analyses. The Grounded Theory is the basis of the QUAL approach, through in-depth interviews and open, axial and selective coding, of the topics to be investigated: 1. School and curricular organization; 2. PBL methodology and STEM synergies; 3. STEM multidisciplinarity and interdisciplinarity; 4. Taxonomy of projects. The qualitative data and its results are processed with Atlas.ti. Social Cognitive Learning Theory (SCT), and Social Cognitive Theory of Career Development (SCCT), are the QUAN approach. The CUAN data record is through the design of a questionnaire. The "Expert Judgment" group validated structure and content. The QUAN data and results are treated by descriptive and inferential statistics. The modeling of learning is treated by structural equations (SEM). Goals: 1. Evaluate the methodology by projects in a context of constant changes in the curriculum and virtual learning. 2. Test whether competency-based learning improves the acquisition of knowledge, skills and attitudes in an interdisciplinary learning context. 3. Model SCT, SCCT, Multidisciplinary, Interdisciplinary and Project learning, through SEM. Data collection: QUAL (teacher focus groups Oct. 2019 - Feb. 2020; experts Oct. 2019 - April 2022). Participation 133 teachers (74H, 59M). All sessions were recorded (audio 70 h). Audio-text transcription with AmberScript. QUAN (questionnaires Feb. 2020 - Dec. 2020). Participation 1417 students (537 girls, 831 boys, 49 errors). The design of the online questionnaire with Question-Pro. COVID'19 paralyzed the data collection process from March to Nov. 2020. Chapters: I. Introduction. II: Review of the state of the art. III: Theoretical framework. IV: Research methodology. V: Qualitative analysis. VI: Quantitative analysis. VII: General conclusions. VIII: References and Annexes. Conclusions: 1. Dense, rigid and fragmented curriculum does not favor the acquisition of skills. 2. Agile, continuous teacher training rooted in needs. 3. Transition between educational levels, predicts the acquisition of student skills and teacher satisfaction. 4. Continuity of studies does not depend on gender. There are no differences between girls and boys because of what they learn, but because of the preference of studies, applied methodologies, expectations of results, and distance from the IES to the metropolis. 5. Synergies are possible, but the organization of the school day makes it difficult to share experiences, innovate and disseminate knowledge. 6. Project-based learning is efficient and motivating, you learn by doing, experimenting with solutions to real problems. 7. Learning good educational practices facilitates multidisciplinary. 8. Extensive use of virtual learning, it entertains more than creating content, and manual know-how is lost. 9. Satisfaction of the learning decreases if one does not know how to apply it. 10. Difficulties of STEM interdisciplinarity are overcome after a multidisciplinary process and not the other way around. / Torres Barchino, E. (2023). Análisis y propuesta de mejora de la enseñanza de las tecnologías en la Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato: un enfoque desde el aprendizaje basado en proyectos (PBL) y la interdisciplinariedad de áreas STEM [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/199198

[ES] La fabricación aditiva, de sus siglas en inglés AM (Additive Manufacturing) es un proceso que construye objetos sólidos tridimensionales mediante la superposicióon de materiales basados en un modelo de diseño asistido por ordenador. La AM está llamada a convertirse en la próxima revolución industrial, transformando el panorama del desarrollo y la producción. La AM ofrece numerosas ventajas, como posibilidades de diseño complejas y flexibles, la eliminación de procesos intermedios como el mecanizado, la independencia de los costes de producción del tamaño de los lotes, la reducción de los residuos de material, las estructuras ligeras, las reparaciones personalizadas de las máquinas y la capacidad de desarrollar nuevos materiales, entre otras ventajas. En las tecnologías de fabricación aditiva que emplean un rayo láser como fuente de energía, la materia prima inicial (en forma de polvo o cable) es fundida por la fuente de calor láser de forma controlada, capa a capa, hasta crear un componente con dimensiones finales o casi finales. Estas tecnologías implican someter el material impreso a un proceso térmico único, en el que el material se funde en un área muy específica y luego se enfría rápidamente a velocidades extremadamente altas de hasta 10^6 K/s. Por lo tanto, las microestructuras que surgen de los procesos de fabricación en AM difieren significativamente de las que se consiguen en los procesos tradicionales. Además, los materiales que se emplean principalmente en la AM no se han diseñado explícitamente para estas tecnologías. Las características específicas de los procesos de AM pueden utilizarse para lograr microestructuras y propiedades distintas en aceros que han sido adaptados para aprovechar las rápidas velocidades de enfriamiento y la historia