El estudio del proceso de consolidación radial alrededor de las columna de grava y de la interacción suelo-columna suele realizarse analizando una celda unitaria formada por una columna de grava central y el área de terreno circundante, sobre la cual ejerce su acción de mejora. En esta tesis doctoral se ha modelizado a escala reducida una celda unidad para analizar la transferencia de carga entre la columna y el terreno y el proceso de consolidación que se produce alrededor de la columna, para condiciones de carga vertical rígida.Se han realizado ensayos con columnas de dos diámetros distintos, con el fin de estudiar también la influencia del área de suelo blando reemplazada por la columna. Se presentan los resultados obtenidos en cada ensayo, su interpretación, y la comparación con soluciones teóricas existentes. Todo ello tanto para el análisis de la consolidación radial como para el comportamiento deformacional del conjunto suelo-columna. / The analysis of the radial consolidation process around the column and the column-soil interaction is based on the study of a unit cell approach, which consists of a central column of gravel and the surrounding soil. In this thesis, a unit cell in small scale has been reproduced with the aim of analyzing load transfer between soil and column, settlement reduction and radial consolidation process that happen when a rigid vertical load is applied on surface.Tests with two different geometries are carried out.From the results, some conclusions related to consolidation process, stress concentration factor and settlement reduction have been obtained for each testing geometry.The influence of the replacement area has been studied comparing the results of both geometries.Finally, the results are presented and interpreted using some existing analytical solutions related to consolidation process and stone columns deformation.

Arquitectura y estructura han ido siempre íntimamente ligadas, pero con la aparición del acero y el hormigón surgieron nuevas necesidades formales o estéticas. El Estilo Internacional se inclinó por separar la retícula estructural de los cerramientos. En cambio, la Escuela de Chicago forjó las bases de una arquitectura optimizada y racional. Frank Lloyd Wright, entre estas dos situaciones, optó por seguir las pautas naturales de los materiales, de forma “orgánica”, recuperando la integración entre los diferentes componentes de la arquitectura. Dentro del recorrido sobre el papel de la estructura en la historia de la arquitectura, parece apropiado detener el análisis en la obra de Frank Lloyd Wright y su particular utilización de la estructura. El Guggenheim Museum es el edificio que recoge muchas de las constantes, por lo que merece la pena estudiarlo analizándolo a través de su estructura. En este sentido, la figura de Jaroslav J. Polivka resulta de particular interés debido a la colaboración mantenida con Wright. De esta relación surgen en ocasiones las claves, no sólo de las soluciones concretas de la estructura, sino de los condicionantes finales dentro del conjunto arquitectónico / Architecture and structure have always been closely related, but the advent of the steel and reinforced concrete created new needs in the formal aspects. The International Style opted to separate the structural framework from the walls. On the other hand, the Chicago School forged the basis of a rational and optimized architecture. Between these two situations, Frank Lloyd Wright chose the approach of following the natural patterns of materials, in ¿organic¿ manner, recovering the interaction between the different elements of the architecture. Into the range about the role of the structure in the history of architecture, it seems appropriate to stop the analysis in the work of Frank Lloyd Wright and his particular use of structure. The Guggenheim Museum is the building that reflects many of the constants, so it is worth analyzing its structure. In this sense, the figure of Jaroslav J. Polivka has a particular interest because of his collaboration with Wright. From this relationship sometimes arise the keys, not just the specific solutions for the structure, but the final conditions within the architectural form. Key words Architecture, structure, Structural typologies, Frank Lloyd Wright, Jaroslav Joseph Polivka, Guggenheim Museum, Organic Architecture, Plates and shells, Cantilevers, Dendriform columns.

En el presente trabajo se estudió la optimización de las condiciones de síntesis y propiedades de adsorción del carbón de hueso (CH) para la remoción de fluoruros del agua haciendo un énfasis en el estudio del proceso de carbonización y de la modificación química del adsorbente empleando sales metálicas. Se realizó la optimización de las condiciones de síntesis del CH empleando atmósfera de N2 y CO2. Los resultados obtenidos indicaron que existe una tendencia importante entre la capacidad de adsorción de fluoruros con respecto a las variables involucradas en su síntesis. Se determinó que la temperatura de carbonización es un parámetro crítico para la síntesis de CH destinado a la remoción de fluoruros del agua debido al proceso de deshidroxilación de la hidroxiapatita. También, se estableció que es posible obtener un CH con atractivas propiedades de adsorción de fluoruros utilizando CO2. Con estos estudios se logró sintetizar un CH con una capacidad de adsorción de fluoruros óptima. El CH optimizado mostró un mejor desempeño de remoción que CH comerciales disponibles en el mercado nacional. La caracterización fisicoquímica de las muestras obtenidas permitió comprobar que el mecanismo de remoción asociado es el intercambio iónico entre los iones F- y los OH- de la hidroxiapatita. En una segunda fase, se estudió la modificación del CH con sales metálicas de aluminio y hierro para incrementar sus propiedades de adsorción de fluoruros. Los resultados indicaron que la capacidad de adsorción de fluoruros del agua se incrementó para la mayoría de las muestras de CH modificado con dichas sales donde el desempeño del adsorbente depende de la sal metálica empleada así como de las condiciones utilizadas en la modificación química. Se observó que el CH modificado con sulfato de aluminio mostró el incremento más significativo con una capacidad de adsorción de fluoruros ≈ 31 mg/g, la cual supera a la mayoría de los resultados reportados en la literatura para diferentes adsorbentes. La adsorción de fluoruros se favoreció debido a la incorporación del ión metálico en la estructura del CH y se estableció que el mecanismo de remoción sigue involucrando un intercambio iónico entre los iones F- y OH-. Finalmente, se realizó la evaluación del desempeño del CH dopado con sulfato de aluminio en procesos de adsorción en columnas empacadas de lecho fijo a diferentes condiciones de operación. Los resultados obtenidos indicaron que las condiciones de operación tienen un efecto significativo en el grado de asimetría del perfil de adsorción de fluoruros en el carbón de hueso dopado con sulfato de aluminio. Se observó un desempeño adecuado del CH dopado con aluminio en el proceso de adsorción en continuo y se determinó una capacidad de adsorción máxima de 19.02 mg/g. Se estableció que la remoción de fluoruros en columnas empacadas de lecho fijo con CH dopado con sulfato de aluminio superó en un 500% a los valores reportados para este tipo de sistemas usando carbones de hueso comerciales.

[EN] Concrete-filled steel tubular columns composed of double-tube sections are a recent development. This type of sections are the result of applying a technique used in the construction of immersed tunnels, by forming a sandwich composite section made up of steel-concrete-steel. Apart from the own advantages of concrete-filled steel tubular (CFST) columns, double-tube columns present other additional advantages which make them of great interest for designers and engineers, such as: reduced weight, higher ductility, improved energy absorption and, above all, an enhanced fire resistance. In turn, the improvements in the manufacturing technique of high strength concrete makes their use in double-tube columns create the suitable synergy for the design of slender structural members. Nevertheless, the fast evolution and development of composite construction has led to a situation where the current design guidance cannot provide updated analytical expressions and recommendations. Give this situation, and due to the innovative nature of this configuration, as well as the complexity of experimental testing, few experimental and analytical works can be found on this typology of columns. This makes the numerical investigation of concrete-filled double-tube columns interesting from the scientific point of view. The mechanical behaviour of concrete-filled double-tube columns is studied in this thesis through a realistic three-dimensional finite element model. The values adopted for the variables of the model are the result of a comprehensive sensitivity analysis. The accuracy of the numerical model is verified against experimental tests and, once the numerical model is validated, an extensive parametric study is developed, with the aim of studying the influence of the main factors which affect the mechanical response of this columns and being able to provide design recommendations. With this information, a comparative study is carried out with the results of the application of the current calculation method for composite columns in Eurocode 4-Part 1.1, in order to evaluate the validity of the method for double-tube columns subjected to axial compression and combined compression and uniaxial bending, infilled with ultra-high strength concrete. The scope of this thesis is limited to slender circular double-tube columns filled with normal and ultra-high strength concrete subjected to monotonic concentric or eccentric axial load of uniform bending moment. / [ES] Las columnas