térmica del proceso, entre otros factores. Por el momento, el número de calidades de acero comerciales disponibles en el mercado de la AM es limitado. Diversas industrias demandan nuevos grados de acero con menor densidad para disminuir el peso sin comprometer las propiedades mecánicas. Los aceros con alto contenido en manganeso se consideran materiales muy prometedores para aplicaciones estructurales debido a su excepcional combinación de resistencia y ductilidad, con una baja densidad. Sin embargo, a pesar de sus excepcionales propiedades, los aceros con alto contenido en manganeso se enfrentan a diversas limitaciones o retos durante las técnicas de procesado convencionales. Afortunadamente, la solidificación rápida puede resolver estos problemas. En este sentido, las tecnologías de AM basadas en láser proporcionan velocidades de enfriamiento rápidas, así como flexibilidad en términos de diseño geométrico. Los nuevos retos de estas tecnologías implicarán la microsegregación y el agrietamiento en caliente o hot cracking en inglés, que se producen durante la solidificación. Esta tesis está dedicada a explotar el método CALPHAD para realizar cálculos termodinámicos con el fin de diseñar varios aceros con alto contenido en manganeso que puedan prevenir eficazmente los problemas de solidificación rápida en AM. Las composiciones de acero diseñadas se produjeron en forma de polvo para AM mediante atomización con gas. Se analizaron los polvos para determinar su microestructura en relación con la química y la velocidad de enfriamiento. Ajustando adecuadamente los parámetros de impresión, estos polvos de acero con alto contenido en manganeso se imprimieron con éxito en AM, dando lugar a densidades relativas superiores al 99.9%. Se analizó la microestructura de estas muestras totalmente densas y se comparó con sus respectivos polvos, con el fin de identificar cualquier diferencia resultante de las variaciones en la velocidad de enfriamiento y los ciclos térmicos. Por último, tras definir el mejor conjunto de condiciones de impresión para cada composición de polvo, se produjeron varias muestras para evaluar las propiedades mecánicas. / [CA] La fabricació additiva, de les seues sigles en anglés AM (Additive Manufacturing) és un procés que construïx objectes sòlids tridimensionals mitjançant la superposició de materials basats en un model de disseny assistit per ordinador. L'AM està cridada a convertir-se en la pròxima revolució industrial, transformant el panorama del desenvolupament i la producció. L'AM oferix nombrosos avantatges, com a possibilitats de disseny complexes i flexibles, l'eliminació de processos intermedis com el mecanitzat, la independència dels costos de producció de la grandària dels lots, la reducció dels residus de material, les estructures lleugeres, les reparacions personalitzades de les màquines i la capacitat de desenvolupar nous materials, entre altres avantatges. En les tecnologies de fabricació additiva que empren un raig làser com a font d'energia, la matèria primera inicial (en forma de pols o filferro) és fosa per la font de calor làser de manera controlada, capa a capa, fins a crear un component amb dimensions finals o quasi finals. Estes tecnologies impliquen sotmetre el material imprés a un procés tèrmic únic, en el qual el material es funde en una àrea molt específica i després es refreda ràpidament a velocitats extremadament altes de fins a 10^6 K/s. Per tant, les microestructures que sorgixen dels processos de fabricació en AM diferixen significativament de les que s'aconseguixen en els processos tradicionals. A més, els materials que s'empren principalment en l'AM no s'han dissenyat explícitament per a estes tecnologies. Les característiques específiques dels processos d'AM poden utilitzar-se per a aconseguir microestructures i propietats diferents en acers que han sigut adaptats per a aprofitar les ràpides velocitats de refredament i la història tèrmica del procés, entre altres factors. De moment, el nombre de qualitats d'acer comercials disponibles en el mercat de l'AM és limitat. Diverses indústries demanden nous graus d'acer amb menor densitat per a disminuir el pes sense comprometre les propietats mecàniques. Els acers amb alt contingut en manganés es consideren materials molt prometedors per a aplicacions estructurals a causa de la seua excepcional combinació de resistència i ductilitat, amb una baixa densitat. No obstant això, malgrat les seues excepcionals propietats, els acers amb alt contingut en manganés s'enfronten a diverses limitacions o reptes durant les tècniques de processament convencionals. Afortunadament, la solidificació ràpida pot resoldre estos problemes. En este sentit, les tecnologies d'AM basades en làser proporcionen velocitats de refredament ràpides, així com flexibilitat en termes de disseny geomètric. Els nous reptes d'estes tecnologies implicaran la microsegregació i l'esquerdament en calent, o hot cracking en anglés, que es produïxen durant la solidificació. Esta tesi està dedicada a explotar el mètode CALPHAD per a realitzar càlculs termodinàmics