tubulares de acero rellenas de hormigón compuestas de una sección de doble tubo son de reciente creación. Son el resultado de aplicar la técnica utilizada en la construcción de túneles sumergidos, de construir una sección compuesta tipo sándwich, a base de acero-hormigón-acero. Además de las ventajas propias de las columnas tubulares de acero rellenas de hormigón (CFST), las columnas de doble tubo poseen otras ventajas adicionales que las hace muy interesantes para proyectistas e ingenieros como son, por ejemplo: menor peso, mayor ductilidad, mayor absorción de energía, y sobretodo, mejor resistencia a fuego. Por otra parte, la mejora de la técnica de fabricación de hormigones de altas resistencias hace que su utilización en columnas de doble tubo produzca una sinergia idónea para diseñar elementos estructurales esbeltos. Sin embargo, la rápida evolución y desarrollo de la construcción mixta hace que las normas actuales no tengan las expresiones analíticas ni las recomendaciones de diseño actualizadas. Debido a ello y por la relativa solución innovadora de esta configuración, así como la complejidad de realizar ensayos experimentales, existen pocos trabajos experimentales y estudios analíticos acerca de esta tipología de columnas. Es por esto que el estudio numérico de columnas de doble tubo rellenas de hormigón sea, desde el punto de vista científico, interesante. El comportamiento mecánico de columnas de doble tubo rellenas de hormigón se estudia en esta tesis a través de un modelo realista tridimensional de elementos finitos. Los valores adoptados de las variables del modelo son el resultado de un amplio análisis de sensibilidad. La precisión del modelo numérico se verifica con ensayos experimentales y, una vez se dispone de un modelo validado, se desarrolla un extenso estudio paramétrico con el fin de evaluar la influencia de los principales factores que afectan la respuesta mecánica de las mismas y poder establecer recomendaciones de diseño. Con esa información, se realiza una comparativa con los resultados de aplicar el método de cálculo de columnas mixtas del Eurocódigo 4 - Parte 1.1, con el propósito de evaluar la validez del método en columnas de doble tubo comprimidas y flexo-comprimidas rellenas de hormigón de ultra alta resistencia. El alcance de esta tesis queda limitado a columnas circulares esbeltas de doble tubo rellenas de hormigón de resistencia normal y ultra alta resistencia sometidas a carga monotónica centrada y excéntrica de momento uniforme. / [CA] Les columnes tubulars d'acer emplenades de formigó compostes d'una secció de doble tub són de recent creació. Són el resultat d'aplicar la tècnica utilitzada en la construcció de túnels submergits, de construir una secció composta tipus sandvitx, a base d'acer-formigó-acer. A més dels avantatges propis de les columnes tubulars d'acer emplenades de formigó (CFST), les columnes de doble tub posseeixen altres avantatges addicionals que les fa molt interessants per a enginyers com són, per exemple: menor pes, major ductilitat, major absorció d'energia, i sobretot, millor resistència a foc. D'altra banda, la millora de la tècnica de fabricació de formigons d'altes resistències fa que la seva utilització en columnes de doble tub produïsca una sinergia idònia per dissenyar elements estructurals verticals esvelts. No obstant això, la ràpida evolució i desenvolupament de la construcció mixta fa que les normes actuals no tinguin les expressions analítiques ni les recomanacions de disseny actualitzades. Per aquest motiu i per la relativa solució innovadora d'aquesta configuració, així com la complexitat de realitzar assajos experimentals, existeixen pocs treballs experimentals i estudis analítics sobre aquesta tipologia de columnes. És per això que l'estudi numèric de columnes de doble tub farcides de formigó siga, des del punt de vista científic, interessant. El comportament mecànic de columnes de doble tub emplenades de formigó s'estudia en aquesta tesi mitjançant un model realista tridimensional d'elements finits. Els valors adoptats per a les variables del model són el resultat d'una extensa anàlisi de sensibilitat. La precisió del model numèric es verifica amb assajos experimentals i, una vegada es disposa d'un model validat, es desenvolupa un extens estudi paramètric amb la finalitat d'avaluar la influència dels principals factors que afecten la resposta mecànica de les columnes i poder establir recomanacions de disseny. Amb aquesta informació, es realitza una comparativa amb els resultats d'aplicar el mètode de càlcul de columnes mixtes del Eurocódigo 4-Part 1.1, amb el propòsit d'avaluar la validesa del mètode en columnes de doble tub comprimides i flexo-comprimides emplenades de formigó d'ultra alta resistència. L'abast d'aquesta tesi queda limitat a columnes circulars esveltes de doble tub emplenades de formigó normal i d'ultra alta resistència sotmeses a càrrega monotònica centrada i excèntrica amb moment uniforme. / Pons Aliaga, D. (2016). ESTUDIO NUMÉRICO DE LA CAPACIDAD PORTANTE DE COLUMNAS MIXTAS CON DOBLE TUBO RELLENAS DE HORMIGON [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62209

Los suelos blandos son los más comunes en necesitar algún tipo de mejoramiento o refuerzo, y la elección de la técnica dependerá de las características del suelo, costo, tiempo y otros factores importantes. Entre estos métodos, se encuentra la técnica de la columna de grava, la cual permite acelerar la consolidación de los suelos blandos, mejorar la capacidad portante, reducir los asentamientos, y por tanto las características geotécnicas del suelo. La presente tesis consistirá en analizar y estudiar la metodología de columnas de grava como una técnica de mejora para un suelo de tipo arcilloso. Para ello, se aplicará la técnica en un caso de estudio para una obra ubicada en Cajamarca y se analizarán los asentamientos con y sin columna de grava. Se utilizarán los ensayos de laboratorio necesarios para la obtención de los parámetros geotécnicos del suelo en estudio. A partir de estos datos y utilizando el método de Priebe, se determinarán las dimensiones de las columnas de grava y posteriormente se calculará el asentamiento por consolidación primaria. El resultado obtenido permite ver favorablemente la reducción de los asentamientos. / Soft soils are the most common in needing some type of improvement or reinforcement, and the choice of technique will depend on the characteristics of the soil, cost, time and other important factors. Among these methods is the gravel column technique, which allows to accelerate the consolidation of soft soils, reduce settlements, improve bearing capacity and therefore the geotechnical characteristics of the soil. This thesis will consist of analyzing and studying the gravel column methodology as an improvement technique for a clay-type soil. For this, the technique will be applied in a case study for a work located in Cajamarca and settlements with and without a gravel column will be analyzed. The necessary laboratory tests will be used to obtain the geotechnical parameters of the soil under study. From these data and using the Priebe method, the dimensions of the gravel columns will be determined and then the settlement by primary consolidation will be calculated. The result obtained allows a favorable view of the reduction of settlements. / Tesis

[pt] Este trabalho apresenta procedimentos para análise dos esforços em colunas de revestimento instaladas em um poço de petróleo, sob a ação do fenômeno de fluência do sal, sendo também abordado os principais aspectos da estabilidade e deformabilidade das rochas salinas durante a fase de perfuração. Para a discretização e solução das equações diferenciais de equilíbrio do contínuo, utiliza-se no presente trabalho o método dos elementos finitos, através do programa ANVEC(1) . O comportamento tensão-deformação do sal foi descrito através de leis constitutivas obtidas a partir de dados sobre mineração subterrânea de evaporitos. O comportamento dos revestimentos é analisado segundo o enfoque adotado pela indústria do petróleo, no qual o carregamento salino é considerado independente do tempo e de intensidade igual a coluna litostática, na parede externa do revestimento. Os resultados obtidos comprovam que, para a solução do problema de se revestir uma seção salina é fundamental um trabalho eficiente de cimentação primária dos revestimentos, concêntricos, frente ao sal. Ao final, examina-se o comportamento de fluência de uma seção evaporítica típica de um poço de perfurado da Bacia de Campos, comparando-se as simulações numéricas com medições in-situ. / [en] This thesis presents an approach for analysis of casing stresses in oil wells due to the fenomena of creep of rock salt. The main aspects of wellbore stability and deformability while drilling salt formations are also discussed. In order to obtain the solutions for the differential equations of continous salt media, the finite element method has been used through the application of the ANVEC program for underground excavation analysis, utilizing constitutive laws obtained from salt mining projects. The mechanical behavior of casings are also analized according with the procedures considered in the petroleum literature, in which the salt loads are considered as time-independent. The results are in agreement with the observations of several autors that a sucessfull primary cement job is the main concern for keep the integrity of casing strings set acoss salt formations for long time. At the end of this work, the salt creep behaviour of a section of one well drilled in Campos basin are simulated and compared with field data. / [es] Este trabajo presenta procedimientos para análisis de los refuerzos en colunas de revestimiento instaladas en un pozo de petróleo, bajo la acción del fenómeno de fluencia de sal, abordando también los principales aspectos de estabilidad y deformabilidad de las rocas salinas durante la fase de perforación. Para la discretización y solución de las equaciones diferenciales de equilibrio del contínuo, se utiliza en el presente trabajo el método de los elementos finitos, a través del programa ANVEC. El comportamiento tensión-deformación de la sal fue descrito a través de las leyes constitutivas, obtenidas a partir de datos sobre mineración subterránea de evaporitos. Se analiza el comportamiento de los revestimientos según el enfoque adoptado por la industria del petróleo, en el cual, la concentración salina se considera independiente del tiempo y de intensidad igual a la columna litostática, en la pared externa del revestimiento. Los resultados obtenidos comprueban que, para la solución del problema de revestir uma sección salina, es fundamental un trabajo eficiente de cimentación primaria de los revestimientos, concéntricos, frente a la sal. Al final, se examina el comportamiento de fluencia de una sección evaporítica típica de um pozo de perforación de la Bacia de Campos, comparando las simulaciones numéricas con mediciones in situ.