amb la finalitat de dissenyar diversos acers amb alt contingut en manganés que puguen previndre eficaçment els problemes de solidificació ràpida en AM. Les composicions d'acer dissenyades es van produir en forma de pols per a AM mitjançant atomització amb gas. Es van analitzar les pólvores per a determinar la seua microestructura en relació amb la química i la velocitat de refredament. Ajustant adequadament els paràmetres d'impressió, estes pólvores d'acer amb alt contingut en manganés es van imprimir amb èxit en AM, donant lloc a densitats relatives superiors al 99.9%. Es va analitzar la microestructura d'estes mostres totalment denses i es va comparar amb les seues respectives pólvores, amb la finalitat d'identificar qualsevol diferència resultant de les variacions en la velocitat de refredament i els cicles tèrmics. Finalment, desprès de definir el millor conjunt de condicions d'impressió per a cada composició de pols, es van produir diverses mostres per a avaluar les propietats mecàniques. / [EN] Additive manufacturing (AM) is a process that builds three-dimensional solid objects by layering materials based on a computer-aided design model. AM is set to become the next industrial revolution, transforming the landscape of development and production. AM provides numerous benefits, including complex and flexible design possibilities, the elimination of intermediate processes like machining, production cost independence from batch size, reduced material waste, lightweight structures, customized machine repairs, and the ability to develop new materials, among other advantages. In additive manufacturing technologies that employ a laser beam as an energy source, the initial raw material (in the form of powder or wire) is melted by the laser heat source in a controlled manner, layer by layer, until a component with final or nearly final dimensions is created. These technologies involve subjecting the printed material to a unique thermal process, where the material is melted in a very specific area and then rapidly cooled at extremely high rates of up to 10^6 K/s. Hence, the microstructures that arise from the manufacturing processes in AM differ significantly from those achieved in traditional processes. Moreover, the materials predominantly employed in AM have not been explicitly designed for these technologies. The specific characteristics of AM processes can be utilized to achieve distinct microstructures and properties in steels that have been tailored to take advantage of the rapid cooling rates and thermal history of the process, among other factors. For the moment, the number of commercial steel grades available in the AM market is limited. Various industries are demanding new steel grades with lower density to decrease weight without compromising mechanical properties. High manganese steels are regarded as highly promising materials for structural applications due to their exceptional combination of strength and ductility, with low density. Nevertheless, despite the exceptional properties of high manganese steels, they encounter various limitations or challenges during conventional processing techniques. Fortunately, rapid solidification may solve these issues. In this sense, laser-based AM technologies provide rapid cooling rates, as well as flexibility in terms of geometric design. The new challenges of these technologies will involve micro-segregation and hot cracking occurring during solidification. This thesis is dedicated to exploiting the CALPHAD method to perform thermodynamic calculations in order to design various high manganese steels that can effectively prevent fast solidification issues in AM. The steel compositions designed were produced in the form of powder for AM using gas atomization. Powders were analyzed to determine their microstructure in relation to the chemistry and cooling rate. By adjusting properly, the printing parameters, these high manganese steel powders were successfully printed in AM, resulting in relative densities exceeding 99.9%. The microstructure of these fully dense samples was analyzed and compared to their respective powders, in order to identify any difference resulting from variations in cooling rate and thermal cycling. Lastly, after defining the best set of printing conditions for each powder composition, various samples were produced to evaluate the mechanical properties, to determine the correlation between the composition, microstructure and properties of these steels. In addition, lattice structures that are close to final part geometries were constructed to quantify the energy absorbed during compression by one of these high manganese steels. The results were then compared to those of 316L, revealing that the high manganese steel absorbs roughly twice as much the specific energy in compression. This finding demonstrates the potential of these novel AM steels for use in industrial applications. / Sánchez Poncela, M. (2024). Design of High Mn Fe-Mn-Al-C Low Density Steels for Additive Manufacturing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/205174