En aquest treball s'ha dissenyat un mètode ràpid i fiable de tinció amb fluorocroms per a l'anàlisi de la integritat i viabilitat espermàtiques a partir del marcatge de la beina mitocondrial amb MitoTracker®Green FM, de l'acrosoma amb la lectina Trypsin inhibitor from Soybean (SBTI) conjugada amb el fluorocrom Alexa Fluor®488 específic per la proacrosina i del nucli amb els fluorocroms bis-benzimida (específic per a cèl·lules viables) i iodur de propidi (específic per a cèl·lules no viables). També s'ha determinat l'efecte de la filtració de dosis seminals de mascles astentoteratonecrospèrmics en columnes de Sephadex neutre i de dosis de mascles amb baixa qualitat espermàtica per filtració en columnes de Sephadex iònic, llana de vidre i glass beads sobre la qualitat espermàtica dels diferents grups de mascles analitzats. Els resultats obtinguts han mostrat que diversos paràmetres de qualitat espermàtica milloren després de la filtració en les diferents reïnes segons la patologia que presentin. / In this work, a quick and reliable method of staining with fluorochromes was designed for the assessment of the sperm integrity and vitality by marking the mitochondrial sheath with MitoTracker®Green FM, the acrosome with the lectine Trypsin inhibitor from Soybean (SBTI) conjugated with the fluorochrome Alexa Fluor ® 488m, specific for the proacrosine, and the nucleus with the fluorochromes bis-benzimida (specific for viable cells) and propidium iodide (specific for non-viable cells).Moreover, in this work, the effects of filtration of seminal doses from asthenoteratonecrospermic boars through columns of Sephadex neuter and seminal doses from boars with low sperm quality through ionic Sephadex, glass wool and glass beads columns on sperm quality were tested. The results obtained showed that some sperm quality parameters improved after filtration through the different matrixes depending on the pathology that the males presented before filtration.

[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

[pt] Nesta tese, a teoria das hastes de Cosserat é revisitada e aplicada à dinâmica de coluna de perfuração. O objetivo é estudar o comportamento dessas estruturas dentro de poços de petróleo curvos. Para atingir este objetivo, um modelo estrutural determinístico é construído onde as tubos de perfuração (drill-pipes) e o conjunto de fundo (bottom hole assembly) são considerados como uma estrutura unidimensional de Cosserat. Em seguida, é desenvolvida uma estratégia para tratar o contato lateral em poços com configuração curvilínea. Depois disso, o problema de contorno livre é tratado mediante uma estratégia que considera como a condição de borda evolui à medida que a estrutura de perfuração avança. Isto é feito mediante uma formulação de interação broca-rocha que deve considerar a dinâmica de corte. Para isso, uma equação extra, de advecção, é resolvida junto com as equações de movimento de Cosserat. Em seguida, alguns casos de aplicação são apresentados. Numa primeira instancia, alguns elementos do problema são avaliados separadamente. Seguidamente, eles são integrados e analisados de forma conjunta. Por exemplo, primeiramente uma coluna de perfuração sem contato de fundo (off-bottom) é simulada, ou seja, sem contato broca-rocha, para estudar o comportamento e a implementação da estratégia para o contato lateral. Aqui também são calibrados alguns dos parâmetros do modelo de atrito. Em seguida, a estratégia para contabilizar o corte na rocha é implementada em um modelo 2-DOF de baixa dimensão e em um semi-discreto onde a dinâmica de torção é modelada como uma equação de onda. Os resultados mostram que o uso de abordagens contínuas resulta mais apropriade que aquelas onde se utilizam modelos de baixa dimensãom, particularmente quando são consideradas colunas longas, e quando há interesse em analisar não apenas o comportamento da broca, mas também o comportamento do sistema mecânico ao longo dos tubos de perfuração. Isso é reforçado por outro exemplo onde a dinâmica de corte é combinada com a formulação de Cosserat. Observações semelhantes do ponto de vista qualitativo são encontradas. Resumindo os resultados obtidos, as diferenças nas previsões dadas pelos modelos de baixa dimensão e o de unidimensional de Cosserat justificam o desenvolvimento e aplicação da abordagem com esta formulação em estruturas de perfuração. Finalmente, a modo de introduzir outro aspecto importante em colunas de perfuração e que pode ser uma linha de pesquisa para continuar o trabalho, a variabilidades presente em elementos como rocha, inclui-se um caso de aplicação considerando um poço horizontal e um campo estocástico de atrito. / [en] In this thesis, the theory of Cosserat rods is applied to the dynamics of drill-strings. The main objective is to evaluate the behaviour of these strings when they move within curved wells. To achieve this goal, a deterministic structural model is constructed, where the drill-pipes and the bottom hole assembly are taken as a Cosserat rod. Next, a strategy to deal with the lateral contact in curved well configurations is developed. After that, the free boundary problem is assessed: while drilling, the boundary changes due to cutting, modifying the position of the soil and, consequently, changing the bit-rock interaction forces. For this reason, a bit-rock model that can account for the cutting dynamics is adopted, in which an extra advection equation is solved together with the equations of motion of the Cosserat rod. Next, application cases are provided. First, some effects included in the model are tested in isolation, such as the lateral friction, the lateral contact, and the cutting. After that, they are all combined. In the first analysis, an off-bottom string is simulated, i.e. without contact at the bit. This allows testing the formulation associated with the lateral contact. Also, the calibration of the lateral friction parameters is made. Following that, the strategy to account for the cutting at the bit is implemented in a low-dimensional 2-DOF model, and in a semi-discrete model with a continuous wave equation for the torsional dynamics. The results show that the use of continuous approaches is more appropriate than low-dimensional models. Especially when long columns are considered, and when there is interest in understanding not only the behaviour at the bit but also along drill-pipes. This finding is reinforced by another application where the cutting dynamics are combined with the Cosserat rod formulation. Again, similar observations from a qualitative point of view are found. Overall, the differences in the results between the lumped low-dimensional models and the continuous Cosserat rod justify the development and application of the Cosserat approach to drilling structures. Finally, an introductory stochastic analysis concerning the variability of the rock is presented as an introduction to a future line of research, where stochasticity is included. / [es] En esta tesis, la teoria de Cosserat para elementos unidimensionales es revisitada y aplicada a la simulación de columnas de perforación. El objetivo es estudiar el comportamiento de estas estructuras en pozos de geometría curva. Para alcanzar este objetivo se construye un modelo determinístico. En este modelo, los caños de perforación (drill-pipes) y el conjunto de fondo (bottom hole assembly) son modelados como una estructura unidimensional de Cosserat. Seguidamente, una estrategia para tratar con el contacto lateral en pozos curvos es desarrollada. Luego, el problema de frontera libre es estudiado: durante la perforación, la condición de borde cambia debido al cambio del perfil altimétrico del terreno, alterando su posición y consecuentemente las fuerzas asociadas a la interacción broca-roca. Por esta razón, se decide utilizar un modelo de interacción broca-roca que tiene en cuenta la dinámica del corte. En este abordaje una ecuación extra, la ecuación de advección, es resuelta en forma acoplada con las ecuaciones del movimiento de la estructura de Cosserat. Algunos ejemplos de aplicación son presentados. En una primera instancia, algunos de los elementos del problema son estudiados en forma aislada. Luego combinados en un modelo completo. Por ejemplo, el caso de una columna sin contacto de fondo (off-bottom) es tratado para evaluar el comportamiento y la implementación de la estrategia mencionada para detectar el contacto lateral. Además, se efectúa la calibración de alguno de los parámetros relacionados con la fricción lateral. Luego, la estrategia para considerar el corte en la punta es implementada en un modelo de 2-DOF, y en otro semi-discreto donde se considera un modelo de ecuación de onda para la dinámica torsional. Los resultados muestran que el uso de formulaciones continuas es más apropiado que aquellas formulaciones donde se utilizan modelos de dimensiones reducidas, particularmente cuando se estudia columnas largas donde el interés se centra en entender no solo el comportamiento de la broca sino también a lo largo de la tubería. Este resultado es reforzado por otro caso de aplicación en donde se combina la dinámica de corte con un modelo de Cosserat. Observaciones similares son vistas en el comportamiento cualitativo de la solución. En resumen, las diferencias observadas en los diferentes ejemplos de aplicación entre los modelos de dimensiones reducidas y el modelo continuo de Cosserat justifican el desarrollo y la aplicación de la teoría de Cosserat a estructuras de perforación. Finalmente, dado que uno de los objetivos planteados también es considerar la variabilidad en algunos elementos como ser las propiedades de la roca, un caso de aplicación considerando un pozo horizontal es mostrado.